kemija skripta za državnu maturu
TRANSCRIPT
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
1/172
KEMIJA
SKRIPTA ZA RAVNU MATURU
Kristina Kuana
listopad 2013.
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
2/172
2
Autor:
Kristina Kuana
prema:
Ispitni katalog
za ravnu maturu
u k. go. 2012/2013.,Kemija,
NCVVO
www.ncvvo.hr
Objavljeno na:
www.drzavna-matura.com
Kontakt :[email protected]
Skripta se moe koristiti samo za iniviualne potrebe korisnika uz potivanje svih autorskih i
vlasnikih prava. Zabranjeno je mijenjati, istribuirati, proavati, licencirati ili koristiti saraj
u komercijalne ili bilo koje druge svrhe bez dozvole autora. Skripta se koristi na vlastitu
ogovornost i autori se ne mogu smatrati ogovornima za bilo kakvu tetu koja na bilo koji
nain moe nastati koritenjem.
Zagreb, 2013.
PANJA: Skripta se kontinuirano usavrava i orauje. Najnoviju verziju i
pratede materijale moete pronadi nadrzavna-matura.com.
mailto:[email protected]:[email protected]://www.ncvvo.hr/http://www.ncvvo.hr/http://www.drzavna-matura.com/http://www.drzavna-matura.com/mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]://drzavna-matura.com/http://drzavna-matura.com/http://drzavna-matura.com/http://drzavna-matura.com/mailto:[email protected]://www.drzavna-matura.com/http://www.ncvvo.hr/mailto:[email protected] -
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
3/172
3
Sadraj
Uvod ........................................................................................................................................... 6
1. Kemijske strukture (atomi i molekule) ............................................................................... 7
1.1. Osnovna graa atoma i molekule................................................................................ 7
1.2. Atomski i maseni broj .................................................................................................. 9
1.3. Nuklid, izotop, izobar i kemijski element .................................................................... 9
1.4. Elektronska struktura atoma i atomski spektri ........................................................... 9
1.5. Periodni sustav elemenata ........................................................................................ 12
1.6. Elektronska konfiguracija .......................................................................................... 13
1.7. Polumjeri atoma ........................................................................................................ 17
1.8. Perioinost atomskih svojstava............................................................................... 19
1.9. Perioinost fizikalnih i kemijskih svojstava.............................................................. 22
1.10. Izoelektronske jeinke i njihova veliina............................................................... 22
1.11. Vrste kemijskih veza ............................................................................................... 24
1.12. Meumolekulske interakcije.................................................................................. 29
1.13. Utjecaj temperature na kemijske veze i meumolekulske interakcije .................. 29
1.14. Lewisova simbolika ................................................................................................ 30
1.15. Pravilo okteta i odstupanja .................................................................................... 30
1.16. VSEPR teorija .......................................................................................................... 30
1.17. Kako nacrtati prostornu strukturu? ....................................................................... 35
1.18. Vrste kemijskih formula i izomeri (u organskoj kemiji) ......................................... 36
1.19. Najvanije vrste organskih spojeva........................................................................ 45
1.20. Shematske strukture vanih biomolekula.............................................................. 49
2. Kemijske reakcije .............................................................................................................. 53
2.1. Kemijska reakcija ....................................................................................................... 53
2.2. Vrste kemijskih reakcija ............................................................................................. 53
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
4/172
4
2.3. Vanije organske reakcije.......................................................................................... 58
2.4. okazne reakcije (analitike probe).......................................................................... 66
2.5. Brzina kemijske reakcije ............................................................................................ 69
2.6. Kemijska ravnotea .................................................................................................... 72
2.7. Kiseline, baze i soli ..................................................................................................... 76
a. Arrheniusova teorija .................................................................................................. 76
b. BrnsteLowryeva teorija .................................................................................... 76
c. Kiselobazne reakcije ................................................................................................ 79
d. Kiselobazni indikatori ........................................................................................... 80
2.8. Redoksi ....................................................................................................................... 82
2.9. Elektrokemijaelektrolizni i galvanski lanci........................................................... 90
2.10. Korozija................................................................................................................... 98
3. Raunanje u kemiji......................................................................................................... 101
3.1. Zaokruivanje........................................................................................................... 101
3.2. Pretvaranje mjernih jedinica ................................................................................... 102
3.3. Veliine koje je potrebno poznavati........................................................................ 103
3.4. Bitne formule ........................................................................................................... 105
4. Kemijski sustavi (tvari) .................................................................................................... 138
4.1. Pojela tvari po sloenosti ....................................................................................... 138
4.2. Temeljni fizikalni postupci odvajanja tvari iz smjesa ............................................... 138
4.3. Temeljna fizikalna svojstva ...................................................................................... 140
4.4. Fizikalna svojstva ionskih tvari i elektrina svojstva njihovih taljevina ili otopina.. 142
4.5. Kristalne strukture ................................................................................................... 143
4.6. Disperzni sustavi ...................................................................................................... 156
4.7. Koligativna svojstva ................................................................................................. 157
4.8. Topljivost ................................................................................................................. 157
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
5/172
5
4.9. Procesi tijekom otapanja ......................................................................................... 158
4.10. Utjecaji na topljivost ............................................................................................ 158
4.11. Otopine ................................................................................................................ 159
4.12. "Pravila" topljivosti .............................................................................................. 159
a. "Otapanje" koje zapravo znai kemijsku reakciju................................................... 161
4.13. Kemijska namjena tvari iz svakonevne uporabe i uobiajenih laboratorijskih
kemikalija ............................................................................................................................ 163
a. Tvari iz svakodnevne upotrebe ................................................................................ 163
b. Uobiajene laboratorijske kemikalije................................................................... 164
c. Kemijske formule i nazivi ......................................................................................... 164
d. Jo neke obojene tvari......................................................................................... 166
4.14. Opasnosti i mjere sigurnosti pri radu s kemikalijama .......................................... 168
Dodatni savjeti maturantima ................................................................................................. 169
Zahvale ................................................................................................................................... 170
O autorici ................................................................................................................................ 171
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
6/172
6
Uvod
Ovo je 4. izanje Skripte za ravnu maturu iz Kemije, za k. go. 2013/14. Skripta je
prvenstveno namijenjena za ponavljanje i sistematizaciju uenicima gimnazija koji su imali
nastavu kemije sve 4 goine te NE preporuam ostalima a se njome slue kao jeinim
izvorom za maturu (nikakva skripta ne moe zamijeniti ubenikei zbirke rijeenih primjera).
Pokuala sam skriptu uiniti itljivom uz pretpostavku poznavanja samo osnovnokolske
kemije i fizike te matematike za osnovnu razinu mature plus logaritama, ali ne znam koliko
sam u tome uspjela. Naglasak je na naprednijim nastavnim sarajima koji nisu(dovoljno
detaljno) obraeniu ubenicima, a osnovne koncepte ala sam to saetije.Za pripremanje
za maturu nakon prolaska kroz skriptu preporuam rjeavanje zaataka s prolih matura uz
pomod Obrazloenih rjeenja zaataka s nacionalnih ispita i ravnih matura koja su takoer
objavljena na www.drzavna-matura.com i kojima sam takoer autorica. Molim da sve
uoene greke, nejasnode i primjebe oko skripte ili rjeenja zaatakajavite na mail
[email protected] kako biste obili razjanjenja i kako bi sljeeda verzija
bila bolja.
Upute za snalaenje u skripti:
Boja teksta (i vrsta slova) upuduje na teinu:
zelenomsu pisane osnove koje bi svi trebali bar donekle poznavati za dovoljan ili dobar
uspjeh na maturi,
naranastomsu pisani neto naprenijisaraji(za vie ocjene), a
tamnocrvenomnajnapredniji saraji(za one koji ele znati vie nije vjerojatno, premda
nije ni posve iskljueno, a de se pojaviti na maturi);
ljubiastomje pisano ono tose ne bi smjelo pojaviti na maturi, ali moe olakati
razumijevanje graiva za maturu i/ili pomodi onima koji ele znati vie.
Oznake:
Zaatak ije rjeenje je ano omah nakon njega ili nakon tog bloka zaataka
Primjer
Uputa na rugi io skripte gje su prikazani povezani saraji
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
7/172
7
1.Kemijske strukture (atomi i molekule)1.1. Osnovna graa atomai molekule
atom =
jezgra(ine ju elementarne estice nukleoni= protoni i neutronipozitivno nabijena;
vedina mase, a zanemariv dio volumena atoma)
+elektronski omota(prostor oko jezgre po kojem se velikom brzinom gibajuelektroni
negativno nabijen; vedina volumena1, a zanemariv dio mase atoma)
Elementarne esticeili subatomske estice2:
estica masa naboj
proton (p+) 1,6731027kg +1,6021019C
neutron (n0) 1,6751027kg 0
elektron (e) 9,1091031kg 1,6021019C
Elementarni naboj e = 1,6021019C apsolutna je vrijednost naboja jednog protona odnosno
jednog elektrona (naboj protona i elektrona istog je iznosa, a suprotnog predznaka).
Atomje elektriki neutralan sari jenak broj pozitivno i negativno nabijenih
elementarnih estica (jednak broj protona i elektrona) pa mu je naboj 0. Jedinke koje nisu
elektriki neutralne nazivaju se ioni. Otputanjem elektrona iz atoma nastaje kationiji
pozitivan nabojni broj pokazuje koliko elektrona imaju manjka u onosu na ogovarajudi
atom, a kad atom primi elektron(e) nastaje anioniji negativan nabojni broj pokazuje koliko
elektrona ima vika u onosu na ogovarajudi atom. Pri tome se broj protona i neutrona ne
mijenja3.
1Radijus jezgre je otprilike (reda veliine) 1015m, a radijus atoma 1010m.
2Ne treba znati ove niti bilo koje druge takve brojke napamet, sve koje su potrebne dobiju se uz ispit u popisu
konstanti na onoliko znamenaka na koliko ih treba koristiti.3 Broj protona i neutrona moe se promijeniti samo u nuklearnim reakcijama, za koje je potrebna
neusporedivo vea energija i koje u pravilu nisu predmet kemije, nego fizike.
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
8/172
8
Npr.:
kation atom anion
H+
1 p
+
0 n
0
0 e
nabojni broj +1
1 elektron
H
1 p
+
0 n
0
1 e
nabojni broj 0
+ 1 elektron
H
1 p
+
0 n
0
2 e
nabojni broj1
P
15 p+
16 n0
15 e
nabojni broj 0
+ 3 elektrona
P3
15 p+
16 n0
18 e
nabojni broj3
Mn2+
25 p+
30 n0
23 e
nabojni broj +2
2 elektrona
Mn
25 p+
30 n0
25 e
nabojni broj 0
Molekulaje elektriki neutralan spoj vie atoma(istih ili razliitih). Vieatomni anioni i
kationi odnose se prema molekulama isto kao jednoatomni anioni i kationi prema atomima,
npr. O22
(peroksini anion) ima 2 elektrona vie nego O2(molekula kisika).
Formulska jedinkaje poopenje pojma molekula i na tvari koje se ne sastoje od molekula
(nego od iona), uvedeno radi lakeg zapisivanja(kemijske jednadbe)i raunanja
(stehiometrija). Toje jeinka koja pokazuje najmanji mogudi omjer atoma raznih elemenata
u tvari.Npr. Na2CO3je formulska jedinka natrijeva karbonata, iako se ne sastoji od
molekula Na2CO3, nego od iona Na+i CO3
2, pri emu Na+ima vostruko vie.
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
9/172
9
1.2. Atomski i maseni brojPojedini atom (nuklid,vidi dalje) oznaava se:
Z= atomski (protonski, redni) broj = broj protona u jezgri
A= nukleonski (maseni) broj = broj protona + broj neutrona
neutronski broj = broj neutrona u jezgri =A Z
Npr.:
Co2759
Z= 27,A= 59
N(p+) = 27, N(n
0) = 5927 = 32, N(e) = 27
1.3. Nuklid, izotop, izobar i kemijski elementNuklidje skup svih atoma koji imaju isti broj i protona i neutrona u jezgri,npr. svi H1
1 ali
ne skupa s njima i H12 i H1
3
Izotopisu atomi istog kemijskog elementa (dakle imaju isti broj protona u jezgri), a razliitog
broja neutrona u jezgri pa time i razliitog masenog broja,npr. H11 , H12 i H13
Izobarisu atomi razliitih kemijskih elemenata (akle imaju razliit broj protona u jezgri), a
istog masenog broja,npr. Ar1840 i Ca20
40
Kemijski elementje skup svih atoma (izotopa) koji imaju isti broj protona u jezgri (npr. i
svi H11 i svi H1
2 i svi H13 zajeno ine kemijski element H tj. voik).
1.4.
Elektronska struktura atoma i atomski spektriBohrov model atoma: elektroni krue oko jezgre po odreenim putanjama (vrlo
velikima u odnosu na veliinu jezgre), koje je Bohr pojednostavljeno zamislio kao
krunice elektron na odreenoj putanji ima odreenu energiju i moe apsorbirati
(primiti) samo tono toliko energije koliko mu je potrebno za prelazak u putanju veeg
polumjera(ili potpuno naputanje atoma, to odgovara prelasku u putanju beskonanog
polumjerato je onda energija ionizacije),a pri povratku u putanju manjeg polumjera
emitira (otputa) jednako toliko energije. Bohrov model najbolje opisuje atom vodika,
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
10/172
10
koji ima samo jedan elektron (jer ne uzima u obzir meusobno odbijanje vie elektrona).
Normalno (veinu vremena, bez vanjskih utjecaja) atom se nalazi u osnovnom stanju
elektroni u putanjama to manjeg polumjera tako da imaju to manju energiju.
Prirodni broj nje redni broj orbitale, orbitale manjeg nsu manjeg polumjera, za atome
s vie elektrona npojedinog elektrona u osnovnom stanju jebroj ljuske(za elektrone
vanjske ljuske jednak broju periode u kojoj se taj atom nalazi u periodnom sustavu).
Kad je atom izloen energiji tj. elektromagnetskom zraenju (npr. vidljiva svjetlost,
infracrveno ili ultraljubiasto zraenjeinfra- znai da ima manju energiju od crvene
svjetlosti, a ultra- da ima veu energiju od ljubiaste), elektron moe primiti tono
odreeni iznos energije, umnoak Planckove konstante (h= 6,6261034J s) i frekvencije
(esto se oznaavamalim grkim slovom ni, , oznait u ovdje ipak safradi jasnoe, da se
ne brka s brzinom v) tog zraenja (frekvencija = brzina svjetlosti / valna duljina,f = c/, to se
moe izvesti iz definicijske formule frekvencije f= 1/Ti ope formule za brzinu v = s/tpri
emu je valna duljina put prijeen tijekom jednog perioda T), dakle E= hf= hc/(brzina
svjetlosti c = 3108m/s), to to prima energiju znai da je promjena energije pozitivna,pri
emu prelazi u putanju veeg polumjeratj. veeg n(za vodikov atom E= hcRH(1/npoetno2
1/nkonano2; Rydbergova konstanta RH= 1,097107m1)(ne mora nuno u odmah sljedei)
jezgra
n= 1
n= 2
n= 3
n= 4
elektron
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
11/172
11
a nakon toga(u gotovo nezamislivo kratkom vremenu)vraa se u putanju manjeg
polumjera tj. manje energije, pri emu otputa (emitira) energiju,sve se rauna jednako
samo promjena energije tada naravno mora biti negativna (promjena energije elektrona po
predznaku je analogna, naravno, s promjenom energije sustava za endotermnu odnosno
egzotermnu reakciju),ta valna duljina pojavljuje se u emisijskom spektru atoma
odnosno u nekim sluajevima moe se ividjeti da emitira svjetlost te boje (bojenje
plamena kationima), a jednaka je odgovarajuoj valnoj duljini u apsorpcijskom
spektru(jer su promjene energije jednake).
I apsorpcijski i emisijski atomski spektri dobivaju se tako da se tvar prvo zagrije na vrlo
visoku temperaturu pod niskim tlakom da se atomizirarastavi na pojedinane atome(i ione)
u plinovitom stanju (jer bi se inae dobili spektri tvari u cjelini, molekula itd., koji su
sloeniji).
E>0
hf
E
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
12/172
12
Kontinuirani spektar bijele svjetlosti:
(brojke su valne duljine u nanometrima, ne treba ih uiti napamet ali zgodno je orijentacijski
znati da je vidljiva svjetlost valne duljine otprilike od 400 (ljubiasta) do 700 (crvena) nm)
Za razliku od kontinuiranog spektra, atomski spektri su linijski,"isprekidani" jer se u
njima pojavljuju ili nedostaju samo neke valne duljine.
Apsorpcijski spektar(proputanjem kontinuiranog spektra bijele svjetlosti kroz
atomizirani uzorak iz njega se uklanjaju valne duljine koje atomi apsorbiraju) izgleda
npr. ovako:
Emisijski spektar(kad samo atomizirani uzorak na jo vioj temperaturi slui kao
izvor svjetlosti) izgleda npr. ovako:
Valne duljine koje nedostaju u apsorpcijskom spektru (crne linije) su one koje se
pojavljuju u emisijskom (obojene linije)!
1.5. Periodni sustav elemenataPerioni sustav je tablica u koju su logino (reom po porastu atomskog broja, a u stupce po
slinosti kemijskih svojstava koja proizlaze izelektronske konfiguracije) poredani svi
kemijski elementi. To je osnovni kemiarev "rekvizit" i pri rjeavanju velike vedine kemijskih
zaataka nuno je gleati u perioni sustav te se iz njega jako puno moe proitati o
elementima pa i njihovim spojevima, stoga se s njime treba jako dobro upoznati i uvijek ga
pri rjeavanju zaataka imati pri ruci.
Periodni sustav koji se dobije s ispitom (va najbolji prijatelj na ispitu):
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
13/172
13
ima: simbole elemenata, redne brojeve, relativne atomske mase
nema: nazive elemenata, nazive blokova, perioa i skupina, pomodne oznake za
oitavanje elektronske konfuguracije, pojelu na metale i nemetale(uoite a
polumetali idu dijagonalno krozp-blok, nemetali su desno gore od toga, a metali
lijevo dolje), oksidacijske brojeve...
1.6. Elektronska konfiguracijaElektronska konfiguracija je raspored elektrona po orbitalama tj. po energetskim razinama u
atomu (orbitala se moe zamisliti kao "putanja" elektrona s oreenom energijom u gibanju
oko jezgre, odnosno neto je bolja predodba dio prostorau blizini jezgre u kojem taj elektron
provodi najvie svog vremena). Za atom koji ima samo jedan elektron (atom vodika)
energetske razine mogu se dobro opisati Bohrovim modelom. Za atome koji imaju vie
od jednog elektrona, zbog meudjelovanja elektrona (odbijanja, jer su negativno
nabijeni), razine se dijele na podrazine. Sve orbitale koje pripadaju nekoj energetskoj
razini (iz Bohrova modela) nazivamo ljuska. Ljusku u energetskoj konfiguraciji
oznaavamo brojem (1, 2, 3...). Inae se esto oznaavaju i slovima K, L,M... Sve
orbitale koje pripadaju nekoj njenoj podrazini nazivamo podljuska. Podljuske
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
14/172
14
oznaavamo slovima s,p, dif. U svakoj ljuski ima najvie jedna sorbitala, trip, pet di
sedamforbitala. sorbitale postoje od prve ljuske,pod druge, dod tree ifod etvrte.
U svakoj orbitali mogu biti najvie dva elektrona, suprotnog spina4. Spin elektrona
oznaavamo strelicomili. Elektroni tako popunjavaju orbitale (ljuske i podljuske)redom od one najnie energije prema vioj(u one iste energije tj. u istoj podljuski ulazi
prvo po jedan elektron u svaku). Taj redoslijed ne treba pamtiti jer odgovara
redoslijedu atoma u periodnom sustavu te se lako moe oditati iz periodnog sustava, a
taj raspored elektrona po orbitalama za odreeni atom ili ion naziva se elektronska
konfiguracija.
etafora o elektronskoj strukturi atomaNeka je stambena zgrada elektronski omota atoma nekog elementa. I recimo da ta zgrada
ima 7 katova. Svaki kat predstavlja jednu ljusku. Na prvom katu je, naalost, samo jedan stan
od 100 m2. Na drugom katu postoje 4 stana, jedan od 100 m2te 3 od 200 m2. Stanovi
predstavljaju orbitale. Kao to postoje stanovi od 100m2, 200 m2itd. , tako postoje i razliite
orbitale, s, p, d i f. Recimo da se u svaki stan mogu useliti samo jedna muka i jedna enska
osoba, nikako istog spola. Tako je i kod elektrona. Nikada u jednoj orbitali ne mogu biti 2
elektrona istog spina. U zgradi e moda u nekom stanu biti samo jedna osoba, samac. Takoe i kod nekih atoma u nekoj orbitali biti samo jedan, nespareni elektron. Ako je cijeli kat
popunjen stanovima te je u svakome stanu po jedna enska i jedna muka osoba, oito je da
e tome katu biti zabavno i da e svi imati idilu kakvu su uvijek eljeli. Takve zgrade
predstavljaju plemenite plinove, kojima je ba "lijepo" jer ne moraju traiti nove lanove za
svoje stanove. Recimo da u svim stanovima na katu ivi jedna enska i jedna muka osoba,
osim u jednom stanu. Taj e mukarac biti ljubomoran na ostale stanove i brzo e sebi nabaviti
partnericu kako god zna i umije. To svojstvo inae nazivamo afinitet prema elektronu koji je
najprisutniji kod atoma 17. skupine. Stanovi od 300 m2e oito biti skuplji nego stanovi od
100 m2pa e se neki parovi radije useliti u takve stanove na 4. katu nego da kupuju stan od
300 m2na 3.katu, iako 3. kat jo nije popunjen. Cijena stana u ovoj prii predstavlja energiju.
Elektroni e prije popunjavati 4s orbitalu nego 3d jer ona zahtijeva manje energije.
Zvonimir Mlinari, uenik 1. raz. gimnazije, ljeto 2013.
4
Spin je temeljno svojstvo elementarne estice poput elektrona, kao i masa i naboj (ali je promjenjiv),koje nije lako definirati. Ponekad se tumai kao smjer vrtnje elektrona oko vlastite osi, ali nema puno
koristi od te predodbe.
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
15/172
15
Za atom ili jenoatomni ion u osnovnom stanju (u kojem svi elektroni imaju svoju najniu
mogudu energiju), ne previsokog atomskog broja, elektronska konfiguracija moe se oitati
iz periodnog sustava. Treba ju znati oitati iz perionog sustava samo za elemente prve 4
periode:
(na slici su dane pomodne oznake za oitavanje el. konfiguracijekoje periodni sustav naispitu nema!)
1s
2s 2p
3p
3s
E
3d
4s
4p
4p
3p
2p
3d
4s
3s
2s
1ss d p
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
16/172
16
Npr. (pune elektronske konfiguracije i skradene elektronske konfiguracije pomodu
prethodnog plemenitog plina):
H = 1s1
He = 1s
2
Li = 1s
22s
1= [He] 2s
1
B = 1s22s
22p
1= [He] 2s
22p
1
Ne = 1s22s
22p
6= [He] 2s
22p
6
Sc = 1s22s
22p
63s
23p
64s
23d
1= [Ar] 4s
23d
1
Zn = 1s22s
22p
63s
23p
64s
23d
10= [Ar] 4s
23d
10
Kr = 1s22s
22p
63s
23p
64s
23d
104p
6= [Ar] 4s
23d
104p
6
Iznimke (pogodnije su elektronske konfiguracije s polupopunjenim odnosno
popunjenim dorbitalama):
Cr = [Ar] 4s13d5(a ne [Ar] 4s23d4)
Cu = [Ar] 4s13d10 (a ne [Ar] 4s23d9)
Neki smatraju da je pravilnije prvo pisati 3da onda 4selektrone, a neki obrnuto, oba
redoslijeda trebala bi biti prihvatljiva.
...i za ione elemenata prve 4 periode:
kationio elektronske konfiguracije atoma ouzima se ogovarajudi broj zanje oanih
elektrona
Npr.: Li+= 1s2( = [He] ) jer je Li = [He] 2s1
Ca2+
= 1s22s
22p
63s
23p
6( = [Ar] ) jer je Ca = [Ar] 4s
2
Al3+
= 1s22s
22p
6( = [Ne] ) jer je Al = [Ne] 3s
23p
1
anionielektronskoj konfiguraciji atoma oaje se ogovarajudi broj sljeedih elektrona
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
17/172
17
Npr.: H= 1s2( = [He] ) jer je H = 1s1
O2
= 1s22s
22p
6( = [Ne] ) jer je O = 1s
22s
22p
4
P3
= 1s22s
22p
63s
23p
6( = [Ar] ) jer je P = 1s
22s
22p
63s
23p
6
Opdenito, elementi najlake (najede) tvore ione ija je elektronska konfiguracija jenakaelektronskoj konfiguraciji po renom broju najblieg plemenitog plina, takva je elektronska
konfiguracija najpogonija, najstabilnija, najnie energije.Openito, pogodnije su elektronske
konfiguracije sa to vie popunjenih ili polupopunjenih podljusaka.
Kationi prijelaznih elemenata: prvo odlaze 4s, a tek onda 3delektroni.
Npr.:
Fe = [Ar] 4s2
3d6
Fe2+= [Ar] 3d6
Fe3+= [Ar] 3d5
Cu = [Ar] 4s1
3d10
Cu+= [Ar] 3d10
Cu2+= [Ar] 3d9
Zadatak: Koji od navedenih elemenata ima elektronsku konfiguraciju vanjske ljuske s2p
4?
a. Cab. Crc. Ged. SeRjeenje:
Dodatno obrazloenje: Vanjsku ljusku ine samo elektroni u orbitalama s najvedim brojem,
npr. u ovom sluaju 4s24p4. Valentnu ljusku ine samo elektroni koji mogu sujelovati u
kemijskoj vezi (prvenstveno postati io poijeljenog elektronskog para koji ini kovalentnu
vezu)najede su to upravo elektroni vanjske ljuske (mogu biti i delektroni prethodne
ljuskekod prijelaznih elemenata, te kod elemenatap-bloka koji imaju proireni oktet).
1.7. Polumjeri atomaAtomski polumjerje ualjenost o jezgre o "kraja" elektronskog omotaa (elektronski
omota nema vrste granice nego je to podruje u kojem se elektroni gibaju tj. u kojem
je najvjerojatnije da se nalaze svi elektroni koji "pripadaju" tom atomu, obino se uzima
vjerojatnost 90%)atoma oreenog elementa samog po sebi ("pojedinanog atoma u
plinovitom stanju"). Na taj polumjer misli se ka se usporeuju polumjeri pomodu perionog
sustava (vidi 1.8.).Ne moese izravno izmjeriti, osim (uglavnom kod metala) eventualno
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
18/172
18
iz podataka za kristalne reetke (vidi Kristalne strukturemogu se mjeriti samo
udaljenosti meu jezgrama, a ne udaljenost od jezgre do kraja elektronskog omotaa), ili se
procjenjuje i izraunava iz ostalih polumjera i drugih podataka.
Ionski polumjerje ualjenost o jezgre o "kraja" elektronskog omotaa za anion ili kation.
Za njega vrijedi analogno kao i za atomski polumjer. Nekad se moe odrediti iz podataka za
kristalne reetke ionskih spojeva (vidi Kristalne strukture).
Kovalentni polumjerje polovica ualjenosti izmeu jezgara vaju (istovrsnih) atoma
meusobno povezanih kovalentnom vezom.
Van der Waalsov polumjerje polovica ualjenosti izmeu jezgara vaju (istovrsnih) atoma
koji su si najblie mogude ("u oiru") a a nisu meusobno povezani kovalentnom vezom
uvijek je dulji od kovalentnog polumjera.Npr. za klor:
2r(kovalentni)
2r(van der Waalsov)
Cl2 Cl2
r(atomski)
r(ionski)
Cl
Cl
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
19/172
19
1.8. Periodinost atomskih svojstava
(razmatramo prvenstveno sipelemente bez plemenitih plinova, d(prijelazne metale) if(lantanoide i
aktinoide) elemente ignoriramo)
Znakovi se trebaju shvatiti kao "cresceno" i "ecresceno" u glazbi onosno "manje" i "vede" u matematici
gdje je vrh, u tom smjeru je to svojstvo najmanje, a gdje je otvoreni kraj, u tom je smjeru najvede.
Energija ionizacijeje energija potrebna za izbacivanje elektrona iz atoma(u plinovitomstanju). to je energija ionizacije manja, atom lake tvori katione(jer to znai da je za
nastajanje kationa potrebno manje energije).
X(g)X+(g)+ e
, E= Ei
To je prva energija ionizacije, a druga, trea itd. jeenergija potrebna za izbacivanje
sljedeeg elektrona iz kationa. Tamo gdje je razlika izmeu dviju susjednih energija
ionizacije istog elementa osobito velika (za red veliine), poinje nova ljuska, npr.
ako je 3. energija ionizacije 10 puta vea od druge, atom ima 2 valentna elektrona.
Elektronski afinitetje energija potrebna za izbacivanje elektrona iz jednovalentnog aniona
(u plinovitom stanju; = energija koja se oslobodi kad atom primi elektron).to je
elektronski afinitet vedi, atom lake tvori anione(jer to znai da se pri nastajanju aniona
oslobodi vea energija).
X
(g)X(g)+ e
, E= Eea
energija ionizacije,
elektronski afinitet,
elektronegativnost
atomski
polumjer
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
20/172
20
Elektronegativnostjeveliina ovisna o energiji ionizacije i elektronskom afinitetu
koja pokazuje relativnu (u odnosu na ostale elemente) tenju da atom tvori anione ili
katione (to je vea, lake tvori anione, to je manja, lake tvori katione) odnosno ima
negativan ili pozitivan oksidacijski broj u spojevima (vidi Redoksi). toje vearazlika elektronegativnosti izmeu elemenata u vezi, veza je polarnijaodnosno vie
ionskog karaktera. Dakle, elektronegativnost pokazuje koliko atom "voli" elektrone tj.
koliko ih jako privlai k sebi. Plemenitim plinovima ne odreuje se elektronegativnost
jer ne tvore spojeve ili ih ne tvore dovoljno.
Najjenostavnije je zapamtiti a je cezij (olje lijevo) najvedi a fluor (gore esno) najmanji
(zapravo su vodik i helijjo manji jer imaju elektrone samo u jednoj ljuski)te se
polumjer mijenja u skladu s tim, a ostala svojstva (energija ionizacije, elektronski afinitet,
elektronegativnost) obrnuto (ili zapamtiti analogno za elektronegativnost pa iz toga
izvoditi ostalo).
Atomski polumjer, energija ionizacije i elektronski afinitet ne mijenjaju se kroz periodni
sustav posve pravilnonajvanije iznimke: elementi borove i kisikove skupine imaju manju
prvu energiju ionizacije od prethodeih elemenata berilijeve odnosno duikove skupine jer se
njihovom ionizacijom izbija jedinipelektron vanjske ljuske odnosno ostaju 3 nesparenap
elektrona (polupopunjeneporbitale); elementi berilijeve i duikove skupine imaju osobito
nizak elektronski afinitet jer imaju popunjene valentnesorbitale odnosno polupopunjene
valentneporbitale,pelementi 2. periode imaju manji elektronski afinitet od elemenata ravno
ispod sebe jer su njihovi atomi vrlo mali pa "redovni" elektroni jae odbijaju dodatni elektron,
dakle najvei elektronski afinitet u periodnom sustavu ima klor a ne fluor.
Zadaci:
1. Koji od navedenih elemenata je najelektronegativniji?a. Brb. Nc. Od. S
2. Koje svojstvo se u periodnom sustavu smanjujeslijeva nadesno i povedavaodozgoprema dolje?
a. polumjer atomab. elektronegativnost
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
21/172
21
c. energija ionizacijed. talite
3. Koji od navedenih atoma ima najmanju prvu energiju ionizacije?a. Nab. Kc. Mgd. Ca
4. Kojem od navedenih elemenata druge periode odgovara navedenih prvih estenergija ionizacije (u eV)?
Ei1 Ei2 Ei3 Ei4 Ei5 Ei6
11 24 48 64 392 490
a. Bb. Cc. Nd. Oe. F
5. Kojim su reom atomi P, S, As ispravno poreani prema rastudem polumjeru?a. P, S, Asb. As, S, Pc. S, P, Asd. P, As, S
6. Koji o naveenih atoma ima najvedi atomski polumjer?a. Lib. Kc. Asd. Br
7. Koji je toni reoslije ka se atomi Li, Be, B, Na poreaju po porastu atomskogpolumjera?
a. Li, Be, B, Nab. Li, Na, B, Bec. Na, Li, Be, Bd. B, Be, Li, Na
Rjeenja:
1. C2. A3. B4. B5. C6. B7. D
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
22/172
22
1.9. Periodinost fizikalnih i kemijskih svojstava
(felemente ignoriramo, plemenite plinove ignoriramo za kemijska svojstva, voik je poseban sluaj)
Znakovi se trebaju shvatiti kao "cresceno" i "ecresceno" u glazbi onosno "manje" i "vede" u matematici
gje je vrh, u tom smjeru je to svojstvo najmanje, a gje je otvoreni kraj, u tom smjeru je najvede.
Sva ta svojstva proizlaze iz osnovnih svojstava atoma (polumjera i elektronegativnosti), koja
proizlaze iz broja elementarnih estica i elektronske konfiguracije.
Zadatak: Oksid kojeg od navedenih elemenata je najvie ionski?a. Alb. Bc. Cd. Si
Rjeenje: a
1.10. Izoelektronske jedinke i njihova veliinaIzoelektronskejeinke (estice, vrste)su jedinke koje imaju isti broj elektrona (NE u jezgri
nego u elektronskom omotau):
atomineutralni (broj elektrona = broj protona)
kationipozitivno nabijeni ioni (broj elektrona < broj protona) Xn+
anioninegativno nabijeni ioni (broj elektrona > broj protona) Xn
Najede je atom plemenitog plina (najstabilnija elektronska konfiguracija, popunjena
vanjska (valentna) ljuska) izoelektronski s nekoliko aniona i kationa (nastalih iz atoma koji se
tvorenje aniona,
nemetalna svojstva i
reaktivnost nemetala,kiselost oksida,kovalentni karakteroksida, hidrida ihalogenida
tvorenje kationa,
metalna svojstva i
reaktivnost metala,
bazinost oksida,
ionski karakteroksida, hidrida ihalogenida
gustoa,talita, vrelita
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
23/172
23
nalaze do tri mjesta ispred odnosno iza njega u periodnom sustavuuvijek gledati u
perioni sustav elemenata ka se rjeavaju zaaci s izoelektronskimjedinkama!)
Kationisu uvijek manji(i to znatno manji) od izoelektronskih atoma (protoni iz jezgre jae
privlae manji broj elektrona), to je vedi nabojni broj kationa, to mu je polumjer manji .Anionisu uvijek vedi(i to znatno vedi) od izoelektronskih atoma (protoni iz jezgre slabije
privlae vedi broj elektrona), to je vedi nabojni broj aniona, to mu je polumjer vedi.
akle generalno, to vie elektrona (osobito u onosu na broj protona), to jejedinka veda!
Izoelektronske mogu biti i jedinke koje se sastoje od vie atoma (molekule i vieatomni ioni)
gleda se zbroj elektrona atoma od kojih se jedinka sastoji minus nabojni broj (uzimajui u
obzir predznak nabojnog broja!); njihove odnose veliina tee je predvidjeti, ali uglavnom
vrijedi isto pravilo (ali razlike su puno manje znaajne jer je dodatni pozitivni ili negativninaboj rasprenpo puno veem prostoru). Takve izoelektronske jedinke uvijek imaju isti
prostorni oblik (npr. BH4, CH4i NH4
+imaju oblik tetraedra), a isti oblik imaju i jedinke
koje su izoelektronske samo po elektronima valentne ljuske (npr. O3i SO2).
Sol koja sari katione alkalijskog metala etvrte perioe i njima izoelektronske anione je:
A. KCl; B. NaF; C. NaCl; D. CaCl2
Rjeenje: A
Zadaci
1. Prekrii esticu koja nije izoelektronska s ostalima, a izoelektronske estice poreaj po
veliini o najmanje prema najvedoj: Ar, Ca2+, Cl, K+, P3, S2, Sc3+, Zn2+.
2. Koje su o naveenih estica izoelektronske: a) OF; b) Fe2+K; c) SBr; d) Mg+
Na ? Stavi znak nejednakosti (< ili >) u kvaratid izmeu njih (i samo izmeu njih) a oznai
onos veliina njihovih polumjera.
3. Koja od navedenih estica je izoelektronska s NO2+? a) N2O; b) NO2
; c) NH2; d) SO2
4. Povei molekule s izoelektronskim ionima.
a) CH4
b) C2H6
c) CO2
d) N2O4
e) N2
__ N2H6+
__ C2O42
__ NH4+
__ C22
__ NO2+
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
24/172
24
Rjeenja
1. Zn2+
; Sc3+
, Ca2+
, K+, Ar, Cl
, S
2, P
3
2. a) O
> F; d) Mg+ < Na
3. a4. b, d, a, e, c
1.11. Vrste kemijskih vezaOsnovne vrste kemijskih veza su: ionska, kovalentna i metalna veza.
Kovalentna vezaje veza koja nastaje ijeljenjem elektronskog para meu va atoma (bez
obzira kojem su atomu originalno pripadali najee svakom po jedan elektroni
pripadaju oba povezana atoma istovremeno).Moe biti jenostruka (jean poijeljenielektronski par) ili viestruka (vostruka ili trostruka2 ili 3 podijeljena elektronska para
izmeu ista va atoma).
Kovalentna veza moe biti nepolarna (posve nepolarna veza je samomeu istovrsnim
atomima, ali i vezemeu atomima koji se malo razlikuju po elektronegativnostiimaju
svojstva nepolarnih veza,npr. CH)i polarna (meu atomima koji se vie razlikuju po
elektronegativnosti).
polarna veza polarna molekula!
Polarne molekule su one koje imaju polarne veze koje nisu centralno simetrino
rasporeene (ne "ponitavaju" se naboji) npr. CH3Cl je polarna molekula,a polarna bi
bila i CBrClFI,ali CCl4nije iako sari 4 polarne CCl veze jer su one u prostoru simetrino
rasporeene (tetraear), CO je polarna molekula a CO2nije; H2O i NH3su polarne jer su oko
sreinjeg atoma osim atoma voika rasporeeni i sloboni elektronski parovi pa raspore
nije simetrian(a analogno tome i SO2, ali XeF4je nepolarna jer je u njoj raspored atoma
simetrian unato nepodijeljenim elektronskim parovima...). Sve dvoatomne molekule osim
onih elementarnih tvari su oito polarne.
Polarna veza moe se prikazati kao vektorstrelica (u smjeru te veze u prostoru, orijentacije
od elektronegativnijeg prema manje elektronegativnom atomu ili obrnuto, samo je bitno da se
uvijek uzima isto, i duljine proporcionalne duljini veze). Tako se najjednostavnije i
najpouzdanije moe odrediti polarnost molekule molekula je nepolarna ako je zbroj svih
takvih vektora u njoj 0 tj. ako se njihovim slaganjem (poetak jednog na kraj prethodnog) u
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
25/172
25
3D prostoru (bez rotacije vektora) na kraju opet doe u poetnu toku (meusobno se
ponitavaju), a inae je polarna.
kovalentni spoj = spoj koji sari samo kovalentne veze
ionski spoj spoj koji sari samo ionske veze!
vieatomni ioni (NH4+, OH
, SO4
2, PO4
3, Cr2O7
2, CH3COO
...) unutar sebesu
povezani kovalentnim vezama, a s drugim ionimaionskom vezomnpr. NH4ClO4
se sastoji od NH4+i ClO4
iona te jena formulska jeinka sari jenu ionsku i 11
kovalentnih veza (4 NH, 3 Cl=O (vostruku vezu obino brojimo kao vije veze) i 1
ClO)
Ionska vezaje ona u kojoj elektron(i) u potpunosti prelazi s jenog atoma na rugi, pri emu
nastaju anioni i kationi. Ionsku vezu tvore atomi koji se meusobno jako razlikuju poelektronegativnosti (tipino metalnemetal meusobno jako ualjeni u perionom sustavu),
a kovalentnu istovrsni atomi i atomi koji se meusobno manje razlikuju po
elektronegativnosti (tipino va nemetala ili nemetalelektronegativni metal). Granica
izmeu ionskih i kovalentnih spojeva nije vrsta(to je razlika elektronegativnosti vea
spoj je vie ionski, potpuno kovalentne su samo molekule elementarnih tvari, a potpuno ionski
spojevi ne postoje),svrstavaju se po svojstvima, orijentacijskom priblinom granicom
moe se smatrati razlika elektronegativnosti 1,9, ali ne smije se u nju previe pouzdati.
Metalna vezaje veza iskljuivo meu atomima metala istovrsnim ili raznovrsnim (legure).
Moe se opisati tako to su (vanjski, valentni)elektroni delokaliziranislobono se kredu
po cijelom komadu (kristalu) metala (zato metali dobro vode elektrinu struju, kojaje
usmjereno kretanje tih elektrona, dok se bez protoka elektrine struje kreu
nasumino).
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
26/172
26
Najvanije razlike u svojstvima vedine spojeva:
kovalentni spojevi ionski spojevi metali
talita (i vrelita) niska visoka velik raspon,uglavnom via nego
kovalentni a nianego ionski
elektrina voljivost slaba dobra u talinama ivodenim otopinama
dobra
topljivost u vodi (i
polarnim otapalima)
slaba za molekule koje
nisu jako polarne
uglavnom dobra nikakva (kemijska
reakcija otapanje)
topljivost u
nepolarnim
otapalima (npr.
kloroform)
uglavnom dobra uglavnom slaba nikakva (kemijska
reakcija otapanje)
Jakost ionske veze moe se predvidjeti po formuli
= 122 (Coulombov zakon za elektrostatsku silu)gdje je kkonstanta proporcionalnosti, q1i q2
naboji iona a rminimalni razmak meu njima (zbroj njihovih polumjera), dakleionska
veza je jaa meu manjim ionima vedeg naboja (npr. jaa je u MgO nego u NaCl, u NaCl
nego u KI...utjecaj naboja je znaajniji nego utjecaj polumjera)to je ionska veza jaa,
to su talita spojeva via.
Jakost kovalentne veze: takoer su krade veze (manji zbroj polumjera) jae; trostruke veze su
jae (i krade) o vostrukih, a dvostruke od jednostrukih (ali dvostruka veza nije dvostruko
niti trostruka trostrukojaa od jednostruke izmeu istih atoma, nego neto manje).
Talita i vrelita kovalentnih spojeva NE ovise o jakosti kovalentne veze nego o jakosti
meumolekulskih privlaenja (koja ovise o polarnosti) i masi molekula via talita i vrelita
imaju polarniji spojevi i spojevi vede molarne mase.
Kovalentna veza je usmjerena u prostoru, a ionska i metalna nisu.
ionski kristali = kristali ionskih spojeva
kovalentni kristali kristali kovalentnih spojeva
U kovalentnim kristalima vrlo je velik broj atoma meusobno povezan kovalentnim vezama,
to uzrokuje svojstva kao to su vrlo velika tvroda i visoka talita. Primjeri kovalentnih
kristala su malobrojni, najpoznatiji jedijamant(i grafit se najee tu ubraja, ali nije
tipian kovalentni kristal jer ima slojeve slobodnih elektrona (kao u metalima, zato
dobro vodi elektrinu struju) meu slojevima kovalentno vezanih atoma)te kvarc(SiO2).
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
27/172
27
Kristali vedine kovalentnih spojeva (i plemenitih plinova, premda su oni pojedinani
atomi, a ne molekule)nazivaju se molekulskii na okupu ih re meumolekulska
privlaenja (molekule nisu meusobnopovezane kovalentnim vezama!). Njihova su
karakteristina svojstva mala tvroda iniska talita(esto sublimiraju,npr. jod)Svojstva spojeva prema vrstama kristala:
kovalentni molekulski ionski metali
talita (i vrelita) vrlo visoka niska visoka velik raspon,uglavnom vianego kovalentni
a nia negoionski
tvroda vrlo velika mala obino velika obino velika
elektrinavodljivost u pravilu slaba slaba dobra u talinamai vodenimotopinama
dobra
topljivost u vodi
(i polarnim
otapalima)
nikakva (kemijska
reakcija otapanje)
slaba za
molekule
koje nisu
jako polarne
uglavnom dobra nikakva
(kemijska
reakcija otapanje)
topljivost u
nepolarnim
otapalima (npr.
kloroform)
nikakva (kemijska
reakcija otapanje)
uglavnom
dobra
uglavnom slaba nikakva
(kemijska
reakcija
otapanje)kemijska
reaktivnost
vrlo slaba uglavnom
jaka
velik raspon velik raspon
Zadaci
1. U kojem su nizu estica sve veze unutar njih kovalentne?A. BCl3, SiCl4, PCl3B. NH
4Br, N
2H
4, HBr
C. I2, H2S, NaID. Al, O3, As4
2. Veza izmeu kojeg od navedenih parova atoma ima najizraeniji ionskikarakter?
A.AlAsB. AlNC.AlSeD.AlO
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
28/172
28
3. Koja o naveenih voatomnih molekula sari najkradu vezu?A. N2B. O2C.
F2
D. S24. Koja o naveenih estica sari samo kovalentne veze?
A. H2SO4B. NH4NO3C. NaOClD. K2CrO4
5. Koji je toan reoslije ka se molekule N2, O2, F2poreaju po porastu jaine veze?A. N2, O2, F2B. N2, F2, O2C. O2, N2, F2D. F2, O2, N2
6. Sve navedeno su osobine veine ionskih tvari u vrstom stanju OSIM:A.visoka elektrina vodljivostB. visoko taliteC. topljivost u vodiD. netopljivost u organskim otapalima
Rjeenja
1. A2. D3. A4. A5. D6. A
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
29/172
29
1.12. Meumolekulske interakcijeOsnovne vrste meumolekulskih (dakle meu nenabijenim esticama)interakcija (nisu
prave veze! jer su mnogo slabije i privremenije):vodikova veza, van der Waalsove sile,
Londonove sile.
Vodikova vezanajjaeje meumolekulsko privlaenje, izmeu atoma voika vezanog uz
jako elektronegativni atom (F, O ili N) i drugog jako elektronegativnog atoma (F, O ili N) koji
ima nevezni elektronski par. Vodikovom vezom povezuju se istovrsne (npr. H2O, NH3, HF
zato imaju via vrelita nego to bi se oekivalo prema analognim H2S, PH3, HCl; po dvije
molekule karboksilnih kiselina meusobno se povezuju u dimere)ili raznovrsne
molekule (npr. CH3CH2OH...H2O zbog ega se etanol jako obro mijea s voom,
NH3...H2O zbog ega je amonijak jako topljiv u voi...) ili razliiti ijeloviiste molekule (
prvenstveno due organske molekule s vie funkcionalnih skupina, kao to su proteini;
parovi nukleotida u DNA meusobno su povezani vodikovim vezama). Slubeno se
oznaava s tri tokice... (i sva 3 atoma koji u njoj sudjeluju elektronegativni atom
vodik elektronegativni atom u pravilu trebaju biti na istom pravcu), ali prihvatljivo
je i bilo kako s tokicama ili isprekidanim crticama.
Van der Waalsove silesu nevezne interakcije meu nenabijenim esticama slabije o
vodikovih veza, prvenstveno se misli na privlaenja meu polarnim molekulama(dipol
dipol interakcije).
Londonove sile(trenutanidipolinducirani dipol interakcije, disperzijske interakcije)
podvrsta su van der Waalsovih sila: vrlo slaba privlaenja meu nepolarnim molekulama (i
atomima plemenitih plinova).Kad ih ne bi bilo, elementarni nemetali i nepolarne
molekulske tvari mogli bi biti samo u plinovitom stanju.
1.13. Utjecaj temperature na kemijske veze i meumolekulskeinterakcije
Meumolekulske interakcije porastom temperature slabe jer se molekule sve bre kredu
(temperatura je mjera za kinetiku energiju estica, o kojoj izravno ovisi njihova brzina) te su
si meusobno ualjenije (termiko irenje)i stoga slabije djeluju jedna na drugu. Kemijske
veze takoer pri viim temperaturama sve lake pucaju jer estice obivaju sve vie energije
za njihovo prekidanje.
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
30/172
30
1.14. Lewisova simbolikaLewisova simbolika uobiajenije nain prikazivanja kemijskih elemenata i spojeva (atomi,
veze, nevezni vanjski elektroni) na papiru.
Simbol elementa (iz periodnog sustava) znai jezgru atoma i unutranje elektrone (sve osimvalentnih elektrona, to su u pravilu elektroni vanjske ljuske).
Tokice znae nevezne (nepoijeljene) elektrone vanjske ljuske jena toka . pojeinani
elektron, a dvije : elektronski par.
Crtice znae vezne elektrone: jedna crtica jednostruku vezu, dvije crtice = vostruku, a tri
trostruku.
1.15. Pravilo okteta i odstupanjaPravilo okteta: atomi najede tvoredi bilo ione bilo kovalentne veze tee imati 8 valentnih
elektrona (nepoijeljeni + poijeljeni) to se naziva oktet (osim prva 3 H, He, Li koji tee
imati 2 = dublet) jer tako imaju posve popunjenu valentnu ljusku ("elektronsku konfiguraciju
najblieg plemenitog plina") to je energetski najpogonije (najstabilnije).Vidi Elektronska
konfiguracija.
Svi rugi sluajevi ostupanja su o pravila okteta, najeda su: Be u kovalentnim
spojevima tei imati 4 elektrona (npr. u BeCl2), B tei imati 6 elektrona (npr. u BCl3), N moe
imati neparan broj valentnih elektrona (npr. u NO ih ima 7). Elementi 2. periode ne mogu5
ostupati prema vedem broju o 8 tj. "imati proireni oktet" (premali su a bi se oko njih
naguralo toliko rugih atoma, tonije za tzv. proireni oktet elektroni moraju ui u dorbitale
neke od ve postojeih ljusaka, a najmanje (s najniom energijom) dorbitale su 3d), nemetali
(i neki prijelazni metali)3. i kasnijih perioda u kovalentnim vezama mogu imati 10 ili 12
elektrona, npr. P u PCl5, S u SF6...
1.16. VSEPR teorijaRaspore kovalentno vezanih atoma u prostoru opisuje se pomodu VSEPR teorije (teorija
odbijanja elektronskih parova valentne ljuske).
Osnovni raspored u prostoru ovisi o tome koliko je "stvari" vezano uz sreinji atom (pri
emu je jena "stvar" jean atom (bez obzira je li veza jenostruka ili viestruka) ili jean
elektronski par ili jedan nespareni elektron)"stvari" se rasporeuju tako a buuto
5u uobiajenim spojevima (pronaeno je tek nekoliko vrlo neobinih iznimaka)
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
31/172
31
udaljenije jedna od drugezgodno je zamisliti kako bi se rasporedio takav broj jednakih
balona zavezanih skupa, ako zanemarimo gravitaciju:
Takoer preporuam uenje o prostornim strukturama pratiti izraom moela molekula,
najjenostavnije o plastelina i akalica.
Kemijske veze u prostornim formulama crtaju se:
iza ravnine papira
ispred ravnine papira
u ravnini papira
broj "stvari" prostorni oblik
1 linearna
2 linearna
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
32/172
32
3 planarna
4 tetraedar
5 trostrana bipiramida
6 oktaedar
Ako je jena ili vie "stvari" elektronski par (ili nespareni elektron), za oblik koji u prostoru
zauzimaju ostale "stvari" (atomi) postoji oreeninaziv, pa se svi mogudi rasporei oko
jenog sreinjeg atoma mogu prikazati (najbitnije strukture su uokvirene, a one koje
nemaju praktino znaenje precrtane, ani su jenostavni primjeri za sve za koje postoje
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
33/172
33
nastojte ne uiti strukture napamet negorazumjeti kako ti rasporedi nastaju iz gore
navedenih osnovnih rasporeda zamjenom nekih atoma elektronskim parovima):
broj
"stvari"
od toga el.
parova (ili
nesparenih
elektrona)
0 1 2 3 4
1
linearna
H2
HH
He
He:
2
linearna
BeCl2
linearna
CN
C=N:3
planarna
BCl3
planarna
kutna
SO2
linearna
NO
4
tetraedar
CH4
trostrana
piramida
NH3
planarna
kutna
H2O
linearna
HClAr
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
34/172
34
broj
"stvari"
od toga el.
parova (ili
nesparenih
elektrona)
0 1 2 3 4
5
trostrana
bipiramida
PCl5
oblik
ljuljake
SF4
Toblik
ClF3
linearna
XeF2
linearna
6
oktaedar
SF6
kvadratna
piramida
ClF5
planarna
kvadratna
XeF4
Toblik
linearna
VSEPR teorija kae a se meusobno najjae obijaju sloboni elektronski parovi, a
najslabije vezni elektronski parovi. Zbog toga se nevezni elektroni (slobodni elektronski
parovi i nespareni elektroni) najprije smjetaju u poloaje meusobno to ualjenije i to
udaljenije od ostalih "stvari" (vidi npr. planarni kvadratni oblik). Iz istog razloga su kutevi
meu neveznim elektronima te izmeu neveznog elektrona i vezanog atoma malo vedi o
onih anih u prvoj tablici, a kao posljeica toga su kutevi meu atomima vezanim uz atom
koji ima i nevezne elektrone malo manji od onih danih u prvoj tablici. Tone kuteve nije
mogude samim time jednostavno predvidjeti, ali npr. za molekule koje potjeu iz
tetraera oni su priblino (ne treba znati brojke, nego poreak i uoiti a te razlike nisu
osobito velike, ali za mnoge svrhe ni zanemarive):
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
35/172
35
1.17. Kako nacrtati prostornu strukturu?npr. HSO4
Napisati Lewisovom simbolikom:
- pripisati svakom atomu njegov broj "tokica" tj. valentnih elektronaprema poloaju(skupini) u periodnom sustavu
- smisleno povezati atome u molekulu (vodik je jednovalentan6!, ugljik gotovo uvijeketverovalentan, sreinji atom je najede onaj koji je jeini takav i/ili onaj najvedeg
atomskog broja), anion ili kation (dodati odnosno oduzeti onoliko elektrona koliki je
nabojni broj!)
O
H O S O
O
+ 1e
6Valencija u kovalentnom spoju je broj kemijskih veza koje atom tvori (pri emu se vostruka veza rauna kao
dvije veze itd.). U ionskom spoju, valencija iona je iznos njegovog naboja (npr. valencija Cl
, OH
ili NO3
je 1).
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
36/172
36
Odrediti koliko je "stvari" oko svakog atoma i koliko je od toga veza a koliko neveznih
(parova) elektrona (osim za vodik jer za njega postoji samo jena mogudnost), i prema tome
odrediti prostorni raspored:
S okruuju 4 vezetetraedarlijevi O dvije veze i dva nevezna parakao u molekuli vode, planarna kutna
ostali O imaju po jednu vezu i dva ili tri nevezna paraako je samo jedna veza,
raspore moe biti samo linearan
... i to jasnije ga nacrtati raznim vrstama crtica
1.18. Vrste kemijskih formula i izomeri (u organskoj kemiji)Empirijska formulapokazuje najmanji (cjelobrojni) meusobni omjer atoma u nekom
kemijskom spojune moe se "skratiti" (poijeliti broj svake vrste atoma u formuli istim
brojem tako da nakon toga broj svake vrste atoma u formuli jo bue cijeli).
Molekulska formulapokazuje broj atoma meusobno povezanih u molekulu ponekad se
moe "skratiti" u empirijsku formulu.
Formule ionskih spojeva su empirijske (jer su po definiciji formulske jedinke najmanji
cjelobrojni omjeri brojnosti razliitih atoma u kristalima)(uz rijetke iznimke, najee
one koje sadre ione ija molekulska formula nije jednaka empirijskoj,kao to su
peroksidi, jer oni sadre O22ion, npr. Na2O2; te neke kojima anion i kation sadre bar neki
isti atom, npr. empirijska formula NH4NO2je NH2O).Empirijska formula razlikuje se od
molekulske najede ko organskih tvari(zbog svojstva ugljika da se povezuje u vrlo
raznolike, esto dugake lance), ali i kod nekih anorganskih molekula(npr.
fosforov(V) okisid ima molekulsku formulu P4O10a empirijsku P2O5, vodikov peroksid ima
molekulsku formulu H2O2a empirijsku HO, hidrazin ima molekulsku formulu N2H4a
empirijsku NH2).
Vie molekulskih formula moe biti ekvivalentno jenoj empirijskoj formuli npr.
empirijsku formulu CH2O imaju spojevi molekulske formule CH2O, C2H4O2, C3H6O3...
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
37/172
37
Saeta (konenzirana) strukturna formulapokazuje raspored atoma u molekuli, ali tako da
ne prikae one veze koje se po pravilima vezivanja porazumijevaju (jenostruke) i a se
(ako je ikako mogude)moe napisatiu jednom redu.
Strukturna formulapokazuje raspore atoma u molekuli tako a pokae sve atome i sveveze meu njima, ali kao a je molekula u ravnini papira (voimenzionalna), ne voedi
rauna o prostornom rasporeu veza oko svakog atoma.
Lewisova strukturna formulaje strukturna formula koja osim veza pokazuje i nevezne
parove valentnih elektrona (i pojeinane valentne elektrone ako ih ima) u pravilu ako se
trai napisati strukturnu formulu ne kodi napisati Lewisovu strukturnu formulu
(naravno tono).
Najvanije pravilo za pisanje strukturnih formula organskih spojeva: UGLJIK JE
ETVEROVALENTAN IZ SVAKOG ATOMA UGLJIKA MORAJU VODITI 4 CRTICE! NE 3 (naravno
ako nema naboj ni nevezne elektrone...)I OSOBITO NIKAKO NE 5 (ugljik kao i ostali
elementi 2. periode ne moe imati proireni oktet7, vidi Pravilo okteta i odstupanja).
Formula s veznim crticamakoristi se za bri i pregleniji prikaz vedih organskih molekula.
Atomi ugljika su na krajevima crtica i uglovima meu njima. Jednostruke crtice su
jednostruke veze, dvostruke crtice dvostruke veze, trostruke crtice trostruke veze, kao i u
ostalim strukturnim formulama. Podrazumijeva se da je za svaki atom ugljika vezano onoliko
atoma voika koliko neostaje a bi ugljik bio etverovalentan (ali atomi vodika vezani uz
ostale atome se crtaju!), a svi atomi koji nisu ugljik ni vodik vezan za ugljik prikazuju se
svojim simbolima kao u strukturnoj ili Lewisovoj strukturnoj formuli.
Prostorna formulaprikazuje prostorni raspored atoma u tri dimenzije
veza izmeu atoma koji bi se nalazili u ravnini papira
veza prema atomu koji bi se nalazio iza papira
veza prema atomu koji bi se nalazio ispred papira
7U svim normalnim spojevima kakve ete viati.
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
38/172
38
Primjeri:
empirijska molekulska saetastrukturna
strukturna Lewisovastrukturna
veznim
crticama
prostorno
CHO C2H2O2 CHOCHO
(planarna
molekula)
CHCl C2H2Cl2 CH2=CCl2
CHCl=CHCl
(strukturni
izomeri)
(geometrijski
izomeri)
(planarne
molekule)
CH2 C3H6 H2C=CHCH3
(strukturni
izomeri)
*geometrijski izomeri takoer spadaju u dijastereomere
IZOMERI
STRUKTURNI IZOMERI STEREOIZOMERI
GEOMETRIJSKI IZOMERI* OPTIKI IZOMERI
ENANTIOMERI DIJASTEREOMERI
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
39/172
39
Strukturni izomeriimaju istu molekulsku, a razliitu strukturnu formulu (isti broj razliitih
atoma u molekuli, a razliit raspore atoma i veza). Imaju razliita fizikalna i kemijska
svojstva (mogu pripaati i posve razliitim vrstama spojeva).
npr. CH3OCH3(dimetileter) i CH3CH2OH (etanol);CH3CH2CH=CH2(but1en) i CH3CH=CHCH3(but2en)
Stereoizomeriimaju istu molekulsku i (saetu) strukturnu formulu, a razliit prostorni
raspored atoma (prostornu formulu)
Geometrijski izomericis/transiliZ/Erazliite skupine(ili skupine razliitog
prioriteta)nalaze se na istoj ili na razliitim stranama vostruke veze
cis1,2dikloreten trans1,2dikloreten(zaZi Evidi dolje CIPpravila)
Optiki izomeri4 razliite skupine su vezane uz 1 atom ugljika razliitim
redoslijedom, tako da se nikakvim okretanjem molekule ne mogu preklopiti
na svakom atomu ugljika za koji su vezane 4 razliite skupine ( = asimetrino
supstituirani ugljikov atom = kiralni C atom = kiralni centar = kiralno sredite)
moe se odrediti apsolutna konfiguracija: Rili SpomouCIPpravila
Enantiomerioptiki izomeri koji se odnose kao predmet i zrcalna slika
na svakom kiralnom C jedan ima suprotnu konfiguraciju nego drugi na
odgovarajuem kiralnom C (ako je u jednom S u drugom je R i obrnuto)
(kao to vidite 4. prioritet ne mora biti H, premda najee jest)
1 1
2 2
4 4
3 3
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
40/172
40
(D i L je drukiji tip oznaka koji se koristi u biokemiji(nije apsolutna nego relativna
konfiguracija), prvenstveno za eere i aminokiseline ovako prikazan, D eer ima OH
skupinu najdalju od aldehidne ili ketonske skupine desno, a L lijevo; ovakav nain
prikazivanja naziva se Fischerova projekcijska formula)
Dijastereomerioptiki izomeri koji se ne odnose kao predmet i
zrcalna slika mogui samo ako u molekuli postoje najmanje 2 kiralna C
imaju suprotnu konfiguraciju najmanje na jednom kiralnom C, ali
takoer najmanje na jednom imaju istu
ako spoj ima nasimetrino supstituiranih ugljikovih atoma, optikih izomeras tom
strukturnom formulom ima 2n,npr. za ovdje prikazanu lanastu formu
glukoze/galaktoze/... ima ih 24= 16 (ukljuujui navedene, naravno)
CIPpravila(prema ljudima koji su ih osmislili: Cahn, Ingold, Prelog) odreivanjeZ/E odnosno R/Skonfiguracija (geometrijskih i optikih izomera) prema
prioritetima: vei prioritet (tj. manji redni brojprioriteta) = vea atomska masa atoma
direktno vezanog uz Ckojem se odreuje konfiguracija ako 2 direktno vezana
atoma imaju jednaku, gledaju se sljedei atomi vezani uz njih i tako koliko god treba
dok se ne naie na razliku; dvostruka ili trostruka veza raunaju se kao dvije odnosno
tri jednostruke
primjeri:
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
41/172
41
a) oko asimetrino supstituiranog C atoma (taj atom se obino ne pie nego se
podrazumijeva da je na sjecitu crta, no ne bi smjelo biti greka ako se napie)ako
brojimo u smjeru kazaljke na satu 1, 2, 3 naziva se Rkonfiguracija (lat. rectus), a ako u
suprotnom smjeru onda Skonfiguracija (lat. sinister)
po koracima:
a. prepoznati da se radi o asimetrino supstituiranom C (vezane 4 razliite skupine)
b. dodijeliti tim skupinama prioritete prema CIP pravilima
c. rotirati molekulu tako da skupina zadnjeg prioriteta (broj 4) bude okrenuta "od tebe"
(prema iza papira, na onoj vezi koja se prikazuje iscrtkanom formulom izrada modela
molekule moe pomoi pri vjebanju)
d. odrediti ide li 1, 2, 3 u smjeru kazaljke na satu (R) ili obrnuto (S)
b) oko dvostruke veze meu svake dvije skupine vezane uz isti C odreuje se koja
ima vei prioritet, a zatim ako se skupine istog prioriteta nalaze s iste strane (iznad ili
ispod dvostruke veze) konfiguracija se zoveZ(njem. zusammen), a ako su sa suprotnih
strana zove se E(njem. entgegen)(Zje analogno cisa Etransto "pravilo iste skupine"
ovako je poopeno u "pravilo isti prioriteti")
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
42/172
42
Te oznake su uvedene dogovorno kako bi se razlikovali pojedini enantiomeri i dijastereomeri,
a to je potrebno jer se enantiomeri razlikuju po jednom fizikalnom svojstvu: zakretanju
ravnine polarizirane svjetlosti (za koliki ju kut jedan zakree u desno, za toliki ju drugi
zakree u lijevo, ali to desnolijevo nema veze sRS, a esto ni si biokemijskimD-L;oznaava se malim slovima d-i l-ili (+)- i ()-) te po reakcijama s drugim takvim (kiralnim)
molekulama, to je osobito vano za biokemijske reakcije (npr. enzimi su u pravilu molekule
s puno kiralnih centara), a dijastereomeri se esto razlikuju i po drugim kemijskim i
fizikalnim svojstvima.
Ako je potrebno napisati drugi enantiomer (npr. imamo Sa hoemo R) ili
dijastereomer, samo se zamijene dvije skupine na istom kiralnom C (za enantiomer se
to napravi na svim kiralnim C, za dijastereomer samo na nekom). U Fischerovojprojekcijskoj formuli na taj se jednostavni nain mogu zamijeniti samo horizontalne skupine
(lijeva i desna).
Zadaci
1. Koliko je mogudih izomera s molekulskom formulom C5H12?A. 1B. 2C. 3D. 5
2. Koliko razliitih strukturnih izomera postoji za iklorpropan, C3H6Cl2?A. 4B. 5C. 6D. nita o naveenog
3. Za sve navedene molekulske formule mogue je napisati stabilnu organskustrukturu, OSIM:
A. CH2O
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
43/172
43
B. CH2O2C. CH3OD. CH4O
4. Koji od navedenih spojeva su izomeri?1) CH3CH2OCH3
2) CH3CH2OCH2CH3
3) CH3CH2CH2OH
4) CH2=CHOCH3
A. 1 i 3B. 1 i 2C. 2 i 3D. 1 i 4
5. Izomer 1butanola je:A. 1propanolB. butanonC. 1klorobutanD. dietil-eter
6. Koliko je mogudih izomera ibromobenzena (C6H4Br2)?A. 1B. 2C. 3D. 4
7. Koliko razliitih oblika (strukturnih i geometrijskih izomera) moe imati spojmolekulske formule C3H5Br?
A. 1B. 2C. 3D. 4E. 5
8. Koji o naveenih spojeva moe postojati kao va ili vie geometrijskih izomera?A. 1,1dikloroetanB. 1,1dikloroetenC. 1,2dikloroetanD. 1,2dikloroeten
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
44/172
44
9. Koliko asimetrino supstituiranih atoma ugljika ima u svakom o sljeedih spojeva?
a) b) c)
Rjeenja
1. C2. A3. C4. A5. D6. C7. E8. D9. a) 1; b) 2; c) 5
Strukturni izomer spoja na slici je:
A. B.
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
45/172
45
C. D.
Rjeenje: B
1.19. Najvanije vrste organskih spojeva
naziv skupine tvorba
nazivaspoja
opda formula/
karakteristinaskupina
primjeri
sustavni naziv formula
alkani an CnH2n+2 propan CH3CH2CH3
cikloalkani** ciklo...an
CnH2n* ciklopropan
alkeni en CnH2n* propen CH2=CHCH3
alkini in CnH2n2*CC
propin HCCCH3
areni
(aromatski
ugljikovodici)
sarebenzenski
prsten
benzen
naftalen
antracen
halogenugljikovodici
odnosno
organski
halogenidi
(npr.
halogen
alkani)
fluor,klor,brom,
jod
RX, X = F, Cl, Brili I (atomom
halogenog
elementa
zamijenjen je
atom vodika)
1klorpropan CH2ClCH2CH3
2jodpropan CH3CHICH3
3brompropin HCCCH2Br
1,2dikloretan CH2ClCH2Cl
1,1,1tribrometan CBr3CH3
tetrafluormetan CF4
alkoholi ol ROH etanol CH3CH2OH
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
46/172
46
naziv skupine tvorba
naziva
spoja
opda formula/karakteristinaskupina
primjeri
sustavni naziv formula
propan2ol
etan1,2diol =glikol
HOCH2CH2OH
propan1,2,3triol= glicerol
fenoli fenol sarealkoholnu OH
skupinudirektno***vezanu uz
benzenski
prsten
fenol
4klor1metilfenol
eteri alkilalkileterili
alkoksialkan
ROR' dietil-eter (ilietoksietan)
etilmetileter ilimetoksietan
aldehidi al etanal
ketoni on propanon
karboksilne
kiseline
anskakiselina
etanska kiselina
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
47/172
47
naziv skupine tvorba
naziva
spoja
opda formula/karakteristinaskupina
primjeri
sustavni naziv formula
soli karb.
kiselina
oat sarekarboksilatni
anion
natrijev etanoat
esteri aliklalkanoat
(1. dio iz
alkohola,
2. izkiseline)
metiletanoat
kiselinski
halogenidi
alkanoil-
halogenidetanoil-klorid
anhidridi anhidrid-ske
kiseline
anhidrid etanske
kiseline
anhidrid etanske imetanske kiseline
amidi amid
odnosno
etanamid
N,Netilmetilpropanamid
amini amin RNH2odnosno
metilamin CH3NH2
trietilamin
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
48/172
48
R = bilo kakav smisleni ostatak organskog spoja, R', R'' it. mogu biti razliiti ili isti
za navedene spojeve ee su u upotrebi nesustavna imena, redom: acetaldehid,
aceton, octena kiselina, natrijev acetat, metilacetat, acetil-klorid, anhidrid octene
kiseline ili acetanhidrid, acetilamid, ali vjerojatnije e vas traiti napisati sustavna*odreivanje broja dvostrukih ili trostrukih veza ili prstenova u spoju koji sadri samo ugljik,
vodik, kisik (kisik za ovo nita ne znai) i halogene elemente: od broja atoma H u alkanu s tim
brojem atoma C oduzeti (broj H + broj halogenih) u promatranom spoju, dobiveni broj
podijeliti s 2 (jer za svaku dvostruku vezu ili prsten ima 2 H manje), tako dobiveni broj je broj
dvostrukih veza, ili broj trostrukih veza*2 (svaka trostruka vrijedi kao dvije dvostruke), ili
broj prstenova, ili bilo kakva kombinacija (broj dvostrukih veza + 2*broj trostrukih veza +
broj prstenova) mora dati taj broj,npr. spoj molekulske formule C8H8Cl2O moe imati 4
dvostruke veze ILI 2 trostruke ILI 4 prstena ILI 2 dvostruke i 1 trostruku ILI 2 dvostruke i 2
prstena ILI 2 prstena i 1 trostruku ILI 3 dvostruke i 1 prsten ILI 1 dvostruku, 1 trostruku i 1
prsten ILI ...
**moe i cikloalkeni, ali prstenovi ciklalkina moraju biti veliki8jer trostruka veza tei
linearnom rasporedu
*** ovo nije fenol! nego benzilni alkohol koji ima potpuno alkoholna
svojstva
Zadatak: Imenuj sljeede spojeve:
a.
b.
8najmanji je C8H12
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
49/172
49
c.
d.
e.
f.Rjeenje:
a. 2,3,4trimetilheksanb. 3etilheksanc. 3,4dietil2metilheptand. 3metilpenta1,4diene. 3fenilpenta1en (3fenilpenten)f. 2etil1,4dinitrobenzen
1.20. Shematske strukture vanih biomolekulaMasti i ulja= triglicerii = esteri glicerola i tri iste ili razliite vie masne kiseline(vie
nezasienihulje tekue, vie zasienihmast vrsta)vidisaponifikacija pod
Vanije organske reakcije
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
50/172
50
ederi
monosaharidi polihidroksialdehidi ili polihidroksiketoni, ali u vodenim
otopinama ponajvie u ciklikom obliku
glukoza(u aciklikom obliku aldehidaldoza; 6 atoma ugljika
heksoza)
fruktoza(u aciklikom obliku ketonketoza)
disaharidi
saharoza = glukoza + fruktoza (-1,4-glikozidna veza)
GLIC
EROL
1. MASNA KISELINA
2. MASNA KISELINA
3. MASNA KISELINA
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
51/172
51
polisaharii (krob, celuloza = polimeri glukoze)
krob(-1,4-glikozidna veza)9
celuloza (-1,4-glikozidna veza)
Aminokiseline i proteini
Aminokiselinesu male organske molekule koje sarei karboksilnu i amino skupinu (kod
prirodnih aminokiselina te su skupinevezane na isti C atom, takve se nazivaju
aminokiseline). U prirodi ih postoji oko 20. U otopini iste aminokiseline uvijek su i
amino i karboksilna skupina disocirane (prisutne kao NH3+i COO-, a ne NH2i COOH).
Taj se oblik naziva zwitterion. pH otopine u kojoj je aminokiselina prisutna u takvomobliku ukupnog naboja 0 naziva se izoelektrina toka. U otopini koja sadri i drugu
kiselinu ili bazu, ovisno o pH moe biti disocirana i samo amino skupina (pri pH niem od
izoelektrine toke kiseli, maksimalno protonirani oblik) ili samo karboksilna skupina (pri
pH viem od izoelektrine toke bazini, maksimalno deprotonirani oblik).
9znai da je, u ovakvom ciklikom prikazu kako je prikazana saharoza, OH na C1 prema dolje, a da je prema
gore. 1,4 znai da se taj 1. atom ugljika jednog monosaharida povezuje sa 4. atomom ugljika drugog.
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
52/172
52
Proteini(bjelanevine) supolimeri aminokiselina meusobno povezanih peptidnom vezom
= aminom vezom izmeu karboksilne skupine jedne i amino skupine druge aminokiseline
(nastaje uz izdvajanje H2O = OH iz COOH i H iz NH2) (peptidna veza u proteinima razlikuje
se od obine amidne po tome to ne podlijee hidrolizi dakle neemo se rastopiti
u vodizapravo joj je hidroliza nemjerljivo spora, zato se proteini u biolokim sustavima
mogu hidrolizirati djelovanjem enzima koji tu reakciju ubrzavaju).
(na slici su peptine veze oznaene uto)
Peptidna veza je:
A. C=C ; B. NHCO ; C. COOH ; D. CClRjeenje: B
Nakon to ste paljivo proitali ovaj io skripte, pokuajte rijeiti kviz "Kemija skripta1"
nawww.drzavna-matura.com(KemijaKviz).
http://www.drzavna-matura.com/http://www.drzavna-matura.com/http://www.drzavna-matura.com/http://drzavna-matura.com/index.php?action=SMFQuiz;sa=categories;categoryId=9http://www.drzavna-matura.com/ -
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
53/172
53
2.Kemijske reakcije2.1. Kemijska reakcija
Kemijska reakcija ili kemijska promjena je bilo koja promjena u kojoj dolazi do preraspodjele
(kianja i/ili nastanka) kemijskih veza. Zapisujemo ju kemijskom jenabom:
aA + bB + ... xX + yY + ...
npr. 2Na(s) + Cl2(g)2NaCl(s)
Broj ispred jedinke (npr. 2 ispred Na ili NaCl) zovemo stehiometrijski koeficijent i njime je
pomnoen svaki atom ujedinki. "Mali broj dolje" (npr. 2 u Cl2) zovemo indeks i njime je
pomnoen samo atom uz koji stoji ili svi atomi u zagrai uz koju stoji.
Kvalitativno znaenjejenabe kemijske reakcije: iz natrija (u vrstom stanju) i klora (u
plinovitom stanju) nastaje natrijev klori (u vrstom stanju).
Kvantitativno znaenje: iz dva atoma natrija i jedne molekule klora nastaju dvije formulske
jedinke natrijeva klorida; iz dva mola natrija i jednog mola klora nastaju dva mola natrijeva
klorida (vidiRaunanje u kemiji).
"Zakon o ouvanju mase": ukupna masa produkata jednaka je ukupnoj masi reaktanata.
"Zakon o ouvanju naboja": ukupni naboj produkata jednak je ukupnom naboju reaktanata
(bitno za izjenaavanje jenabi koje sare nabijenejedinkeione i elektrone!). (Ove
"zakone" treba znati primijeniti, a ne iskazati.)
Pri kemijskoj reakciji atomi jenog elementa ne mogu prijedi u atome rugog elementa (to
se dogaa samo u nuklearnim reakcijama, kojima se na srednjokolskoj razini bavi
fizika)zato u izjenaenoj jenabi u reaktantima i u prouktima mora biti jenako
atoma svakog elementa ("jednako istog slova s lijeve i desne strane strelice", naravno kad se
pomnoe svojim ineksima i stehiometrijskim koeficijentima).
2.2. Vrste kemijskih reakcijaPo promjeni energije(u termodinamici, termokemiji)
egzotermneu njima se oslobaa energija, proukti imaju niu energiju o
reaktanata, reakcijska entalpija je negativna
npr. gorenje metana (zemnog plina):
CH4(g) + 2O2(g)CO2(g)+ 2H2O(g), rH = 890 kJ/mol
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
54/172
54
endotermneu njima se "troi" (vee) energija, proukti imaju viu energiju o
reaktanata, reakcijska entalpija je pozitivna
npr. arenje more galice:
CuSO45H2O(s)CuSO4(s)+ 5H2O(g), rH = 80kJ/mol
*veina rekacija za koje je potrebna poviena temperatura su endotermne, ali ne sve,
mnoge samo imaju veliku energiju aktivacije (energija potrebna da reakcija zapone
promjena energije u reakciji)!
**ovako napisanajednadba s oznaenim agregatnim stanjima i navedenom
reakcijskom entalpijom naziva se termokemijska jednadba
***reakcijska koordinata oznaava tijek reakcije: moe se zamisliti kao kretanje (naprijed-
nazad) po putu kojim se atomi (jezgre i elektroni) gibaju tijekom reakcije kako bi iz reaktanata
(preko koraka s najmanjim energijama aktivacije) nastali produkti
Po stupnju ravnotee
nepovratne"iu o kraja", u stanju ravnotee u reakcijskoj smjesi je prisutna
zanemariva koliina reaktanata, ravnotea je pomaknuta daleko prema produktima
(obino se uzima da je to kad je konstanta ravnotee vea od 100ili 1000), piuse
s "normalnom" strelicom
npr. gorenje magnezija:Mg(s) + O2(g)MgO(s)
povratneu stanju ravnotee u reakcijskoj smjesi prisutnaje znatna koliina i
produkata i reaktanata (obino konstanta ravnotee izmeu 0,01 i 100*),
H
CuSO45H2O(s)
CuSO4(s) + 5H2O(g)
rH> 0
reakcijska koordinata
H CH4(g) + 2O2(g)
CO2(g) + 2H2O(g)rH< 0
reakcijska koordinata
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
55/172
55
promjenom uvjeta (temperatura, tlak) moe se znatno utjecati na omjer prisutnih
produkata i reaktanata, piu se s povratnim strelicama ili npr. imerizacija uikova(IV) oksia:2NO2(g) N2O4(g)* = konstanta ravnotee manja od 0,01 znaila bi da je nepovratna reakcija usuprotnom smjeru nego to je napisana tj. da se reakcija u smjeru kako je
napisana ne odvija
Po sloenosti reaktanata i proukata
sintezao jenostavnijih tvari nastaju sloenije
npr. sinteza nitrobenzena
sinteza amonijeva klorida
NH3(g) + HCl(g)NH4Cl(s)
analizasloenije tvari se rastavljaju na jenostavnije
pirolizapovienom temperaturom bez prisutnosti kisika
npr. termiki raspa kalcijeva karbonata:
CaCO3(s)CaO(s) + CO2(g)
( je oznaka za arenje, umjesto toga se moe pisati i +T ili T za povienje
temperature)
hidrolizauz pomod voe
npr. hidroliza estera:
hidroliza soli slabih kiselina ili bazaanion slabe kiseline ili kation slabe baze
reagira s vodom tako da nastane ta kiselina ili baza te hidroksilni anion ili
oksonijev/vodikov kation (vidi Kiseline, baze i soli)
CH3COO
+ H2O CH3COOH + OH(npr. iz CH3COONa)Fe
3+
+ 2H2OFe(OH)2+
+ H3O
+
ili Fe
3+
+ H2O Fe(OH)2+
+ H
+
(npr. iz FeCl3)fotolizadjelovanjem svjetlosti
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
56/172
56
npr. fotoliza srebrova klorida
AgCl(s) Cl2(g) + Ag(s)
h= energija kvanta svjetlosnog zraenja(= frekvencija, h= Planckova
konstanta 6,6261034Js)
elektrolizajelovanjem elektrine struje
npr. elektroliza vode:
2H2O(l)2H2(g) + O2(g)
elektroliza taline natrijeva klorida:
NaCl(l)Na(l) + Cl2(g)
Po smjeru putovanja elektrona (redoksreakcije)
oksidacijaotputanje elektrona povedanje oksiacijskog broja
I 0Br e + 1
2Br2
redukcijaprimanje elektronasmanjenje oksidacijskog broja
VII IClO4
+ 8e + 8H+ Cl + 4H2O
U svakoj redoksreakciji odvijaju se jednako i oksidacija i redukcija (jednako elektrona se
otpusti u oksidaciji koliko se primi u redukciji). Za oksidaciju ili redukciju posebno mogude jenapisati samo jenabu polurekacije koja sari elektrone.
Naravno, nisu sve postojede reakcije reoksreakcije, ne dolazi u svim kemijskim reakcijama
do promjene oksidacijskog broja (vidi Redoksi).
Po promjeni zasidenosti (organske reakcije)
eliminacijasmanjenje zasidenosti (povedanje nezasidenosti) oduzimanjem
atoma nastaje dvostruka ili trostruka veza
adicijapovedanje zasidenosti dodavanjem atoma na trostruku ili dvostruku vezu
nastaje dvostruka ili jednostruka
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
57/172
57
supstitucijajean atom se zamjenjuje rugim, pri emu se ne mijenja zasidenost
Kiselobazne reakcije = neutralizacija
vidi Kiseline, baze i soli
Zadaci
1. Koji element se oksidira pri pirolizi natrijeva hidrogenkarbonata?A. natrijB. vodikC. kisikD. ugljikE. nijedan
2. U kojoj od navedenih reakcija dolazi do promjena oksidacijskog broja?A. H2SO4+ 2NH3 (NH4)2SO4B. H2SO4+ Na2CO3 Na2SO4+ H2O + CO2C. 2K2CrO4+ H2SO4 K2Cr2O7+ K2SO4+ H2OD. 2H2SO4+ Cu CuSO4+ 2H2O + SO2
3. U kojoj od navedenih reakcija se krom reducira?A. CrO3CrOF3B. Cr3+Cr(OH)4C. 2CrO42Cr2O72D. Cr3+CrO42
4. Koja od navedenih promjena je oksidacija?A. VO3VO2+B. CrO2CrO42C. SO3SO42D. NO3NO2
5. Reakcija u kojoj karboksilna kiselina reagira s alkoholom i nastaje organski spoj ivoda zove se:
A. esterifikacijaB.
hidroliza
C. neutralizacija
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
58/172
58
D. saponifikacija6. Koji od navedenih procesa su egzotermni?
I. gorenje etana
II. oduzimanje kristalne vode barijevom kloridu dihidratuA. samo I.B. samo II.C. i I. i II.D. ni I. ni II.
7. Izravna sinteza klorbenzena iz benzena (uz FeCl3kao katalizator) je:A. adicijaB. eliminacijaC. supstitucijaD. redukcija
Rjeenja
1. E2. D3. A4. B5. A6. A7. C
2.3. Vanije organske reakcijegorenjevedina organskih spojeva lako su zapaljivi, gorenjem bilo kojeg organskog spojakoji sari samo ugljik i voik ili samo ugljik, voik i kisik uz ovoljan pristup kisika (to
ukljuuje normalno gorenje na zraku) nastaje ugljikov ioksi i voa, uz nedovoljan pristup
kisika nastaje i ugljikov monoksid i voda ili aa (ugljik) ivoda
npr. C2H5OH + 3O22CO2+ 3H2O
C2H5OH + 2O22CO + 3H2O
C2H5OH + O22C + 3H2O
(to je manje kisika na raspolaganju, manje je kisika u jednadbi i nastaje ugljini
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
59/172
59
produkt s manje kisika, odnosno to ima manje kisika vea je vjerojatnost nastanka
ugljinog produkta s manje kisika)
halogeniranje alkanasupstitucijazamjena jednog atoma vodika atomom halogenog
elementa (klora ili broma)na svjetlosti(klor i brom su obojeni pa dobro apsorbirajusvjetlosnu energiju, h(ni) ili hfje oznaka za energiju jednog fotona)ili uz povienu
temperaturu
npr. CH4+ Cl2 CH3Cl + HCl
CH3CH3+ Br2 CH3CH2Br + HBr
(reakcija se moe i nastaviti, dok se svi atomi vodika ne zamijene halogenim)
halogeniranje alkena i alkinaadicija (potpuno razliita stvar o halogeniranja alkana)
atomi halogenog elementa (broma ili klora) veu se na ugljikove atome vezane vostrukom
ili trostrukom vezom
npr. CH2=CH2+ Br2CH2BrCH2Br
HCCH + 2Br2CHBr2CHBr2
(takve reakcije s bromom koriste se za dokazivanje alkena/alkina jer je brom smee boje pa
se pri reakciji otopina broma obezboji)
analogno se halogeniraju i trolani i etverolani alkanski prstenovi (cikloalkani)
"puca" prsten jer je nestabilan zbog premalih kuteva izmeu C atoma i nastaju lanasti
halogenoalkani (s po jednim halogenom na krajevima lanca)
npr. + Cl2CH2ClCH2CH2Cl
+ Br2CH2BrCH2CH2CH2Br
hidrogeniranje alkena i alkinaadicija vodika na dvostruku(ili trostruku)vezu, uz
katalizator plemeniti metal (Pt, P ili Ni, svejeno je koji), pri povienom tlaku i temperaturi
npr. CH2=CH2+ H2Pt CH3CH3
HCCH + 2H2Ni CH3CH3
hidrogeniranjem alkina uz tzv. zatrovani katalizator = paladij s olovnom soli, nastaju
alkeni (reakcija ne ide skroz do alkana)
npr. HCCH + H2Pd/Pb 2+
CH
2=CH
2
analogno se hidrogeniraju i trolani i etverolani alkanski prstenovi (cikloalkani)
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
60/172
60
"puca" prsten jer je nestabilan zbog premalih kuteva izmeu C atoma i nastaju lanasti
alkani
npr. + H2Pd
CH3CH2CH3
+ H2Pd CH3CH2CH2CH3
hidrohalogeniranje i hidratacija alkena
Markovnikovo pravilo: vodik se vee na onaj C na kojem ve ima vie vodika
(zapravo bi formalno tonije bilo rei da se ono to nije vodik vee tamo gdjeima
manje vodika, no u teoriju iza toga (reakcijski mehanizam) nije ovdje potrebno ulaziti,
a za primjenu pravila je, dakako, na ovoj razini svejedno)
hidrohalogeniranje adicija halogenovodika
npr. CH3CH=CH2+ HBrCH3CHBrCH3(a ne, onosno samo u zanemarivoj koliini,
CH3CH2CH2Br)
hidratacija adicija vode
npr. CH3CH=CH2+ H2OH2SO 4 CH3CH(OH)CH3(a ne, odnosno samo u zanemarivoj
koliini, CH3CH2CH2OH)
reakcije na benzenski prstenelektrofilnasupstitucijajedan atom vodika(odnosno H+)
zamjenjuje seelektrofilom tj. "esticom siromanom elektronima"(to je pogodno jer je
benzenski prsten bogat elektronima)
(benzenski prsten moe se pojenostavljeno pisati ovako s kruidem, no treba uvijek imati na
umu rezonantne strukture koje to predstavlja, a naravno i sve atome vodika)
a) klor ili brom (X2) uz katalizator FeX3ili AlX3
npr. + Br2FeBr 3
(elektrofil je Br+iz FeBr3+ Br2FeBr4+ Br+)b) klorougljikovodik ili bromougljikovodik (RX) uz katalizator FeX3ili AlX3
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
61/172
61
npr. + CH3CH2ClFeCl 3
(elektrofil je CH3CH2+iz CH3CH2Cl + FeCl3FeCl4+ CH3CH2+)
c) nitriranje (NO2+koji nastaje iz koncentrirane HNO3uz katalizator koncentriranu H2SO4)
(HNO3+ H2SO4NO2++ HSO4+ H2O)d) sulfoniranje (HSO3
+koji nastaje iz SO3uz katalizator koncentriranu H2SO4)
(H2SO4+ SO3HSO4+ HSO3+)*nastali nitrobenzen i benzensulfonska kiselina strukturno izgledaju:
**umjesto SO3i H2SO4nekad se pie H2S2O7jer se tako oznaava "dimea sumporna
kiselina" (oleum) koja je otopina SO3u koncentriranoj H2SO4
nastajanje alkoksidareakcija alkohola s reaktivnim metalima, prvenstveno
alkalijskim, analogna reakciji vode(alkohol mora biti bezvodni jer e inae reagirati voda
jer je reaktivnijamanja molekula s vie atoma vodikavezanih uz kisik koji mogu tako
reagirati)
npr. 2CH3CH2CH2OH + 2Na2CH3CH2CH2ONa + H2
-
8/21/2019 Kemija skripta za Dravnu Maturu
62/172
62
fenoli tako reagiraju i s hidroksidima alkalijskih metala jer su jae kiseline(konjugirana
baza im je stabilizirana rezonancijom u benzenskom prstenu)
dehidratacija alkoholauz H2SO4i zagrijavanje ovisno o temperaturi nastaje
preteno (simetrini) eter ili alken(ili prevladava povratna reakcija hidratacije u alkohol)
npr. 2CH3CH2OHH2SO 4 CH3CH2OCH2CH3 + H2O
ili CH3CH2OHH2SO 4 CH2=CH2+ H2O
nastajanje (nesimetrinih) eterareakcija halogenalkana (jod, brom, klor) i alkoksida
npr. CH3CH2CH2Br + CH3OKCH3CH2CH2OCH3+ KBr
oksidacijaredukcija alkoholialdehidi(ketoni)karboksilne kiseline i natrag(treba znati i
izjednaavati kao redokse!)
najede oksiacija s bikromatom (npr. K2Cr2O7), CrO3ili kalijevim permanganatom
primarni alkoholi preko aldehida do karboksilnih kiselina (reakcija se moe zaustaviti na
aldehidima ali teko), a sekundarni alkoholi do ketona (ne mogu u karboksilne kiselin