Atom – nejmenší částice, která je nositelem chem. vlastností prvku.

Molekula – nejm. částice látky, která je schopná samostatné existence v prostoru.

Ionty – je jedno nebo víceatomová částice, která je kladně nebo záporně nabitá.

Látkové množství

n – (1 mol) – l mol je takové množství částic, jako je v 0,012 g izotopu C¹²

– počet částic tvořících systém

N_A – Avogadrova konstanta: N_A = 6,023. 10²³ mol^-1 – počet částic v 1 molu

n = m / M = N / N_A = V_B / V_N

Avogardrův zákon – za stejné teploty a tlaku je ve tsejných objemech libovolných plynů stejný počet molekul.

Molární hmotnost

-je hmotnost soustavy o látkovém množství 1 mol.Je to tedy hmotnost částic odpovídající Avogardrově konstantě.

Oxidační číslo

– v určitém chemickém stavu je elektrický náboj, který by byl přítomen na atomu prvku, kdybychom vazebné elektrony v každé vazbě, která vychází z tohoto atomu přidělili elektronegativnějšímu prvku.

Chemické vzorce

Stechiometrické-(empirické)

-vyjadřují nejmenšími čísly zastoupení jednotlivých atomů ve sloučenině

molekulové

-počet jednotlivých atomů ve skutečné molekule u sloučeniny se skutečnou

molekulovou strukturou

racionální

-vyjadřují ve zjednodušené formě základní strukturu molekuly, její atomovou

konfiguraci

elektronové strukturní

-uspořádání atomů v molekule je shodné s klasickým strukturním vzorcem

–           kovalentní –    dvojná =         trojná º

geometrické strukturní

-uváděny hodnoty délky vazeb a vazebných úhlů

2.otázka

Atomové jádro

– je charakterizováno třemi veličinami:

1, Protonovým číslem (počet protonů v jádře).

2, Nukleonovým číslem (počet nukleonů v jádře (nulkeon – proton a neutron)).

3, Molární hmotností

 

-téměř veškerá hmotnost atomu je soustředěna do jádra, které je nositelem kladného náboje.

-rozměr jádra je o několik řádů menší než rozměr atomu.

-kolem jádra obíhají po kruhových drahách elektrony.

 

Nuklid – je prvek složený z atomů se stejným protonovým i nukleonovým číslem.

Izotop – je nuklid, který má stejné protonové číslo ale různé nukleonové číslo

 

Jaderná reakce

– je proces, při němž dochází k samovolné přeměně jádra nebo k jeho přeměně účinkem jiného jádra, částice nebo fotonu.

Podle počtu reagujících částic a jader dělíme jadernou reakci na

1, mononukleární (atomové jádro se rozpadá, vzniká jádro nové a uvolní se částice α β γ).

– přeměna α – pokles Z o 2 jednotky

– přeměna β^– – růst Z o 1 jednotku

– přeměna β⁺ – pokles Z o 1 jednotku

– přeměna γ

 

2, binukleární (s použitím aktivační částice x (α γ p n).

– Transmutace ( Z se mění max. o 2)

– Štěpná reakce – vzniknou 2 jádra naprosto odlišná, ostřeluje se jedním neutonem, vzniknou další 3 neutrony.

– Termonukleární reakce – malá jádra se slučují ve velká (pouze za vysokých teplot).

3.otázka

1.Kvantově mechanický model atomu

Výchozím bodem byla teorie A. Einsteinem.Podle ní má světlo vedle vlnového charakteru rovněž charakter korpuskulární a je tvořeno proudem částic – fotonů.Každý foton má energii ε

Která závisí na kmitočtu záření podle Planckova vztahu ε = h v.

 

Každé pohybující se hmotné těleso se rovněž chová jako zdroj vlnění.Vlnový charakter tělesa je tím výraznější, čím je hmotnost menší a rychlost větší.U těles jako např. vystřelená kulka je vlnový charakter zanedbatelný a lze proto tento pohyb popsat zákony klasické mechaniky.To však nelze říci o elektronech v obalu jádra.Elektrony jsou velmi malé a kurevsky rychlé.

Lze říci, že pohyb elektronu v poli atomového jádra lze interpretovat jako stojaté vlnění.

 

2.Atomové orbitaly

-prostor kolem atomového jádra, v němž se 95% pravděpodobností vyskytuje elektron

-mají tvar rotačních těles, zobrazujeme pouze hraniční povrchy

3.Kvantová čísla

-určují velikost, tvar a prostorovou orientaci

– hodnoty kvantových čísel souvisejí s počty vln stojatého vlnění

hlavní kvantové číslo n

-určuje energii orbitalu a udává pořadí sféry od jádra

1 2 3 4 5 6 7 …hl. kv. č.

K L M N O P Q … sféra.

vedlejší kvantové číslo l

-určuje tvar orbitalu, jeho max. hodnota je o 1 menší než hod. hlavního kvant. Čísla

0 1 2 3 4 5 6 …vedl. kv. č.

s p d f g h i … vedl. kv. č

magnetické kvantové číslo m

-určuje prostorovou orientaci vzhledem k osám souřadnic

-atomové orbitaly, které se liší pouze m, mají stejnou energii a označují se jako

degenerované   př. d- orbitaly, kt. je 5, jsou pětkrát degenerované

spin – lze považovat za 4. kv. č. a souvisí s magnetickým momentem elektronu

-elektron rotuje kolem vl. osy ve dvou směrech (+, -)

4.otázka

Pravidla pro výstavbu elektronového obalu

1.Pauliho princip- v atomu se nemohou vyskytovat dva elektrony, kt. by měly všechna 4 kv.

čísla stejná (musí se lišit aspoň v jednom kv. č.)
elektronový pár, nepárový elektron, vakantní orbita(prázdné pole)

2.výstavbový princip = n + l

-elektrony obsazují orbitaly v pořadí rostoucí energie, atom v základním stavu má

nejnižší energii

-pořadí atomových orbitalů podle rostoucí energie

1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-6s-4f-5d-6p-7s-5f-6d-7p             největší energie

3.Hundovo pravidlo – degenerované orbitaly obsadí první nepárové elektrony se shodným

spinem, pak se teprve obsazují párové elektrony

5.otázka

Periodicita elektronové konfigurace

Př. elektronová konfigurace ₃₃As… 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p³

₁₈ Ar 3d¹⁰ 4s² 4p³

6.otázka

Klasické teorie chemické vazby

a.)teorie elektrovalence- W. Kossel, 1916, Iontová vazba

-vysvětluje vznik chemické vazby mezi prvky s velmi odlišnými charaktery

-setká- li se kov s nekovem pak dojde k výměně valenčních elektronů za vzniku iontů

 

*

b.)teorie kovalence

-chemická vazba spočívá ve vytváření vazebných elektronových párů, kt. jsou

společné oběma spojeným atomům

-vazebný pár vzniká spojením dvou nepárových elektronů , kt. se nacházejí na dvou

různých atomech a liší se spinem –kovalentní vazba

-vazebný pár vzniká spojením vakantního a zaplněného orbitalu – koordinačně

kovalentní vazba

 

*

 

jednoduchá

násobná vazba- vzniká sdílením dvou nebo tří elektronových párů (násobné vazby u

uhlíku, dusíku, síry, kyslíku)

př: N₂    |N + N|                     |N º N|

 

7.otázka

Polarita kovalentní vazby- k určení polarity vazby se používá elektronegativita prvků

– u vazeb s rozdílnou elektronegativitou je vazebný MO posunut na

stranu atomu s větší elektronegativitou

mezi atomy A,B, kde platí X_B > X_A, vzniká polární kovalentní

vazba *

Elektronegativita prvků- číslo, kt. vyjadřuje schopnost atomu přitahovat valenční

elektrony kovalentní vazby

-není konstantní číslo, mění se v závislosti na oxidační číslo

-nejpatrnější změny jsou u d- prvků a u kovových p- prvků

Iontovost vazby   i

– vyjadřuje se v %

-v případě stejných hodnot elektronegativit je MO umístěn symetricky mezi

oba atomy a i = 0%

-vazba odpovídající úplnému posunutí vazebného MO na atom B(d = 1)má i= 100%

i = 1- exp [-0,21 (X_A– X_B)]²

8.otázka

Hybridizace atomových orbitalů

-nemá- li atom ve valenční sféře vakantní orbitaly, nemůže vytvářet další valenční

stavy

Základní stav                                                 Valenční stavy atomů

 

Hybridizace= mísení a energetické sjednocování různých typů orbitalů v atomu.

smísením určitého počtu AO vzniká stejný počet hybridizovaných orbitalů, kt.

jsou prodaný typ hybridizace stejné a liší se pouze prostorovou orientací.

 

9.otázka

Skupenské stavy látek- tuhé, kapalné, plynné, plazma.

-přechod mezi skupenstvími vlivem vnějších podmínek

-velikost soudružných sil –nízká plyny

-střední -kapaliny, tekuté krystaly

-vysoká- skla, tuhé krystalické látky

g

sublimace                 vypařování

kondenzace               kondenzace

tání                                                                                                                      s           tuhnutí       l

 

fázový diagram jednosložkové soustavy

*

Plynné skupenství- obrovská rozptýlenost molekul, ty se proto mohou volně pohybovat a

vykonávat přitom postupný i rotační pohyb

Zákony ideálních plynů         p V / T = p V / T

Ideální plyn- mezi jeho molekulami nepůsobí žádné přitažlivé síly, při srážkách

se tyto molekuly chovají jako dokonale pružné koule a jejich objem je

prakticky nulový(hmotné body)

Izotermický děj- T = konst.   p₁ V₁ = p₂ V₂ =konst.   grafem je rovnoosá hyperbola

Izobarický děj- p = konst.   V / T = V / T = konst.  při zahřívání plynu vzrůstá objem

Izochorický děj- V = konst.   p / T = p /T = konst.    při zahřívání plynu vzrůstá tlak

Izochora, Izobara jsou přímky

Stavová rce ideálního plynu p V_m = R T   , kde Vmolární objem,

 

p V = n R T   , R = 8,31 Kpa dm³ K^-1 mol^-1

 

10.otázka

Krystalický stav látek

-u tuhých látek jsou základní částice uspořádány pravidelně v prostoru=forma krystalů

anizotropie     -způsobuje ji pravidelné vnitřní uspořádání,

-je to rozdílnost fyzikálních vlastností (index lomu,tepelná a

ele.vodivost…) v závislosti na směru

teplota tání      -přid dodání tepla tuhé látce se částice stále více rozkmitávají a při

určité teplotě překonají přitažlivé síly, kdy dochází k rozpadu krystalu

–

Tvar krystalů:

-morfologická krystalografie

-krystaly se charakterizují podle symetrie.

Krystalografické soustavy

– vyznačují se souměrností osních křížů (osy, které se protínají ve středu krystalu).

-krychlová

-čtverečná

-kosočtverečná

-jednoklonná

-trojklonná

-šesterečná

-klencová

Struktura:

Uzel – bod krystalové mřížky

Mřížové úsečky – spojnice částic (uzlů)

Krystalová mřížka – soustava mřížových úseček.

Krystalová struktura – konkrétní uspořádání částic v krystalu.

Mřížkové parametry – velikost hran a úhlů.

Skla

-za určitých podmínek je možno kapaliny podchladit a uchovat je v kapalném stavu i pod teplotou tuhnutí.Některé podchlazené kapaliny jeví velmi malou snahu krystalizovat.Je-li taková kapalina navíc extrémně viskozní, takže je nepohyblivá, bývá nazývána sklem.

-jsou izotropní.

-tají v širokém intervalu teplot.

-své vlastnosti, při teplotě tání, mění postupně (nikoliv skokem jako krystaly).

Izomorfie

-chemické látky, které mají stejné nebo podobné stechiometrické složení a obsahují stejné nebo podobné částice navzájem vázané podobnými vazbami, vytvářejí stejnou nebo alespoň podobnou krystalovou strukturu.Jsou-li podobné i vnější tvary krystalů – označujeme jako izomorfní látky.

 

Polymorfie

-látka krystalizuje v závislosti na vnějších podmínkách v různých krystalografických soustavách.U prvků se tento jev nazývá allotropie (uhlík – grafit a diamant).

11.otázka

Struktura a vlastnosti čistých látek:

 

1,Atomové

– mezi atomy je kovalentní vazba (nejpevnější vazba – tvrdé materiály),vysoká TT,TV.

– základní částice – atom, atomy jsou spojeny kovalentní vazbou

 

2,Iontové

– elektrostatické síly – středně silné.Jsou krystalické, křehké, rozpustné a vodivé.

– základní částicemi jsou kationty a anionty, které se přitahují elektrostatickými silami.Vazební partneři mají rozdíl elektronegativit větší než 1,7.

 

3,Polymérní

– látky obsahující makromolekuly, které přesahují svou molovou hmotností 500 g/mol.

– ve struktuře se několikkrát opakuje atomový motiv.

Podle zp. prostorového uspořádání se dělí :

a, lineární

b, rovinné – vazby mezi atomy – kovalentní, vazby mezi rovinami van der Waalsovy (VS)

c, prostorové = atomové – ve všech 3 směrech jsou atomy spojeny kovalentími vazbami (proto je lze považovat za atomové).

 

4,Molekulové látky

– jsou látky tvořeny (ve všech 3 skupenstvích) menšími molekulami, složenými z konstantního počtu atomů.

– atomy jsou vázány kovalentními vazbami, molekuly mezi sebou pouze VS (tyto síly rozhodují o vlastnostech => nízká TT a TV).

 

5,Kovové látky

– struktura kovů se vyznačuje nejtěsnějším uspořádáním.

– extrémně delokalizované vazby π.

– energetické pásy – volný pohyb valenčních e – vodivost

– kujné, tažné, vodivé

12.otázka

Rozdělení chemických reakcí

a.)dělíme je podle počtu fází v reakční soust. na homogenní a heterogenní

reakce homogenní

-jsou takové děje, při kterých jsou všechny reakční složky v jedné fázi (roztoku)

reakce heterogenní

-probíhají mezi látkami ve více fázích, buď probíhají na rozhraní dvou fází nebo u

srážecích reakcí může nová fáze vznikat

b.)termodynamicky

reakce endotermní

-soustava teplo přijímá

reakce exotermní

-soustava teplo uvolňuje

c.)podle přenášených částic

oxidačně redukční

-dochází k přenosu elektronu mezi výchozími látkami a produkty

acidobazické

-jsou chemické děje při kterých dochází k přenosu částice H⁺ nebo O^2- mezi

kyselinou a zásadou .

-ve vhodných roztocích probíhají proteolytické acidobazické reakce

kys. = zásada + H⁺

-v oxidových taveninách kys. + O^2- = zásada

koordinační (komplexotvorné)

-přenos iontů a molekul mezi výchozími látkami a reakčními produkty

-při slučování se uplatňuje koordinačně kovalentní vazba

-jedná se o přenos anionů (F- ,Cl-, OH-, CN-) nebo neutrálních molekul (H₂O, NH₃, CO …) za vzniku koordinačních sloučenin

-mezi koordinační reakce se řadí tvorba i rozpad komplexních částic

př: Fe²⁺ + 6 CN^– = [Fe(CN)₆]^4-

                     [PbI₃]^– = PbI₂ + I^–

vylučovací (srážecí)

-při této reakci je alespoň jeden z produktů v jiné fázi, než jsou výchozí látky

-tyto reakce mohou probíhat v plynné i kapalné fázi

-v plynné fázi př: NH₃(g) + HCl(g) = NH₄Cl(s)

-v kapalné fázi a.)srážecí reakce (vznik tuhé látky)

-probíhá ve vodných roztocích a v roztavených kovech

-jsou vždy heterogenní

-př: AgNO₃ + NaCl = AgCl(s) + NaNO₃ …molekulová

Ag⁺ + Cl^– = AgCl(s)   …stejná rce v iontové formě

b.)vznik plynné látky

c.)tvorba kapalné látky nesmísitelné s roztokem

13.otázka

Reakční rychlost

-rychlost průběhu chem. reakce se vyjadřuje změnou látkového množství připadajícího na jednotkový stechiometrický koeficient reagujících látek s časem.

 

J = dn_B / v_B dt [mol/s]   …reakční rychlost

nB … látkové množství látky B

vb … stechiometrický koeficient

t …… čas

Anulovaný tvar   dD + eE = xX + yY

xX + yY – dD – eE = 0

Teorie chemické kinetiky

A, Srážková teorie

-vychází z teorie, že 2 molekuly spolu chemicky reagují, dojde-li k jejich vzájemné srážce.Každá srážka však k reakci nevede.Tato teorie rovněž předpokládá, že k reakci dojde pouze tehdy, jestliže má dvojice molekul dostatečnou kinetickou energii.Minimální energie potřebná k uskutečnění reakce se nazývá energie aktivační.

Tato teorie je vcelku přesná při jednoduchých chem. reakcích.

B, Teorie absolutních reakčních rychlostí

-zabývá se popisem nestálého meziproduktu, který se nazývá aktivovaný komplex.

-průběh chem. reakce – molekuly s vhodnou prostorovou orientací a dostatečnou kinetickou energii vytvářejí při srážce aktivovaný komplex.Tento komplex se pak rozpadá za vzniku produktů.

Faktory ovlivňující rychlost chemické reakce

1, Vliv koncentrace látek

-zákon účinku aktivních hmotností – rychlost reakce je úměrná součinu okamžitých koncentrací reagujících látek.

v₁ = k₁ (c_D)d (c_E)^e                         k … rychlostní konstanta

2, Vliv teploty

-zvýšením teploty reagujících látek o 10 C u reakcí v plynné a kapalné fázi vzroste reakční rychlost dvoj až čtyřnásobně.Toto je vyjádřeno tzv Arrheniovou rovnicí.

 

k = A e ^{–Ea / RT}             Ea … aktivační energie          A … konstanta úměrnosti

-s rostoucí teplotou se zvětšuje rychlost reakce.jedná se o exponenciální závislost, proto může malá změna teploty vyvolat velké zvýšení teploty.

3, Vliv katalyzátoru

-katalyzátory jsou látky, které ovlivňují rychlost chem. reakce aniž by si ji sami účastnili.

-pozitivní katalyzátory – urychlují reakci

-negativní katalyzátory – zpomalují reakci

-homogenní katalýza – reagující látky i katalyzátor jsou v téže fázi.

-heterogenní katalýza – katalyzátor je v jiné fázi (tuhé) než reagující látky.

-působení pozitivního katalyzátoru spočívá v tom, že výchozí látky reagují nejdříve s katalyzátorem za vzniku přechodných sloučenin (při homogenní katalýze) nebo přechodných adsorpčních sloučenin na povrchu tuhého katalyzátoru (při heterogenní katalýze).V další fázi reakce se přechodné sloučeniny rozkládají na konečné produkty a uvolňuje se katalyzátor ve své původní formě a složení.

14.otázka

Reakční teplo

-každá reakce je provázena uvolněním nebo spotřebováním určitého množství tepla, které označujeme reakční teplo.

-reakční teplo je závislé na teplotě reakce, tlaku a skupenství reagujících látek, zavádí se standardní podmínky (25 C = 298,15 K, 101,325 kPa)

-většina reakcí probíhá za konstantního tlaku.Proto se stavová funkce entalpie H.

-▲H je dána množstvím tepla soustavě dodaného nebo z ní uvolněného za stálého tlaku.

-endotermní reakce – teplo dodáváme – ▲H má kladné znaménko

-exotermní reakce – teplo se uvolňuje – ▲H má záporné znaménko

Výpočet reakčního tepla

A,Slučovací teplo ▲H_SL

– je reakční teplo reakce, při nichž vzniká 1 mol této látky z prvku.Slučovací tepla prvků = 0.

B,Spalné teplo ▲H_SP

– je reakční teplo uvolněné při dokonalém spalování 1 molu látky až na stálé oxidační produkty (uvažuje se vznik vody (l)).V technické praxi se používá pojem výhřevnost paliva (zde se ale uvažuje vznik vodní páry), a je vztahována na určitou hmotnost nebo objem.

Termochemické zákony

1.Termochemický zákon

-teplo potřebné k rozložení sloučeniny na prvky je stejně velké jako teplo, které se při tvorbě sloučeniny z prvků uvolní.

2.Termochemický zákon (Hessův zákon)

-reakční teplo děje probíhajícího v soustavě látek nezávisí na chemické cestě, nýbrž jen na počátečním a koncovém stavu soustavy ( reakční teplo chemické reakce je tedy součtem reakčních tepel všech dílčích reakcí ).

Entropie

-míra neuspořádanosti soustavy         DS = Q_rev / T   [J / K]

Q…energie kt. soust. vyměnila s okolím ve formě tepla

Gibbsova energie

-pro reálné soust., kde probíhají izobarické děje       G = H – TS

-pro změnu energie za stálého tlaku              DG = DH – TDS – SDT

-pro izobaricko- izotermický děj                    DG = DH – TDS

DH…entalpická příčina samovolných změn soust.

DS…entropická příčina

15.otázka

Chemická rovnováha

-u většiny chem. reakcí nalezneme v konečných produktech větší či menší množství výchozích látek.Reakce tedy neproběhly až do konce, ale jen do rovnovážného stavu, ve kterém je poměr mezi koncentracemi výchozích a konečných látek stálý.Takovým reakcím říkáme zvratné.

-v podstatě lze všechny reakce považovat za zvratné, ať již probíhají ve smyslu rovnice, nebo neprobíhají pozorovatelnou měrou, nebo se u nich ustaluje rovnovážný stav.U všech chem. reakcí se tedy ustanovuje tzv. chemická rovnováha.

Rovnovážné konstanty

1, K – termodynamická rovnovážná konstanta

2, K_C – rovnovážná konstanta vyjádřena relativními koncentracemi

K_C = [ X]^x [Y]^y / [D]^d [E]^e

– za rovnovážného stavu je poměr součinů relativních koncentrací látek v reakci vznikajících umocněných na své stechiometrické koeficienty, a součinů relativních koncentrací látek do reakce vstupujících, umocněných rovněž na své stechiometrické koeficienty konstantní.

-platí pro homogenní systémy plynné i kapalné (roztoky, ve kterých jsou výchozí látky i produkty rozpuštěny ve společném rozpouštědle.

3, K_P – rovnovážná konstanty vyjádřena pomocí parciálních tlaků (u reakcí v plynné fázi).

K_P = (^rp_X)^x (^rp_Y)^y / (^rp_D)^d (^rp_E)^e

Relativní tlak – je poměr parciálního tlaku k tlaku zvolenému (nejčastěji 101,325 kPa).

Faktory ovlivňující chemickou rovnováhu:

1,Změna koncentrace

-předpokládejme, že je chem. reakce v rovnováze.Přidáme do reakční směsi určité množství látky, čímž se zvětší koncentrace.začne probíhat zpětná reakce, poněvadž se tak zmenšuje koncentrace jiných látek.Zpětná reakce bude probíhat tak dlouho, až se poměr koncentrací na pravé straně nebude rovnat původní rovnovážné konstantě.

2,Změna tlaku

-projevuje se u těch soustav, kde se celkový objem v průběhu reakce mění.

-zvýšením tlaku na dvojnásobek dojde ke zmenšení objemu na polovinu a tím ke zvýšení koncentrace na dvojnásobek.

3,Změna teploty

-při změně teploty rovnovážné směsi se nemění jen koncentrace ale také hodnota rovnovážné konstanty.

-zvýšením teploty se narušuje tepelná rovnováha soustavy.Začne probíhat endotermní reakce, která dodané množství tepla spotřebuje.Při snížení teploty začne probíhat exotermní reakce, která odebrané teplo nahradí.

16.otázka

Protolytická teorie kyselin a zásad

-jedna z nejužitečnějších teorií.Je použitelná pro vodné roztoky, jiná rozpouštědla obsahující vodík.

Kyselina je také látka, která je schopná odevzdat proton (donor – dárce)

Zásada je látka, schopná přijímat proton (akceptor).

Kyselina a zásada tvoří tzv. konjugovaný pár (liší se o jeden proton).

Amfolyty – látky, které se mohou chovat jako kyseliny i zásady.

Síla kyselin a zásad

-absolutní hodnotu kyselosti a zásaditosti nelze přesně stanovit.Vše jde pouze relativně tj. v porovnávání s jinou látkou, která se zvolí za společný základ.Tento základ bývá nejčastěji voda.

K_c = [H₃O⁺] [zásada] / [H₂O] [kyselina]   ….. rovnovážná konstatnta

K_a = [H₃O⁺] [zásada] / [kyselina]       ……. konstanta acidity (charakterizuje sílu kyselin)

K_b = [kyselina] [OH^–] / [zásada]         …… konstanta bazicity (charakterizuje sílu zásad)

 

Iontový součin vody K_V = 1 10^-14

Autoprotolýza

H₂O + H₂O = H₃O⁺ + OH^–

-rovnovážná konstanta autoprotolýzy se též nazývá iontový součin vody.

K_V = H₃O⁺ + OH^– = 1 10^-14

 

Vodíkový exponent

-pro posouzení kyselosti nebo zásaditosti je třeba znát koncentraci iontů H₃O⁺ ,resp OH^–. Jejich součin musí odpovídat K_V = 1 10^-14.

Kyselost pH < 7

Zásaditost pH > 7

Neutrální pH = 7

pH – je záporně vzatý dekadický logaritmus koncentrace iontů H₃O⁺.

17.otázka

Elektrolytická disociace

-štěpení molekul některých látek na ionty působením molekul rozpouštědla.

-elektrolyt – látky, jejíž vodné roztoky vedou el. Proud

 

Kyselina ve smyslu protolytické teorie mohou být nejen molekuly kyselin, ale též voda, kationty NH₄ ,anionty atd.Kyselina je také látka, která je schopná odevzdat proton.

Zásadou nejsou jen hydroxidy kovů, ale také neutrální molekuly (voda) atd.Zásada je látka, schopná přijímat proton.

Soli = neutrální látky, vzniklé reakcí kyselin a zásad (tato reakce se nazývá neutralizace)

Typy protolytických iontových reakcí

Molekulová rovnice                           iontová rovnice

-neutralizace               HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O      H₃O⁺ + OH^– = 2H₂O

-rozpouštění nerozpustných hydroxidů

H₂SO₄ + Mg(OH)₂(s) = MgSO₄ + 2H₂O       2H₃O⁺ +Mg(OH)₂(s)= Mg(H₂O)₄²⁺

-vytěsňování kyselin *

-vytěsňování zásad     *

-reakce amfolytů   *

-disociace   *

-hydrolýza   *

18.otázka

Oxidace – děj při kterém se zvyšuje oxidační číslo prvku (prvek ztrácí e)

Redukce – děj při kterém se snižuje oxidační číslo prvku (prvek přijímá e)

 

Oxidačně – redukční reakce se skládají z děje oxidačního a děje redukčního.

Oxidace a redukce probíhají vždy současně.

 

Mg⁰ – 2e = Mg^II

 

O⁰ + 2e = O^-II

 

Oxidační činidlo – je látka, která při reakci způsobuje oxidaci jiné látky a sama se redukuje.

Redukční činidlo – je látka, která při reakci způsobuje redukci jiné látky a sama se oxiduje.

Konjugovaný pár (oxidačně redukční pár)

-dvě látky obsahující tentýž prvek ve dvou různých oxidačních stupních

-látka obsahující společný prvek ve vyšším ox. č. představuje oxidovanou formu Ox

-druhá látka představuje redukovanou formu Red

Ox + z.e « Red

 

 

19.otázka

Standardní elektrodové potenciály E⁰

-potenciály elektrod, u nichž mají všechny reagující látky jednotkové aktivity.

-je jimi rovněž určeno postavení v řadě napětí (a také určeny reakce mezi kovem a kationty jiného kovu).

Elektrochemická řada napětí kovů

-seřazení kovů podle rostoucí hodnoty jejich standardních elektrodových potenciálu.

-neušlechtilé kovy mají záporný elektrodový potenciál vůči standardní vodíkové elektrodě.

-ušlechtilé kovy mají kladný elektrodový potenciál vůči standardní vodíkové elektrodě.

-čím je kov ušlechtilejší, má větší potenciál a tím menší snahu přecházet do roztoku ve formě kationtů.

-standardními potenciály, tj. postavením v řadě napětí, jsou určeny rovněž reakce mezi kovem a kationty jiného kovu.

Reakce kovu s kationty ušlechtilejšího kovu – vytěsňování kovu z roztoku.

Méně ušlechtilý kov vytěsní z roztoku kov ušlechtilejší.

Elektrodový potenciál

– potenciál kovu vůči roztoku jeho kationtů.

Jeho hodnota závisí na rovnovážném stavu reakce.Čím je rovnovážný stav posunut více vlevo, tím zápornější je potenciál kovu oproti roztoku.Tento potenciál je mírou schopnosti kovu přecházet do roztoku ve formě kationtů a rozhoduje tak o chemické aktivitě kovu.

-jsou-li obě látky vytvářející konjugovaný pár v kontaktu s kovem, který zprostředkuje přívod nebo odvod e, hovoříme o elektrodě o a elektrodovém potenciálu.

-je-li koncentrace iontů M^Z+ (roztok kationtů daného kovu) v roztoku malá, přecházejí ionty z kovů do roztoku a udělují roztoku kladný náboj, zatímco e, které v kovu zastávají funkci aniontů, do roztoku přejít nemohou, zůstavají v kovu a nabíjejí jej záporně.

-je-li kov ponořen do roztoku s velkou koncentrací iontů M^Z+ ,přecházejí tyto ionty z roztoku do kovu, který se oproti roztoku nabije kladně.

-v obou případech se ustanoví dynamická rovnováha.

Měření a výpočet elektronového potenciálu

-potenciál nejde přímo měřit.Měřitelný je pouze rozdíl potenciálu mezi dvěma elektrodami.Elektrodové potenciály se proto určují relativně vůči zvolené elektrodě.Touto základní elektrodou je tzv. standardní vodíková elektroda, jejíž potenciál byl dohodnut a = 0.

– standardní vodíková elektroda je realizována platinovým plíškem, pokrytým platinovou černí, který je sycen plynným vodíkem při tlaku 101,325 kPa a je ponořen do roztoku silné kyseliny, v němž je aktivita kationtů H⁺ = 1.

Petersova rovnice

E_ox/red = E_ox/red ^O + R T / z F [ln (a(Ox) / a(Red)]

z … počet vyměněných e

F … Faradayova konstanta (náboj 1 molu e)

a(Ox), a(Red) … aktivita oxidované resp redukované formy

E_ox/red ^O …. standardní elektrodový potenciál

Nernstova rovnice

E_Mz+/M = E_Mz+/M ^O + R T / z F ln [M^Z+]

Řada napětí kovů

-seřazení kovů podle rostoucí hodnoty jejich standardních elektrodových potenciálu.

-neušlechtilé kovy mají záporný elektrodový potenciál vůči standardní vodíkové elektrodě.

-ušlechtilé kovy mají kladný elektrodový potenciál vůči standardní vodíkové elektrodě.

-čím je kov ušlechtilejší, má větší potenciál a tím menší snahu přecházet do roztoku ve formě kationtů.

-standardními potenciály, tj. postavením v řadě napětí, jsou určeny rovněž reakce mezi kovem a kationty jiného kovu.

Reakce kovu s kationty ušlechtilejšího kovu – vytěsňování kovu z roztoku.

Méně ušlechtilý kov vytěsní z roztoku kov ušlechtilejší.

20.otázka

Rozpouštění ušlechtilých a neušlechtilých kovů v kyselinách

-závisí na postavení kovů v řadě napětí

-podstatou rozpouštění kovů je jejich oxidace

neušlechtilý kov

-reaguje-li s kyselinou, mohou oxidaci způsobit i hydratované vodíkové ionty H+

-př.: 2H⁺ + Zn = Zn²⁺ + H₂

ušlechtilý kov

-nelze již hydratovanými vodíkovými ionty zoxidovat, což vyplývá ze vzájemného

postavení soustav.

-pokud však anion kyseliny vykazuje oxidační účinky, může být ušlechtilý kov

oxidován tímto anionem např. u kyseliny dusičné

*

poučky:

-za vývoje H se mohou v kys. rozpouštět pouze kovy neušlechtilé

-neušlechtilý kov při rozpouštění v oxidující kys. reaguje zpravidla přednostně

s aniontem kyseliny a vodík nevzniká

-ušlechtilé kovy se rozpouštějí pouze v kys.s oxidačními účinky,kde nikdy nevzniká H

-v neoxidující kys. se ušlechtilý kov může rozpouštěd jedině tehdy, je-li současně

přítomna další látka jako oxidační činidlo, nikdy nevzniká vodík

21.otázka

Galvanické články

-provedením oxidačně-redukční reakce tak, že oxidační a redukční činidlo jsou od sebe odděleny, lze docílit toho, že se určitá část energie uvolní jako elektrická

-kladná elektroda – vyšší potenciál

-záporná elektroda – nižší potenciál..

-po spojení elektrod galvanického článku vnějším kovovým vodičem začne v soustavě probíhat oxidačně – redukční reakce, která je výslednicí dějů (oxidačního na záporné elektrodě a redukčního na kladné elektrodě).

 

Elektromotorické napětí E_C

– = rozdílu potenciálu mezi kladnou a zápornou elektrodou.

-rozdíl standardních potenciálů se nazývá standardní elektromotorické napětí

 

Použití galvanických článků – zdroj el. Proudu

Rozdělení – primární, sekundární a palivové články.

 

Primární články

-pouze pro jeden cyklus.

-spotřebováním látek končí životnost

Suchá baterie

-záporná elektroda – zinek

-kladná elektroda – uhlík

-elektrolyt – NH₄Cl + MnO₂

-zinková elektroda se rozpouští v roztoku NH₄Cl

 

Sekundární články – akumulátory

-dají se znovu nabíjet

Olověný akumulátor

-záporná elektroda – olověná deska

-kladná elektroda – olovo s vrstvou oxidu olovičitého

-elektrolyt – k. sírová

-doprava – vybíjení

-doleva – nabíjení

Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ = 2 PbSO₄ + 2H₂O

 

Elektrolýza

-prochází-li elektrolytem stejnosměrný elektrický proud, dochází na kovových elektrodách ke změně nábojů iontů a tím k chemickým přeměnám látek obsažených v elektrolytu

Rozkladné napětí – je minimální napětí potřebné k průchodu el. Proudu roztokem.

Technický význam

-výroba barevných kovů, kovů I. a II. hl. podskupiny

-rafinace barevných a ušlechtilých kovů

-galvanické pokovování (pokovovávaný předmět je katoda)

 

Koroze

-je narušování materiálu fyzikálně – chemickým působením vnějšího prostředí.

-stav kovu podle reakce s prostředím – imunity, pasivity a aktivity

-korozní děje – chemické a elektrochemické (vzájemné působení kovu a elektrolytu).

-ochrana kovů – nátěry, potahování plastem, galvanické pokovování, použití nerezavějících materiálu, legování (přidávání nerezavějících kovů – Cr, V, Cu …), metalizace (nanášením Al ve vakuu), smaltování.

-korozi zapříčiňuje kyslík, který s kovovými předměty oxiduje.