ELEKTROSTROJARSKA ŠKOLA V A R A Ž D I N

K E M I J AI. razred strukovnih škola s jednogodišnjim programom kemije

Obrazovanje odraslih

Priredio: Kazimir Kovač, dipl. ing.

Varaždin, 2010.

SADRŽAJ1

1. STRUKTURA ATOMA I PERIODNI SUSTAV ELEMENATA................................32. UVOD U KEMIJSKI RAČUN.................................................................................63. KEMIJSKE VEZE I JEDNADŽBE KEMIJSKIH REAKCIJA...................................74. DISPERZNI SUSTAVI..........................................................................................95. KISELINE, BAZE I SOLI.....................................................................................106. OSNOVNI POJMOVI ELEKTROKEMIJE...........................................................117. NEMETALI..........................................................................................................128. METALI...............................................................................................................16

1 Dopunjeno šk. god. 2010./11.

2

1. STRUKTURA ATOMA I PERIODNI SUSTAV ELEMENATA

A t o m i

Povijest:5. st. pr. Krista - grčki filozof Demokrit pretpostavio je da se tvari sastoje od malih nedjeljivih čestica (grč. atomein = nedjeljiv)19. st. engleski istraživač John Dalton obnovio je atomsku teoriju20. st. određena je građa atoma (engleski fizičar Rutherford i danski fizičar Bohr)

Veličina atomaNajsitnija čestica elementa koji još predstavlja dotični element nazivamo

atomima. Danas je poznato 112 elemenata, prema tome poznato je 112 različitih atoma. Atomi obično nisu u prirodi samostalni nego se nalaze u formi molekula. Od 112 atoma danas je poznato oko 4 miliona različitih spojeva.

Najmanji je atom vodika. Promjer mu je 75 pm (pm= pikometar2). Masa atoma vodika je 1,67 . 10-27 kg.

Mase atoma uspoređuju se sa atomskom jedinicom mase, da bi se doznalo, koliko je puta masa nekog atoma veća od dogovorene jedinice. Broj koji se dobije naziva se relativna atomska masa .

Relativna atomska masa je broj koji kazuje koliko je puta masa nekog atoma veća od unificirane atomske jedinice mase ( u = 1.6603 . 10-27  kg)Relativne atomske mase su zapisane u periodnom sustavu elemenata

Građa atoma Subatomske ili elementarne čestice

svi atomi izgrađeni su od subatomskih (elementarnih čestica) - elektrona, protona i neutrona. 

 Proton je elementarna čestica pozitivnog električnog naboja, veličina el. naboja protona jednaka je el. naboju elektrona samo sa suprotnim

predznakom, masa protona približno je jednaka atomskoj jedinici mase.

 Neutron je elementarna čestica bez električnog naboja, masa neutrona je približno jednaka masi protona.

 Elektron je elementarna čestica koja posjeduje negativni električni naboj, masa elektrona je oko 1836 puta manja od atomske jedinice mase.

Svaki atom je građen tako da se u njemu mogu razlikovati "dva dijela" - jezgra i elektronski omotač. U samom središtu atoma na vrlo malom prostoru zgusnuti su svi protoni i neutroni koji čine jezgru atoma. Oko jezgre kreću se elektroni i to tako da čine omotač oko jezgre. Promjer elektronskog omotača jednak je promjeru atoma. Broj elektrona u omotaču jednak je broju protona  u jezgri. Atomi različitih elemenata međusobno se razlikuju po broju protona u jezgri odnosno broju elektrona u omotaču.

2 1 pm = 10-12 m

3

Općenito vrijedi da broj protona u jezgri atoma određuje kemijski element kojemu taj atom pripada. 

Protonski (atomski broj) ZBroj protona u jezgri atoma nazivamo protonski ili atomski broj. To je ujedno

i redni broj elementa u periodnom sustavu elemenata.

protonski broj = broj protona = broj elektronaZ = N(p) = N(e)

Nukleonski broj (maseni broj) ATo je zbroj protona i neutrona u jezgri atoma

nukleonski broj = broj protona + broj neutronaA = N(p) + N(n)

56

Zadatak za vježbu: Odredite broj protona, neutrona i elektrona u atomu željeza Fe 26

N(p) = 26 N(e) = 26

N(n) = 56 – 26 = 30Koristeći periodni sustav elemenata, izradite još nekoliko primjera!

IzotopiAtomi istog elementa mogu se međusobno razlikovati samo po broju neutrona

što ih sadrži jezgra.Atomi s istim atomskim brojem i različitom masom nazivaju se izotopi.Izotopi vodika: procij, deuterij, tricij

Elektronski omotač atomaLjuske

Elektroni su u elektronskom omotaču raspodijeljeni u ljuske ili energetske razine. Može ih biti sedam. Označavaju se brojevima od 1 do 7 ili slovima K L M N O P Q.

Maksimalni broj elektrona u ljuskama iznosi: 1(K) ljuska          2 elektrona, 2(L) ljuska          8 elektrona, 3(M) ljuska       18 elektrona, 4 (N) ljuska       32 elektrona. itd.

 Općenito broj elektrona koji mogu primiti pojedine ljuske jednak je 2 n2. Orbitale

Pokazalo se da i elektroni iste ljuske nemaju jednaku energiju. Neki imaju manju a drugi veću. Zato u ljuskama razlikujemo još i orbitale .Svaka orbitala može primiti najviše dva elektrona uz uvjet da se ta dva elektrona međusobno razlikuju po svojem spinu. (spin = vrtnja elektrona oko vlastite osi). Takva dva elektrona čine elektronski par. Ista orbitala ne može imati dva elektrona istog spina.

Raspored elektrona po ljuskama i orbitalama naziva se elektronska konfiguracija i svojstvena je svakoj vrsti atoma. ( Na pr. elektronska konfiguracija za kisik je 1s22s22p4)

O atomima na internetu:

4

http://www.os-pperice-ma.skole.hr/ATOMI1.ppthttp://hr.wikipedia.org/wiki/Atom

PITANJA ZA PONAVLJANJE:1. Što znate o građi atoma?2. Odredi broj protona neutrona i elektrona u atomu natrija.3. Što su to izotopi?4. Nabrojite izotope vodika i objasnite kako su građeni.5. Koliko ljusaka ima u elektronskom omotaču atoma i kako se ljuske

označavaju?6. Izračunajte maksimalni broj elektrona u M ljusci!

Periodni sustav elemenata

Popis kemijskih elemenata:Periodni sustav elemenata je popis do sada otkrivenih kemijskih elemenata.

Elementi su svrstani u periodni sustav prema rastućem protonskom broju. Svaki je element u tablici označen simbolom, protonskim brojem (Z) i relativnom atomskom masom (Ar). (U nekim tablicama nalazi se i puno više raznih drugih podataka).

Elementi su razvrstani u sedam vodoravnih redova – periode i u osamnaest okomitih stupaca – skupine. Elementi su u tablici razvrstani prema kemijskim svojstvima: metali, polumetali, nemetali. Periodni sustav elemenata odražava strukturu atoma, posebno strukturu elektronskog omotača. Atomi kemijskih elemenata u istoj periodi imaju jednak broj ljusaka. Atomi kemijskih elemenata u istoj skupini imaju isti broj elektrona u vanjskoj ljusci i slična kemijska svojstva.

Povijest otkrića periodnog sustava:U 18. stoljeću javljaju se prvi pokušaji da se napravi popis kemijskih

elemenata po nekim pravilima (francuski kemičar A. L. Lavoisier). U 19. st. najuspješniji je bio ruski kemičar D. I. Mendeljejev (1869. god.) koji

je svrstao elemente prema rastućim "atomskim težinama" (danas: relativnim atomskim masama). Opazio je da se slična kemijska i fizikalna svojstva elemenata pravilno (periodički) ponavljaju (zakon periodičnosti). Elemente sličnih svojstava stavio je u istu skupinu!

Periodni sustav elemenata na internetu:http://www.ktf-split.hr/http://www.pse.pbf.hr/http://hr.wikipedia.org/wiki/Periodni_sustav_elemenatahttp://www.drvoznanja.com/tekst38_2.html

PITANJA ZA PONAVLJANJE:1. Što znate o otkriću periodnog sustava elemenata?2. Što su to skupine, a što periode?3. Gdje se u tablici nalaze metali, nemetali i polumetali?

Kod učenja kemije, vježbanja ili rješavanja zadataka,važno je koristiti se periodnim sustavom elemenata!

5

2. UVOD U KEMIJSKI RAČUN

Mase atoma uspoređuju se sa atomskom jedinicom mase, da bi se doznalo, koliko je puta masa nekog atoma veća od dogovorene jedinice. Broj koji se dobije naziva se relativna atomska masa .

Relativna atomska masa (Ar) je broj koji kazuje koliko je puta masa nekog atoma veća od unificirane atomske jedinice mase (u = 1.6603 . 10-27  kg) Relativne atomske mase su zapisane u periodnom sustavu elemenata.

Relativna molekulska masa (Mr) je broj koji pokazuje koliko je puta masa neke molekule veća od unificirane atomske jedinice mase. Relativnu molekulsku masu možemo izračunati zbrajanjem relativnih atomskih masa svih atoma koji grade molekulu.

Zadatak: Izračunaj relativnu molekulsku masu dušične kiseline HNO3 zbrajanjem relativnih atomskih masa.

Mr(HNO3) = Ar(H) + Ar(N) + 3Ar(O) = 1,01 + 14,01+ 3 . 16,00 = 63,02

Množina i molMnožina (oznaka n)Jedinica za množinu je mol (oznaka mol). Mol je jedna od sedam osnovnih

jedinica Međunarodnog sustava jedinica. Mol je množina onog sustava koji sadrži onoliko jedinki koliko ima atoma

u 0,012 kg ugljika izotopa C-12.Avogadrov broj iznosi: 6,02 . 1023

Molarna masa

Molarna masa je fizikalna veličina definirana omjerom mase i množine. m(X)

M(x) = n(X)

Jedinica za molarnu masu je g/mol.

Zadatak: Izračunaj molarnu masu amonijaka NH3.

Mr(NH3) = Ar(N) + 3Ar(H) = 14,01 + 3 . 1,01 = 17,03 M(NH3) = 17,03 g/mol

PITANJA I ZADACI ZA PONAVLJANJE :1. Što je to relativna atomska masa?2. Što je to relativna molekulska masa?3. Koliko iznosi (u kg) unificirana atomska jedinica mase?4. Izračunajte relativne molekulske mase za a) ugljičnu kiselinu H2CO3 b)

natrijev hidroksid NaOH5. Što je to mol?6. Što je to molarna masa?7. Izračunajte molarnu masu fosforne kiseline H3PO4.

8. Kolika je množina molekula sumporne kiseline H2SO4 u uzorku mase 200 g?

6

3. KEMIJSKE VEZE I JEDNADŽBE KEMIJSKIH REAKCIJA

Kemijske veze

Atomi elemenata se međusobno povezuju i nastaju spojevi. Samo su plemeniti plinovi u prirodi u elementarnom stanju.

Osnovne vrste kemijskih veza su: Ionska veza Kovalentna veza

Metalna veza

Ionska vezaAtomi su neutralne čestice (broj protona = broj elektrona).Ioni su čestice (atomi) s pozitivnim ili negativnim nabojem.Ioni nastaju tako da atomi otpuštaju ili primaju elektrone.

Kation – pozitivno nabijeni ion. Anion – negativno nabijeni ion.Na → Na+ + e- (reakcija oksidacije3) Cl + e- → Cl- (reakcija redukcije4)

Na+ + Cl- → NaCl

Ionska veza nastaje elektrostatskim privlačenjem iona metala (kationi) s ionima nemetala (anioni).

Valencija atoma u ionskim spojevima jednaka je broju primljenih ili otpuštenih elektrona.

Kovalentna vezaVeza između atoma nemetalaKovalentna veza nastaje stvaranjem zajedničkih elektronskih parova. Svaki

atom daje po jedan elektron, stvarajući zajednički elektronski par, koji pripada i jednoj i drugoj jezgri povezujući oba atoma.

Pravilo okteta: Svaki atom u molekuli stvara zajedničke elektronske parove dok njima ne postigne oktet (osam elektrona u valentnoj ljusci) odnosno konfiguraciju najbližeg plemenitog plina.

Nastajanje kovalentne veze može se prikazati Lewisovim5 oznakama. One se sastoje od simbola elemenata, a točkicama oko simbola se prikazuju elektroni vanjske ljuske (valentni elektroni)

3 Oksidacija je proces otpuštanja elektrona4 Redukcija je proces primanja elektrona5 G. N. Lewis (1875. – 1946. ), američki kemičar, teorija kemijske veze

7

Jednostruka kovalentna veza nastaje stvaranjem jednog zajedničkog elektronskog para između atoma.

Osim jednostruke, postoje još i dvostruka i trostruka kovalentna veza. Neke molekule prikazane pomoću Lewisovih oznaka:

.Valencija u spojevima s kovalentnom vezom određena je brojem elektronskih

parova što ih atom elementa ostvari s drugim atomima.

Polarnost molekulaMolekule mogu biti polarne. Polarnost molekula uvjetovana je razlikom

elektronegativnosti povezanih atoma i građom molekula.Elektronegativnost je mjera sposobnosti jezgre jednog atoma u vezi da jače

privlači zajednički elektronski par.

Molekula vode (H2O) je polarna.

Metalna vezaSvojstva metala (talište, vrelište, kovnost, vodljivost električne struje i dr.)

posljedica su metalne veze. Metali imaju kristalnu strukturu. U kristalnoj rešetki su pravilno razmješteni ioni metala, a između njih su lako pokretljivi delokalizirani6

elektroni.

Jednadžbe kemijskih reakcija

Jednadžbe kemijskih reakcija su najjednostavniji prikaz nekog kemijskog procesa.

Reakcija natrija i kolora može se prikazati kemijskom jednadžbom:

2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)

Neka pravila za rješavanje jednadžbi:1. Moramo znati što su reaktanti i produkti u reakciji.

6 Delokalizirani elektroni – valentni elektroni koji ne pripadaju određenom atomu, nego se rasprostiru oko više atoma u kristalu ili molekuli

8

2. Formule reaktanata i produkata treba pravilno napisati i više se ne smiju mijenjati.

3. Jednadžbu treba uravnotežiti. Broj svake vrste atoma s obje strane jednadžbe mora biti jednak.

4. Brojevi ispred atoma i molekula nazivaju se stehiometrijski brojevi.5. Uz simbole i formule mogu se staviti oznake agregatnog stanja: (s) – čvrsto, (l)

– tekuće, (g) - plinovito.

PITANJA I ZADACI ZA PONAVLJANJE:1. Nabrojite osnovne vrste kemijskih veza.2. Što su to ioni i kakao nastaju?3. Što su to kationi i anioni?4. Koji elementi se vežu kovalentnom vezom?5. Lewisovim oznakama prikažite nastajanje molekula H2, Cl2 ili HCl6. Što znate o valenciji?7. Dovršite jednadžbe slijedećih kemijskih reakcija: a) H2(g) + O2(g) → H2O(l) b) C(s) + O2(g) → CO(g) c) Al(s) + O2(g) → Al2O3(s)

4. DISPERZNI SUSTAVI

Disperzni sustaviDisperzni sustavi su smjese u kojima je jedna ili više tvari raspršena

(dispergirana) u drugoj tvari. Disperzno sredstvo – tvar u kojoj je nešto raspršeno. Disperzna faza – tvar koja je raspršena u disperznom sredstvu.

Disperzni sustavi dijele se prema veličini čestica disperzne faze na: grubo disperzne sustave (suspenzije), koloidne sustave i prave otopine.

Suspenzija (grubo disperzni sustav) – čestice disperzne faze su velike, veće od 200 nm (nm = nanometar7) i brzo se talože na dnu (taloženje – sedimentacija). Takvi sustavi nemaju neka posebna svojstva.

Koloidni sustavi - čestice disperzne faze su manje (1 do 200 nm), prolaze kroz pore filtrirnog papira i pokazuju Tyndallov fenomen8. Neki primjeri koloidnih sustava su: magla, dim (aerosol), sapunica (pjena), mlijeko (emulzija), želatina (sol, gel), maslac (čvrsta emulzija).

Prave otopine (otopine) – čestice disperzne faze su vrlo sitne (manje od 1 nm). U otopini se disperzno sredstvo naziva otapalo, a disperzna faza je otopljena tvar. Otapalo je najčešće tekućina, a otopljene tvari mogu biti u sva tri agregatna stanja. Primjeri: vodovodna voda, morska voda, šećer u čaju i sl.

Sastav otopineSastav otopine može se iskazati na više načina: maseni udio, masena

koncentracija i množinska koncentracija.

Maseni udio

7 1nm = 1. 10-9m)8 Tyndallov fenomen – raspršivanje zraka svjetlosti na česticama koloidnih dimenzija

9

Maseni udio (w) je omjer mase otopljene tvari i ukupne mase otopine9.

m(X) w(X) = m(otopine)

Zadatak: Treba pripremiti 150 g otopine natrijevog klorida NaCl u kojoj je maseni udio w(NaCl) = 5 %. Izračunaj masu NaCl koja je potrebna za pripremu otopine. Kako se pripremaju otopine određenog masenog udjela?m(otopine) = 150 gw(NaCl) = 5 % = 0,05m(NaCl) = ?

m(NaCl) w(NaCl) = m(otopine)

m(NaCl) = m(otopine) . w(NaCl) = 150 g . 0,05 m(NaCl) = 7,5 g Za pripremu otopine potrebno je 7,5 g natrijevog klorida NaCl.

Masena i množinska koncentracijaMasena koncentracija (γ) jednaka je omjeru mase otopljene tvari i volumena

otopine. Iskazuje se jedinicom g/dm3 ili g/LMnožinska koncentracija (c) jednaka je omjeru množine otopljene tvari i

volumena otopine. Jedinica množinske koncentracije je mol/dm3 ili mol/L

PITANJA I ZADACI ZA PONAVLJNJE:1. Izračunajte maseni udio natrijevog hidroksida NaOH u otopini, ako je u

500 g otopine otopljeno 20 g natrijevog hidroksida. R: w(NaOH) = 0,04 = 4 %2. Izračunajte masu vode u kojoj treba otopiti 10 g glukoze C6H12O6 da se

dobije 2 % otopina glukoze.3. Potražite u udžbeniku kako se priprema otopina zadanog masenog

udjela.4. Gdje se u svakodnevnom životu susrećemo s otopinama određenog

masenog udjela (%)?5. Što znače oznake %, ‰, ppm?

5. KISELINE, BAZE I SOLI

KiselineKiseline u svakodnevnom životu (octena kiselina, klorovodična kiselina,

sumporna kiselina i td.) – gdje se koriste?

Ionizacija kiselina: HCl H2O H+ + Cl-

H2SO4 H2O 2H+ + SO42-

9 Maseni udio se iskazuje postocima (%), promilima (‰) i dijelovima u milijun dijelova(ppm). ppm = parts per milion = dijelova na milijun dijelova

10

Prema Arrheniusovoj10 teoriji kiseline su tvari koje u vodenim otopinama povećavaju koncentraciju vodikovih iona H+.

Kiseline se dijele na jake (na pr. H2SO4), srednje jake (H3PO4) i slabe (H2CO3).

Oprez pri radu s kiselinama: Kod razrjeđivanja koncentriranih kiselina s vodom treba ulijevati kiselinu u vodu. Suprotno, voda u kiselinu je opasno zbog prskanja kiseline (vuk pravilo).

BazeNatrijev hidroksid, ionski spoj, u vodenoj otopini se razdvaja na ione (reakcija

disocijacije): H2O

NaOH Na+ + OH-

Prema Arrheniusovoj teoriji baze su tvari koje disocijacijom u vodenim otopinama daju hidroksidne ione OH-.

Hidroksidi topljivi u vodi nazivaju se lužine.

Vrijednost pH pH (pe-ha) je mjera za kiselost otopine. pH ovisi o koncentraciji H+ iona u otopini. pH može imati vrijednosti od 0 do 14. pH se može odrediti: a) indikatorima (metiloranž, fenolftalein, univerzalni

indikatorski papir); b) pomoću instrumenta ( pH – metar)

I I I 0 kiselo 7 bazično 14 neutralno

PITANJA ZA PONAVLJANJE:1. Navedite formule i nazive za nekoliko važnijih kiselina.2. Definicija kiselina prema Arrheniusovoj teoriji.3. VUK pravilo za razrjeđivanje kiselina.4. Što znate o pH?5. Na mnogim kozmetičkim proizvodima piše pH = 5,5. Kakve su to otopine?6. Što je reakcija neutralizacije?

6. OSNOVNI POJMOVI ELEKTROKEMIJE

Povijest18. st. – talijanski liječnik i prirodoslovac L. Galvani (1737. - 1798.) radio je

pokuse sa žabljim kracima koji su se trzali u dodiru s različitim metalima. To je objasnio kao "životni elektricitet". Galvanijeve pokuse proučavao je talijanski fizičar A. Volta (1745. – 1827) i objasnio da je trzanje mišića posljedica elektriciteta koji nastaje između dva metala povezana elektrolitom. Prema Volti i Galvaniju nazvani su mnogi uređaji i mjerna jedinica električnog napona (volt V).

Elektroliti

10 S. Arrhenius (1859. – 1927.), švedski kemičar, dobitnik Nobelove nagrade za kemiju

11

Elektroliti su tvari čije otopine ili taline provode električnu struju. U elektrolite ubrajamo kiseline, baze i soli. U elektrolitima postoje električki nabijene čestice – ioni, koji omogućuju provođenje struje. Elektrolite dijelimo na jake i slabe. Sve ostale tvari koje u otopinama ili talinama ne provode električnu struju nazivamo – neelektroliti. (Na pr. otopina šećera, alkohol i sl.)

Elektroliza

Elektroliza je kemijski proces pri kojem se djelovanjem istosmjernog električnog polja ioni usmjereno gibaju i reagiraju na elektrodama. Glavni dijelovi elektroliznog članaka su: elektrode (katoda i anoda), izvor istosmjerne električne struje i elektrolitna otopina. Reakcije na elektrodama su redoks – reakcije: na katodi redukcija, a na anodi oksidacija.

Primjena elektrolize: Elektroliza se primjenjuje pri industrijskom dobivanju mnogih elemenata: vodik, kisik, klor, alkalijski i zemnoalkalijski metali, aluminij, bakar i dr. Isto tako koristi se u zaštiti metala od korozije11. Procesom galvanizacije jedan metal se prevlači tankim slojem drugog metala (kromiranje, poniklavanje, pocinčavanje i sl.)

Galvanski članciUređaji u kojima se kemijska energija pretvara u električnu. Sastoje se od dvije

elektrode (od različitih metala) koje su uronjene u otopinu elektrolita. Na elektrodama dolazi do reakcija oksidacije i redukcije (redoks reakcije). Primjena: elektrokemijski izvori električne struje, baterije i akumulatori12.

PITANJA ZA PONAVLJNJE:1. Što znate o Volti i Galvaniju?2. Što znate o elektrolizi i gdje se elektroliza primjenjuje?3. Što je to oksidacija? 4. Što je to redukcija?5. Što su to elektroliti? Koje tvari ubrajamo u elektrolite?

7. NEMETALI

Nemetali:

11 Korozija je kemijsko ili elektrokemijsko nagrizanje metala.12 Udžbenik: Kemija oko nas, str. 64 - 70.

Slika – elektroliza vodeProdukti reakcije su:

vodik (na katodi) i kisik (na anodi)

12

U nemetale ubrajamo: vodik, ugljik, dušik, fosfor, kisik, sumpor, selen, halogene elemente i plemenite plinove. Neke od njih nalazimo u prirodi u elementarnom stanju, na pr. kisik, dušik i plemenite plinove.

Nazivi glavnih skupina nemetala:18. skupina: Plemeniti plinovi17. skupina: Halogeni elementi16. skupina: Halkogeni elementi15. skupina: Dušikova skupina14. skupina: Ugljikova skupina

KEMIJA I OKOLIŠ

Pozitivni utjecaj kemije na uvjete života i rada

Mnoga otkrića u kemiji imaju pozitivan utjecaj na uvjete života i rada čovjeka. Primjeri: umjetna gnojiva, poluvodiči, sinteza plastičnih masa, boja, lijekova itd.

Kemija i ekologija

Ekologija13 – znanost koja se bavi proučavanjem međusobnih odnosa živih bića , te njihovih odnosa prema neživu svijetu što ih okružuje.

Kemijski procesi uzrokuju razne ekološke probleme: onečišćavanje zraka, vode i tla, kisele kiše, učinak staklenika, i dr.

Zemljina atmosfera

Osnovni dijelovi atmosfere su: o Troposfera – do 11 km visine. U tom dijelu ima najviše zraka. U donjem dijelu

troposfere nastaju oblaci i meteorološke promjene.o Stratosfera – do 50 km visine. Tu se nalazi ozonski slojo Mezosfera – 50 do 80 km visine (temperatura -900 C)o Termosfera – 80 do 690 km visine - sadrži ione koji nastaju zbog Sunčeva

zračenja. Ionosfera – električki vodljiv sloj koji omogućuje telekomunikacije na velike udaljenosti. Temperatura raste.

Sastojci zraka:

Zrak je smjesa plinova. Osnovni sastojci su: dušik N2 (78,08%), kisik O2

(20,95%), argon Ar (0,93%), ugljikov(IV)oksid CO2 (340 ppm)

o Dušik – molekula N2 - plin koji ne gori i ne podržava gorenje. Nije otrovan, ali guši jer sprečava pristup kisiku. Važan za stvaranje INERTNE ATMOSFERE u reakcijama koje se provode u odsutnosti kisika. Velike količine dušika koriste se za proizvodnju amonijaka NH3.

o Kisik – molekula O2 - plin bez boje i mirisa, jako oksidacijsko sredstvo. Primjena: Aparati s kisikom – u bolnicama, ronioci, vatrogasci, alpinisti. Pri izgaranju s vodikom ili acetilenom postižu se jako visoke temperature – primjena u plamenicima za autogeno zavarivanje.

o Plemeniti plinovi su kemijski inertni (ne reagiraju s ostalim elementima). Važni su za stvaranje inertne atmosfere kod raznih reakcija, punjenje žarulja. Helij - plin za punjenje balona.

13 grč. oikos = kuća, dom + logos = riječ, znanost

13

Ozon i ozonske rupe

Ozon je alotropska modifikacija14 kisika čija se molekula sastoji od tri atoma kisika O3.

Svojstva ozona – plin blijedoplave boje. U malim je koncentracijama osvježavajućeg mirisa,15 vrlo je jako oksidacijsko sredstvo, razara organske tvari. Upotrebljava se kao sredstvo za dezinfekciju vode i pročišćavanje zraka u zatvorenim prostorijama (operacijske dvorane i sl.). Ozon nalazimo u troposferi i stratosferi.

Ozon u troposferi – nastaje kao posljedica onečišćenja zraka. Sastavni je dio gradskog smoga. Uzrokuje teškoće pri disanju i oštećenje biljaka. Pojava ozona u troposferi je štetna (fotokemijski smog).

Ozon u stratosferi – na visini 15 – 55 km nalazi se ozonski sloj koji je važan za opstanak života na Zemlji. Nastaje djelovanjem Sunčevog zračenja i štiti Zemlju od štetnog ultraljubičastog (UV) zračenja. Pojava prorjeđivanja ozonskog sloja u stratosferi nazvana je "ozonska rupa". Smanjenje koncentracije ozona u stratosferi uzrokuje pojačano UV – zračenje, koje može uzrokovati rak kože (melanom), oštećenje očiju, imunološkog sustava i dr. Pojave ozonske rupe uzrokuju razni spojevi koji dospijevaju u atmosferu: freoni – u rashladnim i klimatskim uređajima, otapala, raspršivači; haloni – u uređajima za gašenje požara i dr. Međunarodni sporazum o zaštiti ozonskog sloja je Montrealski protokol (1987. god.), a 16. rujan je Međunarodni dan zaštite ozonskog omotača.

Kisele kiše

Kiša otapa tvari koje se nalaze u atmosferi. otapanjem ugljikova dioksida CO2

iz zraka, u kapljicama kiše nastaje manja količina ugljične kiseline H2CO3. Zbog toga je u prirodnim uvjetima kiša slabo kisela (pH oko 5,6). Izgaranjem ugljena i ostalih fosilnih goriva nastaju sumporovi i dušikovi oksidi (SO2, SO3, NO, NO2). Oni s vodom stvaraju sumpornu i dušičnu kiselinu, koje povećavaju kiselost kiše. Takve se kiše zovu kisele kiše. Njihovo djelovanje je štetno – uništavanje vegetacije, zakiseljavanje tla, uništavanje spomenika, građevina i dr.

Učinak staklenika

Vodena para (H2O), ugljični dioksid (CO2), metan (CH4) i didušik oksid (N2O) su staklenički plinovi nastali prirodnim aktivnostima. Oni izmiješani u cjelokupnom sloju atmosfere, čine zračni toplinski omotač oko Zemlje. Taj omotač sprečava gubitak toplinske energije u svemir i doprinosi da je klima na Zemlji povoljna za život. Bez omotača od stakleničkih plinova, površina Zemlje bi bila 30ºC hladnija nego što je danas, nepovoljna za živa bića, hladna i beživotna poput površine Marsa.

Zemlja se zagrijava i emitira toplinsko zračenje. Na taj način zemljina površina reflektira oko 70 % sunčevog zračenja dospjelog na njezinu površinu. Staklenički plinovi u atmosferi apsorbiraju dio tog zračenja čime dolazi do zagrijavanja atmosfere, što se naziva "učinak staklenika".

Kao rezultat, Zemljina površina održava klimu koja je povoljna za živa bića. Međutim, izgaranje fosilnih goriva i sječa šuma uzrokuju povećanje količine ugljičnog dioksida (CO2) u atmosferi. Ljudi svojim aktivnostima ispuštaju i druge stakleničke plinove, kao što su metan (CH4) i didušik oksid (N2O). Staklenički plinovi nastali ljudskim aktivnostima utječu na cijeli sustav dovodeći do dodatnog globalnog zagrijavanja. U proteklih 100 godina globalna temperatura je porasla u prosjeku 0.4 - 0.8 ºC. To sve može u budućnosti dovesti do klimatskih promjena.

14 Alotropija je pojava da se elementarna tvar pojavljuje u dva ili više strukturnih oblika. 15 grč. ozo = mirišem; miris ozona osjeća se već pri razrjeđenju 1 : 500 000

14

Voda

Kemijski čista voda jest spoj vodika i kisika H2O, bez sadržaja drugih tvari. Takve vode u prirodi nema, a dobiva se procesima destilacije ili deionizacije. Prirodne vode se razlikuju po sadržaju otopljenih soli. Količina otopljenih soli u vodi označuje se kao "tvrdoća vode". Jedinica za iskazivanje tvrdoće vode je stupanj tvrdoće. Kod nas se koristi njemački stupanj tvrdoće (10 mg CaO/dm3). U mekoj vodi (kišnici) nema otopljenih soli.

Najčešći onečišćivači vode jesu kiseline, lužine, umjetna gnojiva, soli teških metala, fenoli, detergenti, pesticidi itd. Zbog toga je važno pročišćavanje otpadnih voda.16

Zaštita okoliša na internetu:Ministarstvo zaštite okoliša, prostornog uređenja i graditeljstva http://www.mzopu.hr/

PITANJA ZA PONAVLJANJE:1. Nabrojite važnije slojeve atmosfere.

16 Detaljnije o raznim ekološkim problemima pogledati u poglavlju Kemija oko nas, str. 80 - 125

Glavni izvori stakleničkih plinova su:• izgaranje fosilnih goriva, • industrijski procesi, • odlaganje otpada, • sječa šuma, • poljoprivredna proizvodnja i • stočarstvo.

Mjere za smanjenje emisija stakleničkih plinova su: • korištenje obnovljivih izvora energije, • povećanje energetske učinkovitosti, • energetsko korištenje otpada, • promjena tehnologija u industriji, • razvrstavanje otpada, • izolacija zgrada, • korištenje javnog prijevoza, • korištenje automobila koji troše manje goriva i • pošumljavanje.

15

2. Koji su osnovni sastojci zraka?3. Što je to ekologija?4. Ozon – svojstva?5. Što znate o nastajanju ozona u troposferi?6. Što znate o nastajanju i važnosti ozona u stratosferi?7. Kako nastaju kisele kiše i zbog čega su štetne?8. Nabrojite važnije stakleničke plinove.9. Koji su glavni izvori stakleničkih plinova10.Koje su važnije mjere za smanjenje emisije stakleničkih plinova?

8. METALI

Metali u našoj svakodnevnici imaju veliku važnost. U primjeni su od pribora za jelo do konstrukcija mostova i nebodera. Tako velika primjena metala dolazi od kombinacije njihovih raznih svojstava.

Rasprostranjenost: od sedam najzastupljenijih elemenata na Zemlji (O, Si, Al, Fe, Mn, Ca, Na) pet su metali, a od svih poznatih kemijskih elemenata 4/5 su metali.

U prirodi se većinom pojavljuju u spojevima - mineralima, a vrlo rijetko u elementarnom stanju (zlato, srebro, platina, bakar, bizmut, paladij i meteorno željezo), što ovisi o njihovoj reaktivnosti.

Svojstva metala:Fizikalna svojstva metalakristalna struktura: pri sobnoj temperaturi metali su čvrste kristalne tvariboja: neprozirni su, većinom su bijele ili sive boje, prema boji dijele se na crne

(željezo, kobalt, nikal i njihove legure), a ostale smatramo obojenimakovkost: većina metala može se kovati, izvlačiti u žice (električni i telefonski vodovi) ili

valjati u folije (aluminijska folija koja se koristi u domaćinstvu)vodljivost: dobri su vodiči topline i elektricitetagustoća: laki metali - do 4,5 g/cm3 - natrij, magnezij, aluminij

teški metali - više od 4,5 g/cm3 - željezo, kositar, olovo

Kemijska svojstva metalareakcija s kisikom: daju okside metala (ne reagiraju živa, zlato i platina)

16

reakcija s kiselinama: reaktivniji istiskuju vodik iz kiselina koje nisu oksidacijsko sredstvo; slabije reaktivni reagiraju samo s kiselinama koje su oksidacijska sredstva; plemeniti ne reagiraju s kiselinama

Tehnički važni metali

ŽELJEZO Fe

Dobivanje željeza: Za dobivanje željeza danas se upotrebljavaju isključivo oksidne i karbonatne

rude. Iz oksidnih ruda željezo se dobiva redukcijom ruda koksom, odnosno ugljik(II)-oksidom u visokim pećima.

Reakcije: C + O2 → CO2

CO2 + C → 2CO Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Proizvodi koji nastaju u visokoj peći su: sirovo željezo, troska i grotleni plinovi

Primjena željeza:• Primjena željeza je prvenstveno u obliku čelika, a manje kao sirovog ili

lijevanog željeza. • Čelik je legura željeza s 0,05 - 1,7% ugljika. To je najvažniji tehnološki i

konstrukcijski materijal, a poznato je više od tisuću vrsta čelika. • Prema namjeni čelike možemo podijeliti na konstrukcijske, alatne i specijalne

čelike. Prema sastavu mogu biti ugljični i legirani. Čelik se legira s brojnim metalima. To su najčešće nikal, krom, mangan, vanadij, volfram, molibden i kobalt, ali mogu biti i bakar, aluminij i silicij.

BAKAR CuALUMINIJ Al17

Metali na internetu:http://public.carnet.hr/~gordpint/kemija/metali/Metali.html

Pitanja za ponavljanje:1. Što znate o rasprostranjenost elemenata?2. Što znate o dobivanju željeza u visokoj peći?3. Što znate o primjeni željeza i važnijim legurama?

17 Udžbenik: Kemija oko nas, 138 - 143

17

9. LITERATURA

LITERATURA ZA UČENIKE: jedan od odobrenih udžbenika za 1. razred strukovnih škola:

Herak, Sever, Zdjelarević, Kemija oko nas, Profil, Zagreb, 2007. Krnić, Popović, Kovačević, Pavlović, Kemija 1, Alfa, Zagreb, 2008. Petreski, Tkalčec, Kemija, Školska knjiga, Zagreb, 2006. Petreski, Herak, Osnove opće i anorganske kemije, Profil, Zagreb, 2007.

PRILOG: o PREGLED PROGRAMA ZA 1. RAZRED o PERIODNI SUSTAV ELEMENATA

18

ELEKTROSTROJARSKA ŠKOLA VARAŽDINKEMIJA – 1. RAZREDPREGLED PROGRAMA

STRUKTURA ATOMA I PERIODNI SUSTAV ELEMENATA

Uvodni sat: zadaci kemije, podjela i svojstva tvari Sastav tvari: atomi i molekule Struktura atoma; elementarne čestice Izotopi Elektronski omotač atoma Elektronski omotač – elektronske konfiguracije Periodni sustav elemenata Uvod u kemijski račun: relativna atomska i molekulska masa Množina, mol Molarna masa Molarni volumen Vježbanje zadataka iz kemijskog računa

KEMIJSKE VEZE I JEDNADŽBE KEMIJSKIH REAKCIJA

Vrste kemijskih veza – uvod Ionska veza Kovalentna veza – jednostruka Kovalentna veza – dvostruka Kovalentna veza – trostruka Polarnost molekula i elektronegativnost Vodikova veza Kemijske reakcije i jednadžbe kemijskih reakcija

DISPERZNI SUSTAVI

Disperzni sustavi – vrste i svojstva Koloidni sustavi Prave otopine Otapanje tvari, otapala Iskazivanje sastava otopine; maseni udio Masena koncentracija Množinska koncentracija

KISELINE, BAZE, SOLI

Kiseline - uvod KiselineLužine (baze) Ionizacija vode, pH, indikatori Neutralizacija, soli

OSNOVNI POJMOVI ELEKTROKEMIJE

19

Vodljivost otopina, elektroliti, neelektroliti Elektroliza Galvanski članci; elektrokemijski niz elemenata Izvori istosmjerne električne struje

NEMETALI

Nemetali – uvod Pregled svojstava nemetala po skupinama Zrak (sastav, atmosfera, zagađenje – SO2) Kisik, ozonKisele kiše Voda - sastav, vrste, zagađivanje, čišćenje Ugljikovi spojevi, CO2, efekt staklenika Tlo – sastav, vrste Prirodna i umjetna gnojiva, sredstva za zaštitu bilja

METALI

Metali u prirodi, svojstva, metalna veza Tehnički važni metali: željezo, aluminij, bakar

LITERATURA:

Herak, Sever, Zdjelarević, Kemija oko nas, udžbenik za 1. razred strukovnih škola s jednogodišnjim programom kemije, Profil, Zagreb, 2008.

KONZULTACIJE I ISPITI (K. Kovač, prof.)

----------------------------------------------------------------

20

21

22