Definice chemie:
Je přírodní věda, která se zabývá studiem složení, přípravou a strukturou stavby a vlastnostmi látek a jejich vzájemných přeměn. Základním zdrojem poznání v chemii je experiment (lidská činnost spočívající v realizaci předem stanovených podmínek) a sledováním výsledků.
- obecná chemie = zkoumá teoretické zákonitosti stavby látek, podstatu chemických dějů a vztahy mezi vlastnostmi a stavbou látek
- anorganická chemie = zabývá se prvky a jejich sloučeninami s výjimkou většin slouč. uhlíku
- organická chemie = zkoumá sloučeniny uhlíku s výjimkou oxidů, uhličitanů, hydrogen.
- analytická chemie = zabývá se kvalitativním a kvantitativním složením látek (= chem. barev)
- technická chemie = zabývající se problémy při výrobě chemikálií (řada oborů – petrochemie)
- fyzikální chemie = věda zabývající se zkoumáním zákonistostí látek pomocí fyz. přístrojů a metod
- biochemie = zkoumá chemické reakce v živých organismech
- makromolekulární chemie = zabývá se vysokomolekulárními látkami (příprava a výroba)
Historický vývoj chemie
Prehistorické období
úprava a konzervace potravin, stavba obydlí (pálená cihla), využití ohně při získávání a zpracování kovů, zpracovávání kůží (výroba oděvů)
období starověku
zpracování kovů a jejich zušlechťování, léčitelství (mumifikace v Egyptě), úprava potravy, výroba keramiky (porcelán v Číně). Do tohoto období můžeme rovněž zařadit i učení Aristotela, který tvrdil, že látky vycházejí ze 4 živlů (voda, oheň, vzduch, země). Toto tvrzení mělo význam 2 tisíce let.
Středověk
V tomto období se rozvíjela předchůdkyně dnešní chemie, a to alchymie. Vycházela především z Aristotelových studií a tvrzení. Cílem alchymie byla především výroba zlata (transmutace), "elixír mládí", kámen mudrců
Období renesance
Odděluje se obor iatrochemie - přechůdce medicíny, byly prováděny první pitvy. Do tohoto obdoví rovněž spadá i rozvoj léčitelství a veškerých věd, protože byl kladen důraz na rozum, nikoliv na náboženství.
Druhá polovina 17. století
V této době byly položeny základy chemie Robertem Boylem (25. ledna 1627 Lismore – 31. prosince 1691 Londýn, pozn.: wikipedia.org), který odmítá alchymii a definuje prvek a sloučeninu. Toto časové údobí lze zhodnotit jako období kvalitativní, protože se zkoumalo především složení látek.
18. století
.. bývá označováno jako období pokusu a omylu, protože nepoužívali váhy. I zde jsou pro chemii slavná jména, která bychom měli znát. Například Michail Vasilijevič Lomonosov (19. listopadu 1711, Denisovka (dnes Lomonosovo) – 15. dubna 1765, pozn.: zdroj wikipedia.org), který založil první chemickou laboratoř v Německu, deklaroval myšlenku zachování hmoty a pravděpodobně jako první zaznamenal bod tuhnutí rtuti. Další jméno, které stojí za zmínku Antoine Lavoisier (26. srpna 1743, Paříž – 8. května 1794, Paříž, pozn.: zdroj wikipedia.org). Pro příklad uvedu, že tento muž v roce 1744 zformuloval zákon o zachování hmoty, v r. 1787 vydal spis o chemickém názvosloví a je považován za otce moderní chemie.
19. a 20. století
V tomto období nastal velmi prudký rozvoj chemie jako vědy, chemické výroby a organické chemie. I zde si uvedeme jedno jméno, a to Friedrich Wöhler (31. červenec 1800 Eschersheim u Frankfurtu – 23. září 1882 Göttingen, pozn.: zdroj wikipedia.org), který se proslavil syntézou močoviny.
Chemická výroba
změna kvalitativní, kde se suroviny mění na produkty za průběhu chemické reakce
- Suroviny lze dělit na:
- fosilní - ropa, zemní plyn, rudy
- recentní - jinými slovy obnovitelné (voda, dřevo, plodiny)
- druhotné - lze nazvat recyklovatelné
- Chemická odvětví:
- chemický průmysl – ropa, zemní plyn, výbušniny, pohonné hmoty, plasty, barviva
- farmaceutický průmysl – léčiva
- potravinářský průmysl - alkohol, cukry, tuky, mléčné výrobky, ocet
- hutnický průmysl - zušlechťování kovů, ...
- keramický průmysl - porcelán a keramika (kaolín a hlíny)
- sklářský průmysl - používá křemičitý písek
- průmysl stavebních hmot - pojiva, sádra, cement, nátěry
Základní chemické zákony
- Zákon zachování hmotnosti: Součet látkových množství před reakcí se rovná součtu látkových množství po reakci.
- tento zákon je využíván zejména při vyčíslování rovnic
-
Zákon stálých poměrů slučovacích: V každé sloučenině je hmotnostní poměr prvků vždy stejný a nezávisí na tom jak sloučenina vznikla.
-
Zákon násobných slučovacích poměrů: Slučují-li se dva prvky v několika hmotnostních poměrech jsou k sobě v poměru malých celých čísel.
-
Zákon stálých poměrů objemových: Při nezměněném taku objemy plynů vstupujících do reakce jsou mezi sebou k objemu vzniklých plynných sloučenin v poměru malých celých čísel.
-
Avogadrův zákon: 1 mol jakékoliv plynné látky za standardních podmínek zaujímá objem 22,4 dm3
Základní chemické pojmy
Hmota a její vlastnosti
Hmota
označuje vše co reálně existuje nezávisle na našem vědomí, vjemech a pozorování; nelze ji ani stvořit ani zničit a její součástí je neustálý pohyb
Základní formy hmoty
- látka - smyslům bezprostředně přístupná zpravidla jako ohraničené těleso různých tvarů
- pole - projevuje se silovým působením na tělesa, která se v něm nacházejí (gravitační pole, magnetické pole, elektrické pole)
Tyto dvě základní formy hmoty se mohou vzájemně přeměňovat, jejich celkové množství energie a hmotnosti je neměnné. Vlastnosti hmoty se rovněž dají podle Alberta Einsteina číselně vyjádřit: E = m.c2.
Látka
... je forma hmoty, smysůlm bezprostředně přístupná zpravidla jako ohraničené těleso různých tvarů
Látky lze klasifikovat podle několika kritérií:
- dle skupenství - pevné, kapalné, plynné a plazma
- dle složení - chemicky čisté látky = chemická individua (prvky a sloučeniny)
- dle původu - přírodní a syntetické
Chemicky čisté látky
... jsou látky, které mají stálé složení a charakteristické vlastnosti v celém svém objemu, které se žádnou fyzikální vlastností nemění. Vlastnosti těchto látek jsou buď chemické (hořlavost, rozklad, působení na živé organismy) a nebo fyzikální (většinou veličiny, které se dají změřit). Složení chemicky čisté látky udává vzorec.
Chemická individua se dělí na:
- prvek: je složený z atomů se stejným protonovým číslem. Prvky jsou rozdělené na kovy, nekovy a polokovy, v přírodě se jich vyskytuje celkem 90, 28 jich je vyrobeno synteticky a k jejich označování používáme mezinárodně stanovené symboly.
- sloučenina: je složená z atomů dvou či více prvků, které jsou vázány chemickou vazbou charakterizovanou chemickým vzorcem, který udává složení z hlediska prvků a současně představuje 1 její molekulu. Sloučeniny rozdělujeme podle původu (organické a anorganické) a podle počtu prvků (dvouprvkové, tříprvkové a víceprvkové).
Stavební částice chemických individuí:
Stavebními částicemi se rozumí atomy a ionty (částice jednojaderné) , molekuly, makromolekuly (částice vícejaderné).
- atom: elektroneutrální jednojaderná částice skládající se z obalu a z jádra
- iont: jedno či vícejaderné nabité částice (kationty či anionty)
- molekula: elektroneutrální vícejaderná částice složená ze dvou a více atomů spojených chemickou vazbou
- makromolekula: molekula tvořená z obrovského množství atomů s velkou molární hmot
Směsi
... jsou soustavy dvou nebo více složek, které od sebe lze oddělit fyzikálně-chemickými metodami, mají proměnlivé složení a dělíme je na stejnorodé (homogenní) a různorodé (heterogenní).
Rozdíl v těchto dvou skupinách je, že zatímco u homogenních směsí pouhým okem složení nevidíme (například roztoky), tak u heterogenních směsí jejich složení okem vidět můžeme (například žula - slída, křemen, živec).
Metody čištění směsí
- filtrace = pevnou nerozpustnou látku oddělujeme od kapaliny za přítomnosti filtru – filtr = filtrační papír (z buničiny), urychlení za sníženého tlaku a za pomocí vývěvy
- sedimentace = usazování = oddělení jemně rozptýlenou pevnou látku v kapalině
- destilace = oddělujeme dvě kapaliny od sebe na základě rozdílné teploty varu, nutný chladič
- sublimace = oddělení pevné látky, která přechází na plyn (jod, arsen, naftalen, benzoová k.)
- krystalizace = oddělení rozpuštěné pevné látky od kapaliny pomocí zahřívání
- extrakce = vyluhování = získání složky na základě její rozpustnosti ve vhodném rozpouštědle
- plavení = oddělujeme pevná skupenství, která se liší hmotností pomocí vody (rýžování)
Roztoky
... jsou homogenní směsí rozpouštědla a rozpouštěné látky, rozdělujeme je dle skupenství:
- kapalné (konentrovaná HCl)
- plynné (vzduch)
- pevné (barevné sklo, slitiny kovů, aj.)
... můžeme je také dělit dle velikosti rozpuštěných částic na pravé (< 10–9m částice) nebo nepravé (koloidní, > 10–9m částice).
Rozpustnost
... je veličina udávající nejvyšší hmotnost látky, která se beze zbytku rozpustí při dané teplotě ve 100 g rozpouštědla, dle rozpustnosti dělíme roztoky na:
- rozpustné - m > 1 g
- málo rozpustné - 0,1 g < m < 1 g
- nerozpustné - m < 0,1 g
Koncentrace
... udává složení roztoku = poloměr, který vyjadřuje zastoupení rozpuštěné látky a rozpouštědla v roztoku, dle koncentrace dělíme roztoky na
- nasycený – m = odpovídá rozpustnosti
- nenasycený – m < udává rozpustnost
- přesycený – m > udává rozpustnost
Koncentraci vyjadřujeme:
- hmotnostní procentová koncentrace = udává kolik g látky je rozpuš. ve 100 g roztoku
- objemová procentová koncentrace = udává kolik ml látky je rozpuš. ve 100 ml roztoku
- molární koncentrace = udává počet molů látky v 1 dm3 roztoku
- poměrná (lučavka královská 1 HNO3 : 3 HCl)