Chémia

• • • Poznámky do zošita - CHÉMIA 8
    • Poznámky do zošita - CHÉMIA 9

• • • • Poznámky do zošita - CHÉMIA 9

      • 2         REDOXNÉ REAKCIE

        2.1  Redukcia a oxidácia

        Chemické reakcie, pri ktorých sa menia oxidačné čísla atómov, nazývame redoxné reakcie.

        Oxidácia a redukcia prebiehajú vždy súčasne.

        2 Mg⁰ + O₂⁰  →  2 Mg^IIO^-II

        Oxidácia :   Mg⁰   →  Mg^II

        Redukcia:   O₂⁰  →  2 O^-II

                       ↑                        ↓                     

        2 Mg⁰ + O₂⁰  →  2 Mg^IIO^-II

           ↓                            ↑

        Pri oxidácii sa oxidačné číslo atómu zväčšuje. Atóm elektróny odovzdáva.

        Pri redukcii sa oxidačné číslo atómu zmenšuje. Atóm elektróny prijíma.

        Rad kovov:

        K Na  Ca  Mg  Al  Zn  Fe  Pb  H  Cu  Hg  Ag  Au

        Čím je kov v tomto rade viac vľavo, tým ľahšie sa bude oxidovať na svoje katióny. Čím je kov v tomto rade viac vpravo, tým ľahšie sa budú jeho katióny redukovať na kov.

        Kovy naľavo od vodíka – neušľachtilé, kovy napravo od vodíka – ušľachtilé.

        2.2  Redoxné reakcie a elektrolýza

        Redoxné reakcie, ktoré prebiehajú pri prechode elektrického prúdu roztokom alebo taveninou, sa nazývajú elektrolýza.

        Elektrolýza vodného roztoku chloridu meďnatého:

        Štiepenie chloridu sodného vo vodnom roztoku:  CuCl₂   →        Cu²⁺     +          2Cl^-

        Po zavedení jednosmerného el. prúdu:

        Na zápornej elektróde (katóde)                                           Na kladnej elektróde (anóde)

        sa redukujú meďnaté katióny Cu²⁺ na meď Cu                        sa oxidujú chloridové anióny Cl^-, pričom vznikajú molekuly chlóru Cl₂

        Cu²⁺   +  2e^-  →  Cu                                                                2Cl^-  -  2e^-  →  Cl₂

        Cu^II  - - - ->         Cu⁰                                                              2Cl^-I  - - - ->     Cl₂⁰

        Prebieha redoxná reakcia            Cu^IICl₂^-I         →        Cu⁰      +          Cl⁰

        Praktické využitie elektrolýzy:

        - elektrolýza vodného roztoku NaCl                   vodík H₂, hydroxid sodný NaOH, chlór Cl₂

        - elektrolýza taveniny NaCl                               sodík Na, chlór Cl₂

        - elektrolýza oxidu hlinitého (bauxit)                   hliník

        - elektrolytické (galvanické) pokovovanie           poniklovanie, pochrómovanie, pozlacovanie, pozinkovanie ..

              

        2.3  Galvanické články a akumulátory

        Galvanický článok je zdrojom jednosmerného elektrického prúdu. Prebieha v ňom redoxná reakcia, pri ktorej sa mení chemická energia na elektrickú (suchý článok, plochý monočlánok).

        Galvanické články, ktoré možno po vybití znova nabiť sú akumulátory (olovený akumulátor, nikel-kadmiový akumulátor) – redoxná reakcia môže prebiehať oboma smermi.

        2.4  Korózia

        Korózia kovov predstavuje chemické zmeny, ktoré rozrušujú povrch kovov pôsobením látok z prostredia (O₂, pary H₂O, H₂S, CO₂, kyseliny, hydroxidy).

        Korózia železa – hrdzavenie – postupuje neustále dovnútra.

        Korózia Zn, Al – pokrývajú sa vrstvičkou oxidu ( Zn → ZnO;  Al → Al₂O₃ ), ktorý chráni pred ďalšou koróziou.

        Ochrana pred koróziou:

        - mastením a mazaním – vazelína, masť, oleje

        - nátermi – lak, farby

        - vrstva plastu

        - smaltovaním

        - galvanickým pokovovaním

        - antikorózne zliatiny

        - náhrada kovov plastmi

        3         CHEMICKÉ VÝPOČTY

        3.1  Látkové množstvo

        Fyzikálno-chemická veličina – látkové množstvo n.

        Jednotkou látkového množstva – mol.

        Jeden mol každej látky obsahuje 6,022 . 10²³  častíc.

        3.2  Molová hmotnosť

        Podiel hmotnosti chemickej látky a jej látkového množstva je pre určitú chem. látku konštantný – nazýva sa molová hmotnosť M.

                                           M = m (g) /n (mol)

        kde       M je molová hmotnosť chemickej látky,

                    m – hmotnosť chemickej látky

           n – látkové množstvo chemickej látky.

        Jednotkou molovej hmotnosti je kg/mol, v chémii častejšie g/mol.

        Molová hmotnosť zlúčeniny sa vypočíta zo vzorca zlúčeniny ako súčet molových hmotností atómov všetkých prvkov vynásobených počtom týchto atómov vo vzorci.

        3.3  Výpočty na základe chemických rovníc

        Variant A používa vzťah medzi veličinami,

        Variant B používa trojčlenku.

                    m(B) = b/a . M(B)/M(A) . m(A)

        kde      

        • A – látka, ktorej hmotnosť poznáme
        • B – látka, ktorej hmotnosť počítame
        • a – koeficient pri látke A
        • b – koeficient pri látke B
        • m(A) – hmotnosť látky, ktorú poznáme
        • m(B) – hmotnosť látky, ktorú počítame
        • M(A) – molová hmotnosť látky, ktorej hmotnosť poznáme
        • M(B) – molová hmotnosť látky, ktorej hmotnosť počítame

        3.4  Látková koncentrácia

        4         ORGANICKÉ ZLÚČENINY

        4.1  Úvod

        Organické zlúčeniny

        sú zlúčeniny najmä C, H, O, N, P a S (biogénne prvky) a v menšej miere aj iných prvkov.

        V organických zlúčeninách sú :

        • atómy uhlíka vždy štvorväzbové
        • atómy uhlíka sa môžu viazať väzbami jednoduchými (C – C ), dvojitými (C = C ) a trojitými ( C ≡ C ) – dvojité a trojité väzby sú násobné väzby
        • organické zlúčeniny môžeme napísať vzorcom:
        • molekulovým – vyjadruje počet a druh atómov v molekule
        • racionálnym (zjednodušeným štruktúrnym) – vyjadruje druh a počet skupín atómov v molekule
        • štruktúrnym (úplným štruktúrnym) – vyjadruje spôsob vzájomného spojenia atómov v molekule
        • najjednoduchšie organické zlúčeniny sú uhľovodíky.

          

        4.2 Uhľovodíky

        sú organické zlúčeniny uhlíka a vodíka. Delíme ich na uhľovodíky:

        A.     s otvoreným reťazcom (alifatické):

        4.2.1 ALKÁNY:

        • uhľovodíky s otvoreným reťazcom
        • s jednoduchými väzbami medzi atómami uhlíka v molekule ( C-C )
        • v názvoch koncovka –án
        • všeobecný vzorec CnH2n+2
        • homologický rad : metán CH4, etán C2H6, propán C3H8, bután C4H10, pentán C5H12, hexán C6H14, heptán C7H16, hexán C6H14, heptán C7H16, oktán C8H18, nonán C9H20, dekán C10H2 2, …
        • najznámejšie – metán – hlavná súčasť zemného plynu – kvalitné plynné palivo; propán a bután – zmes – palivo pre domácnosti (probugas)

        4.2.2 ALKÉNY:

        • uhľovodíky s otvoreným reťazcom
        • s jednou dvojitou väzbou medzi atómami uhlíka v molekule ( C = C )
        • názvy odvodené od názvov alkánov; koncovka – én
        • všeobecný vzorec CnH2n
        • prvý člen homologického radu alkénov - najznámejší alkén – etén (etylén) C2H4, CH2 = CH2, používa sa na výrobu polyeténu (polyetylénu)
        • polymerizácia – reakcia, pri ktorej z veľkého množstva malých molekúl vzniká jedna obrovská molekula – makromolekula: n CH2 = CH2 → [- CH2 – CH2 -]n

        4.2.3 ALKÍNY:

        • uhľovodíky s otvoreným reťazcom
        • s jednou trojitou väzbou medzi atómami uhlíka v molekule ( C ≡ C )
        • názvy odvodené od názvov alkánov; koncovka – ín
        • všeobecný vzorec CnH2n-2
        • prvý člen homologického radu – acetylén (triviálny názov) C2H2, CH ≡ CH sa používa spolu s kyslíkom na zváranie a rezanie kovov
        • vzniká reakciou acetylidu vápenatého s vodou : CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2

        4.2.4 ALKADIÉNY:

        • uhľovodíky s otvoreným reťazcom
        • s dvomi striedavými dvojitými väzbami medzi atómami uhlíka v molekule ( C = C – C = C )
        • názvy odvodené od názvov alkánov; koncovka – dién
        • všeobecný vzorec CnH2n-2
        • prvý člen homologického radu – butadién C4H6, CH2 = CH – CH = CH2

         

        B.      s uzatvoreným reťazcom (cyklické):

        4.2.5 CYKLOALKÁNY:

        • uhľovodíky s uzatvoreným reťazcom (cyklus – kruh)
        • s jednoduchými väzbami medzi atómami uhlíka v molekule
        • názvy odvodené od názvov alkánov; predpona cyklo-
        • všeobecný vzorec CnH2n
        • homologický rad – cyklopropán C3H6, cyklobután C4H8, cyklopentán C5H10
        • najznámejší cykloalkán – cyklohexán C6H12

        4.2.6 ARÉNY:

        • uhľovodíky s uzatvoreným reťazcom
        • so striedavými dvojitými a jednoduchými väzbami medzi atómami uhlíka v molekule
        • majú aromatický charakter
        • prvý člen – benzén C6H6 – jedno benzénové jadro
        • naftalén – C10H8 – 2 benzénové jadrá
        • antracén a fenantrén – 3 benzénové jadrá
        • nachádzajú sa hlavne v čiernouhoľnom dechte, používajú sa na výrobu riedidiel, farbív, liekov, výbušnín, plastov

        4.2.7 Zdroje uhľovodíkov:

        ZEMNÝ PLYN:

        • zmes plynných uhľovodíkov – metán (90 – 95%), etán, propán a bután;
        • môže byť znečistený sulfánom H2S
        • kvalitné palivo (nevzniká popolček ani oxidy dusíka a síry)
        • v zmesi so vzduchom - výbušný

        ČIERNE UHLIE:

        • spracováva sa v plynárňach alebo koksárňach na koks, svietiplyn a decht
        • decht sa ďalej spracováva frakčnou destiláciou na zložky, ktoré obsahujú najmä arény
        • koks a svietiplyn patria medzi ušľachtilé palivá

        ROPA:

        spracováva sa frakčnou destiláciou v destilačných kolónach na frakcie:

        - benzín – pohonná látka do motorov, rozpúšťadlo, dezinfekcia

        - petrolej – svietenie, rozpúšťadlo, výroba leteckého benzínu (kerozín)

        - plynový olej – ľahký vykurovací olej, výroba nafty

        - mazacie oleje – na mazanie strojov a do motorov (motorové oleje)

        - vazelína – čistá v kozmetike a lekárnictve, mazanie ložísk a strojov

        - parafín – výroba sviečok, leštidiel, pást, krémov na topánky

        - asfalt (alebo mazut) – povrchová úprava ciest

        4.2.8 Benzín:

        • je zmes kvapalných uhľovodíkov
        • vyrába sa destiláciou ropy, alebo krakovaním petroleja
        • kvalita sa posudzuje oktánovým číslom (čím je väčšie – tým je kvalita benzínov lepšia)
        • motorizmus – najväčší znečisťovateľ ovzdušia, vody a pôdy – oxidy dusíka NOx, oxid uhoľnatý CO, oxid uhličitý CO2, oxid siričitý SO2

               

        4.3  Deriváty uhľovodíkov

        sú zlúčeniny odvodené od uhľovodíkov nahradením jedného alebo viacerých atómov vodíka iným atómom alebo skupinou atómov.

        Uhľovodíkový zvyšok:

        - metán :           CH₄                             metyl:               CH₃  -
        - etán:              C₂H₆                            etyl:                  CH₃  - CH₂  -
        - propán:           C₃H₈                            propyl:              CH₃  - CH₂  - CH₂  -

        - bután:             C₄H₁₀                          butyl:                CH₃  - CH₂  - CH₂  - CH₂  -

        - etén:              C₂H₄                            vinyl:                CH₂  = CH  -

        - benzén:          C₆H₆                            fenyl:                C₆H₅  -

        Charakteristické skupiny:

        - F^-, - Cl^-, -Br^-, -I^-      - halogénderiváty

        - NO₂                        - nitroderiváty

        - NH₂                        - aminoderiváty (amíny)

        - OH                          - hydroxyderiváty (alkoholy a fenoly)

        = C=O                      - karbonylové zlúčeniny (aldehydy a ketóny)

        - COOH                     - karboxylové kyseliny

        4.3.1  Halogénderiváty uhľovodíkov

        sú deriváty uhľovodíkov, v ktorých je charakteristickou skupinou atóm halogénu (F, Cl, Br, I).

        CH₃Cl   - chlórmetán , metylchlorid l v chladiacich zariadeniach, v lekárstve na miestne znecitlivenie.

        CHCl₃   - chloroform, trichlórmetán výborné rozpúšťadlo síry, fosforu, halogénov, tukov, živíc, kaučuku. V lekárstve na narkózu.

        CCl₄     - chlorid uhličitý, tetrachlórmetán rozpúšťadlo tukov, riedidlo, chemické čistenie.

        CH₂ = CHCl     - vinylchlorid, chlóretén na výrobu polyvinylchloridu (PVC).

        CF₂ = CF₂        - tetrafluóretén na výrobu teflónu.

        CBrF₃              - halón, brómtrifluórmetán – do hasiacich prístrojov.

        CCl₂F₂             - jeden z freónov, difluórdichlórmetán

        Freóny – ekologické jedy – chlórfuórderiváty – nehorľavé, nejedovaté, chemicky nereaktívne, veľmi prchavé kvapaliny spôsobujú rozklad ozónovej vrstvy.

        4.3.2  Deriváty uhľovodíkov s kyslíkom

        4.3.2.1 Hydroxyderiváty

        Alkoholy sú alifatické deriváty uhľovodíkov s jednou alebo viacerými charakteristickými skupinami –OH.

        Jednosýtne alkoholy:

        Metanol  (metylalkohol) CH₃OH – jedovatý, rozpúšťadlo, výroba farbív, liečiv, raketové palivo, org. syntézy.

        Etanol (etylalkohol) CH₃CH₂OH (C₂H₅OH) – rozpúšťadlo farbív, živíc, olejov, dezinfekcia, konzervácia, org. syntézy.

        Viacsýtne alkoholy:

        Glycerol (propántriol) C₃H₅(OH)₃ – je zložkou tukov a olejov, v medicíne, potravinárstve, výroba kozmetiky, farieb, výbušnín.

        Fenoly sú aromatické deriváty uhľovodíkov s jednou alebo viacerými charakteristickými skupinami –OH.

        Fenol C₆H₅OH – tuhá, kryštalická látka, leptá pokožku, získava sa z čiernouhoľného dechtu. Používa sa na výrobu dezinfekčných prostriedkov, farbív, liečiv, ničenie škodcov, výroba plastov (bakelit).

        4.3.2.2 Karbonylové zlúčeniny

        Karbonylové zlúčeniny sú deriváty uhľovodíkov s charakteristickou skupinou  > C=O.

        Aldehydy sú karbonylové zlúčeniny, ktoré majú na karbonylovej skupine naviazaný atóm vodíka a uhľovodíkový zvyšok:   C=O . Najjednoduchší je formaldehyd (metanal) HCHO.

                                                  |

                                                 H

        Je jedovatý, používa sa na výrobu plastov, dezinfekčný prostriedok, konzervačná látka biopreparátov.

        Acetaldehyd (etanal) CH₃CHO – na výrobu syntetického kaučuku, kyseliny octovej, farbív, liečiv a palivo (pevný lieh).

        Ketóny sú karbonylové zlúčeniny, ktoré majú na karbonylovú skupinu naviazané 2 uhľovodíkové zvyšky, napr. CH₃   C=O   acetón (dimetylketón) – dôležité organické rozpúšťadlo, ktoré je súčasťou farieb, lakov.

                             |

                           CH₃

        4.3.2.3 Karboxylové kyseliny

        sú deriváty uhľovodíkov s charakteristickou skupinou   COOH.

                    karbonyl          +          hydroxyl           →        karboxyl

                       > C=O          +             –OH             →         COOH

        Kyselina mravčia (metánová) HCOOH – na dezinfekciu, odstraňovanie vodného kameňa, konzervovanie ovocných štiav, v textilnom priemysle (leptanie vzoriek na farebné plátno).

        Kyselina octová (etánová) CH₃COOH – ochucovanie jedál, konzervovanie potravín, výroba acetónu, umelého hodvábu, plastov, liekov, napr. acylpyrínu.

        Kyselina palmitová C₁₅H₃₁COOH, kyselina stearová C₁₇H₃₅COOH, kyselina olejová C₁₇H₃₃COOH, tzv vyššie karboxylové (mastné) kyseliny sú súčasťou tukov; kyselina palmitová sa používala na výrobu BCHL napalmu.

        Aminokyseliny – obsahujú okrem karboxylovej skupiny aj amínovú skupinu –NH₂; sú viazané v bielkovinách: NH₂CH₂COOH – kyselina aminooctová.

        Nukleové kyseliny – prítomné v bunkových jadrách:

        - DNA – kyselina deoxyribonukleová – zodpovedná za prenos dedičných vlastností a delenie buniek;

        - RNA – kyselina ribonukleová – zodpovedná za tvorbu bielkovín.

        4.3.2.4 Soli karboxylových kyselín

                    CH₃COOH  +  NaOH  →  CH₃COONa  +  H₂O                     neutralizácia

                                                           octan sodný

                    2 CH₃COOH  +  Zn  →             (CH₃COO)₂Zn  +  H₂

                                                         octan zinočnatý

        Octan hlinitý – v medicíne na obklady.

        Octan olovnatý – na výrobu olovnatých farieb.

        Octan vápenatý – výroba acetónu.

        Palmitan a stearan sodný – hlavná zložka mydiel.

        4.3.2.5 Estery karboxylových kyselín

        Esterifikácia: reakciou karboxylovej kyseliny s alkoholom vzniká ester a voda.

        Estery nižších karboxylových kyselín sú kvapaliny s príjemnou vôňou kvetov a ovocia. Vyššie estery tvoria vosky, tuky a oleje.

        4.4  Prírodné látky

        Základné živiny: cukry, tuky, bielkoviny

        Biokatalyzátory: vitamíny, enzýmy, hormóny,

        Nukleové kyseliny: RNA, DNA

        4.4.1  Cukry – sacharidy

        prírodné látky, ktoré v prírode vznikajú fotosyntézou:

                                         

                                                                    chlorofyl

                    6CO₂ + 6H₂O + slnečná energia ––––-→ C₆H₁₂O₆

        a)      monosacharidy – glukóza, fruktóza C₆H₁₂O₆

        2 C₆H₁₂O₆ → C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O

        b)      oligosacharidy   - sacharóza – repný cukor C₁₂H₂₂O₁₁

        - laktóza – mliečny cukor

        - maltóza – sladový cukor

        n C₆H₁₂O₆ → (C₆H₁₀O₅)_n + H₂O

        c)      polysacharidy   - zásobné – škrob (C₆H₁₀O₅), glykogén

             - stavebné – celulóza

                   

        4.4.2  Tuky

        sú estery glycerolu a vyšších karboxylových (mastných) kyselín (najmä palmitovej, stearovej a olejovej). Sú najbohatším zdrojom energie pre človeka.

        Podľa pôvodu:

        - rastlinné (oleje, kakaové maslo)

        - živočíšne (masť, maslo, loj, rybí olej)

        Podľa skupenstva:

        - tuhé (masť, maslo, loj)

        - kvapalné (oleje)

        Tuchnutie (žltnutie) tukov – rozklad pôsobením svetla, tepla, vzduchu, mikroorganizmov – vznik aldehydov, ketónov, nižších karboxylových kyselín.

        Varením s hydroxidom sodným alebo draselným vznikajú mydlá – sodné alebo draselné soli vyšších karboxylových kyselín.

        4.4.3  Bielkoviny

        makromolekulové látky vzniknuté spojením aminokyselín peptidovou väzbou –CO – NH– .Tvoria nevyhnutnú zložku potravy.

        Bielkoviny        - rastlinného pôvodu (najmä v strukovinách, obilninách)

                                - živočíšneho pôvodu ( v mäse, mlieku a mliečnych výrobkoch, vajciach)

        Poškodzuje ich – vyššia teplota, roztoky kyselín, hydroxidov, soli ťažkých kovov, niekt. org. látky (formaldehyd)

        4.4.4 Biokatalyzátory

        organické prírodné látky, ktoré svojím pôsobením umožňujú a usmerňujú priebeh chemických dejov v živých organizmoch:

        enzýmy – ovplyvňujú metabolické reakcie (pepsín, trypsín, ptyalín)

        vitamíny – súčasti enzýmov, označujú sa veľkými písmenami (A,B,C,D,E,F ...), živočíšne organizmy ich musia prijímať potravou

        hormóny – tvoria sa v žľazách s vnútorným vylučovaním, regulujú rovnováhu vnútorného prostredia (P – inzulín, adrenalín, tyroxín a pod.)

        4.5  Systém názvoslovia chemických zlúčenín II

        5 FYZIKÁLNE ZMENY PRI CHEMICKÝCH REAKCIÁCH

        5.1  Horenie látok so vzdušným kyslíkom

        5.2  Hasenie horiacich látok

        5.3 Exotermické a endotermické reakcie

        5.4 Palivá

        5.5 Chemické ...

        6 CHÉMIA BEŽNÉHO ŽIVOTA

        Plasty

        Lepidlá

        Syntetické vlákna

        Mydlá a saponáty

        Kozmetické prípravky

        Lieky

        Chémia v poľnohospodárstve