Obecná chemie

• Avogadrova konstanta - počet částic v 1 molu látky, Na = 6,023 . 10^23 mol^-1
• Molární objem - 22,414 l/mol (při teplotě 273.15 K (bod tání vody) a tlaku 101325 Pa)
• Atomová hmotnostní konstanta je 1/12 klidové hmotnosti atomu uhlíku <m> {}^{12}_{ 6}{C} </m>
• Relativní atomová hmotnost - poměr skutečné hmotnosti atomu k atomové hmotnostní konstantě

• Protonové (atomové) číslo: počet protonů, Z, dolní index
• Neutronové číslo: počet neutronů, N, u značky prvku se neuvádí
• Nukleonové (hmotnostní) číslo: počet nukleonů, A, horní index, A= Z + N

• Nuklid: množina atomů, mající stejné protonové a neutronové číslo
• Izotop: atomy téhož prvku, které se liší pouze neutronovým číslem
• Radioizotopy : umělé izotopy
• Izobary: Stejné nukleonové číslo, Různé protonové číslo

• Radioaktivita neboli radioaktivní rozpad je samovolná přeměna jader nestabilních nuklidů na jiná jádra, při níž vzniká radioaktivní záření, což je ionizující záření vznikající při radioaktivním rozpadu.
• důležitým faktorem stability nuklidu je poměr neutronů N a protonů Z

• rozpad nestabilních jader je doprovázen uvolňováním některých částic z prostoru jádra

• je tvořeno částicemi <m> alpha </m>, což jsou kladně nabitá jádra helia
• má malý dosah, zachytí ho papír, nebo tenké hliníková folie

• je proud záporně nabitých elektronů
• někdy se rozlišuje záření β- (elektrony) a β+ (kladně nabité pozitrony)
• lze ho zachytit 1 cm plexiskla nebo 1 mm olova.

• je elektromagnetické záření vysoké frekvence, neboli proud velmi energetických fotonů
• nemá elektrický náboj, a proto nereaguje na elektrické pole
• jeho pronikavost je velmi vysoká, pro odstínění se používají velmi tlusté štíty z kovů velké hustoty (např. olovo) a nebo slitin kovů velké hustoty

• z jádra je vymrštěna částice <m> {}^{4}_{ 2}{He} </m>
• rozpadem vzniklý nuklid je v periodické soustavé prvků posunut o dvě místa vlevo oproti původnímu jádru
• A-4, Z-2

• Je emitován elektron.
• Z+1

• Dochází k emisi pozitronu (antičástice k elektronu)
• Z-1

• Jádro pohltí jeden z elektronů z vnitřních slupek svého obalu a jaderný proton se mění na neutron za současné emise neutrina.
• Elektronový obal je po tomto ději v excitovaném (základním) stavu; místo po zachyceném elektronu nezůstane prázdné, nýbrž je zaplněno elektronem z některého z vyšších atomových orbitalů. Současně dojde k emisi kvanta elektromagnetického záření, tj. fotonu.
• Z-1

• doba, za kterou dojde k rozpadu poloviny z původního počtu atomů radionuklidu
• <m> T = ln{2}/lambda approx 0,693.lambda^{-1} </m>

• popis elektronů a jejich orbitalů v atomovém obalu

1. Hlavní kvantové číslo
   • udává energii a příslušnost v jedné ze 7 vrstev (vzdálenost od jádra, velikost orbitalu) – K,L,M,N,O,P,Q, nabývá hodnot 1,2,3,4,5,6,7
2. Vedlejší kvantové číslo
   • udává tvar orbitalu a také určuje energii e - hodnoty 0 až (n-1), značí se písmeny s,p,d,f
3. Magnetické kvantové číslo
   • udává vzájemnou polohu orbitalů v prostoru, nabývá hodnot -l ,0,+l, (1 s, 3 p, 5 d a 7 f), všechny orbitaly se stejným m mají stejnou energii, liší se prostorovou orientací = degenerované
4. Spinové kvantové číslo
   • rotační impuls , nabývá hodnot –1/2 a +1/2

• říká, že orbitaly s nižší energií se zaplňují elektrony dříve než orbitaly s energií vyšší
• v základním stavu atomu tedy elektrony obsazují jednotlivé slupky a podslupky tak, aby měly co nejnižší energii
• orbitaly se tady zaplňují v následujícícm pořadí: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, …

• v elektronovém obalu daného atomu může být v konkrétním kvantovém stavu popsaném kvantovými čísly n, l, m, s nejvýše jeden elektron (neboli v daném kvantovém stavu nemohou existovat dva elektrony současně
• každé dva elektrony v obalu se liší v hodnotě alespoň jednoho kvantového čísla

• Orbitaly se stejnou energií (= degenerované) se obsazují nejprve po jednom elektronu.

• typ orbitalu: s, p , d a f
• s - koule, p - osmička, d a f mají složité tvary

• periodická sostava prvků je rozdělena do:
  1. vodorovných řad = period
  2. svislých sloupců = skupin

• Vlastnosti prvků se periodicky mění v závislosti na czrůstajícím protonovém čísle.

• Pořadové číslo periody je totožné s hlavním kvantovým číslem poslední obsazované vrstvy.

• V každé skupině jsou pod sebou seřazeny prvky, které mají stejné počty elektronů v poslední případně předposlední vrstvě el. obalu
• podobné chemické vlastnosti těchto prvků
• poslední vrstva el obalu může obsahovat max 8 el (ns^2np^6)
• zcela zaplněná poslední vrstva je charakteristická vysokou stabilitou

• I – alkalické kovy – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
• II – kovy alkalických zemin – Ca, Sr, Ba, Ra
• III – triely – B. Al, Ga, In, Tl
• IV – tetrely – C, Si, Ge, Sn, Pb
• V – pentely – N, P, As, Sb, Bi
• VI – chalkogeny – O, S, Se, Te, Po
• VII – halogeny – F, Cl, Br, I, At
• VIII – vzácné plyny – He, Ne, Ar, Kr, Xe

• spojení mezi atomy, realizované pomocí valenčních elektronů
• atomy prvků (ne vzácné plyny) nemohou trvale samostatně existovat
• Energie chemické vazby: energie, která se uvolní při vzniku chemické vazby
• Disociační energie: energie, potřebná ke zrušení chemické vazby
• Vazba
  • jednoduchá (jeden vaz. pár)
  • násobná (dva a více vaz. párů)

• udává kolik kovalentních vazeb tvoří prvek v molekule

• Stav energeticky výhodný pro slučování
• Dochází k němu vlivem energie – teplo, světlo:
  • Roztržení elektronového páru
  • Vypuzení na vyšší orbital
  • Tím se např. uhlík stane čtyřvazný

• Elektronegativita (Pauling): schopnost vázaného atomu přitahovat elektrony chemické vazby
• rozdíl elektronegativit atomů Δ X: nabývá hodnot od 0 do 4, určuje druh vazby a předpovídá vlastnosti látek

• mezi stejnými prvky, Δ X = 0
• elektronová hustota rovnoměrně rozložena mezi atomy

• Δ X = 0,4 - 1,7 …. HCl
• el. pár blíže elektronegativnějšímu prvku (Cl)

• Δ X > 1,7 ….. NaCl
• Vpodstatě extrémně polární kovalentní vazba - úplný přesun elektronové dvojice na elektronegativnější prvek
• snadná disociace iontů
• tvorba krystalů

• vazba koordinační
  • stejný charakter jako kovalentní, jiný vznik
• celý vazebný pár poskytuje jeden atom (Donor ….. akceptor)
• vazba kovová
  • vzniká mezi kovovými prvky ( vlevo a uprostřed periodické tabulky): mají malý počet e v poslední vrstvě a malou elektronegativitu
  • má vliv na fyzikální a chemické vlastnosti sloučenin kovů

• jsou přitažlivé nebo odpudivé interakce (síly) mezi molekulami
• nízká energie
• síly columbické, indukční, disperzní
• působení molekulových dipólů (kladné a záporné konce se přitahují)

• Protože má atom vodíku pouze jeden elektron, dojde při vytvoření vazby k elektronegativnímu prvku ke značnému odhalení atomového jádra. Vzniklý parciální kladný náboj na atomu vodíku může poutat nevazebné elektronové páry okolních molekul (v případě intramolekulární vazby jde o elektronové páry stejné molekuly).
• vzniká když:
  • volný e pár na některém z atomů v molekule
  • atom H, vázaný s atomem, který má vysokou elektronegativitu, H má kladný náboj
• ovlivňuje fyzikální vlastnosti látek (např. bod varu)

• látka, obsahující min. 2 složky, je možné je oddělit fyzikálně-chem. metodami
• Homogenní: má ve všech svých částech stejné vlastnosti (př.: vzduch, roztoky solí), částice < 10-9 m
• Heterogenní: skládá se ze dvou nebo více homogenních oblastí ( fází), (př.: směs práškového zinku a práškové síry)

• Plyny (malá hustota, vyplňují celý prostor, značná tepelná roztažnost, značná stlačitelnost)
• Kapaliny (vyšši hustota, určity objem, prizpusobuji tvar)
• Tuhé látky (objem i tvar, největší hustota, minimální roztažnost a stlačitelnost)

• Stejné objemy plynů za stejných podmínek (p, T) obsahují stejný počet molekul

• Roztoky neelektrolytů - při rozpouštění látek, jejichž molekuly obsahují nepolární, nebo slabě polární kovaletní vazby
• Roztoky elektrolytů - při rozpouštění iontových sloučenin v polárních rozpouštědlech

• Silné elektrolyty: alfa → 1 , HCl, HNO3, NaOH, KOH, řada solí
• Slabé elektrolyty: alfa < 0,1 H2S, HCN, organické kyseliny a zásady

• Iontové sloučeniny a sloučeniny s polárními kovalentními vazbami ve vodných roztocích disociují na ionty
• Míra štěpení – disociační stupeň a disociační konstanta (<m> alpha </m>)
• <m> alpha </m> = počet disociovaných molekul/počet všech rozpuštěných molekul

• Vyjadřuje rovnováhu mezi disociovanými a nedisociovanými látkami
• <m> BA right B+ + A-
• <m> K = (B+).(A-)/(BA) </m>
• Velikost pK - rozpoznání slabých a silných elektrolytů

• Rozpustnost: hmotnost látky, která se za daných podmínek rozpustí v určitém množství rozpouštědla za vzniku nasyceného roztoku

• Polární – např. voda, methanol: dobře rozpouští látky s iontovou vazbou, dochází k hydrataci volných iontů
• Nepolární – např.chloroform, uhlovodíky: nemísí se s vodou

• Oxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin
• Oxidy nekovů mimo SiO2
• Hydroxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin
• Všechny dusičnany, většina síranů a chloridů
• Uhličitany draslíku a sodíku

• Oxidy ostatní
• Hydroxidy ostatní
• Dusičnan Bi
• Sírany Ba, Sr, Ca, Ag, Ra
• Chloridy Ag, Pb, Hg
• Většina uhličitanů a fosforečnanů

• skladné - syntézy (jednodušší molekuly → složitější molekuly)
  • <m> 2H_2 + O_2 right 2H_2O </m>
• rozkladné (složitější molekuly → jednodušší molekuly)
  • <m> CaCO_3 right CaO + CO_2 </m>
• substituční - vytěsňovací (jedna skupina nahradí jinou)
  • <m> Zn + CuSO_4 right ZnSO_4 + Cu </m>
• konverze - podvojná záměna ( výměna skupin)
  • neutralizace <m> NaOH + HCl right NaCl + H_2O </m>
  • srážecí reakce

• Reakce homogenní plyn + plyn → plyn
• Reakce heterogenní plyn + kapalina → kapalina

• Reakce acidobazické: kyselina + zásada → sůl
• Reakce oxidačně-redukční: přenos elektronů mezi reagujícími látkami (změna oxidačních čísel některých atomů)
• Komplexotvorné: tvorba koordinačně kovalentní vazby

• exotermní - teplo se uvolňuje
• andotermní - teplo se spotřebovává

• Kyselé, zásadité, neutrální
• Koncentrace OH- nebo H_3O+
• Neutrální roztok: molární konc. OH- nebo H3O+ je stejná
• Kyselé roztoky: molární koncentrace H3O+ je větší než 1,0.10-7 mol/l
• Zásadité roztoky: molární koncentrace H3O+ je menší než 1,0.10-7 mol/l

• konstanta acidity <m>K_A = ([H_3O^+].[B^- ])/([HB])</m>
• konstanta bazicity <m>K_B = ([Z^+].[OH^- ])/([ZOH])</m>

• pH - koncentrace oxoniových kationtů
• pOH - koncentrace hydroxidových aniontů
• pH + pOH = 14
• Kyselé roztoky: pH < 7
• Zásadité roztoky: pH > 7

• Kyselina: látka, schopná ve vodných roztocích odštěpovat vodíkový kation H+, odštěpující proton (donor protonů)
• Zásada: látka, schopná ve vodných roztocích poskytovat anion OH-, schopná přijmou proton (akceptor protonů)

• Protolytická reakce: dochází k výměně protonů nebo H+
• Protolyt: kyseliny a zásady
• Amfolyt: chová se jako kyselina i zásada

• v roztoku kyseliny H+, v roztoku zásady OH-
• vzájemnou reakcí H+ a OH- vzniká voda, reakci kaniontu kovu s aniontem kyseliny vzniká sůl

<m>H^+ + OH^- → H_2O</m>
<m>K^+ + Cl^- → KCl</m>

• Protolytická reakce solí s vodou
• Dochází k posunu pH
• Silná kyselina + slabá zásada → kyselý roztok
• Slabá kyselina + silná zásada → zásaditý roztok
• Silná kyselina + silná zásada → neutrální roztok
• Ovlivnění teplotou a ředěním

• oxidace je děj při kterém se zvyšuje oxidační číslo
• redukce je děj při kterém se snižujeoxidační číslo

• náboj, který by byl přítomen na atomu prvku, kdybychom elektrony všech vazeb přidělili vždy elektronegativnějšímu atomu

• látka, která dokáže jiné lárce odebrat elektrony a tím ji oxidovat

• dodává do systému elektrony, čímž se redukuje

• otevřená
• uzavřená

• zabývá se studijem tepelného zabarvení chem. reakcí
• Standardní stav = takový stav látky, ve kterém je při teplotě 168,15 K a tlaku 101,325kPa látka nejstálejší.

• exotermní děj <m> - Delta H </m>
• endotermní děj <m> Delta H </m>

• Hodnota reakčního tepla přímé nebo protisměrné reakce je stejná, mění se však hodnota jeho znaménka (+/-).

• Výsledná hodnota reakčního tepla nezáleží na průběhu chemické reakce, ale pouze na jeho počátečním a konečném stavu.

• Teplo, při kterém vzniká 1 mol látky přímo z prvků, reakční látky musí být ve standardním stavu. Standardní slučovací tepla prvků jsou rovna nule.

• Teplo, při kterém se spálí 1 mol látky v nadbytku kyslíku.

1. nutná srážka mezi reag. molekulami
2. částice musí mít dostatečnou energii
3. částice musí mít vhodnou prostorovou orientaci
4. minimální účinná energie  aktivační
5. aktivační energie = součtu energií všech zanikajících vazeb