Transcript Látky - podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu

Soubor prezentací: CHEMIE PRO I. ROČNÍK GYMNÁZIA
CH7 - Látky – rozdělení a charakteristika
Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová
Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.
Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo:
CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO
VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a
státním rozpočtem České republiky.
LÁTKY
CHEMICKY ČISTÁ LÁTKA
PRVKY
Nuklid
Izotop
Izobar
Izoton
SLOUČENINY
SMĚSI
HOMOGENNÍ
HETEROGENNÍ
KOLOIDNÍ
10-9m
10-7m
Částice chemické látky
ATOM
IONT
MOLEKULA
obr. č.1 Schema
Látka
• forma hmoty, která má částicový charakter
• látky se odlišují strukturou, která určuje jejich
vlastnosti
obr. č.2 Látky
Skupenství látek
•
•
•
•
plynné
kapalné
pevné
plazma
= soustava elektricky nabitých částic (iontů, volných
elektronů) a neutrálních částic (atomů, molekul).
Při vysokých teplotách dochází k vytržení elektronu
z obalu  plazma je tvořena ionty a volnými elektrony.
Plynné látky
• mají částice daleko od sebe
• mezi částicemi nejsou prakticky žádné interakce
(nejsou mezi nimi téměř žádné síly)
• částice plynu se mohou volně a chaoticky
pohybovat prostorem
• plyn nemá stálý tvar ani objem
obr. č.3 Plyn
Kapalné látky
• mají částice blíž u sebe
• částice se navzájem přitahují (působí mezi nimi
přitažlivé síly)
• částice v kapalině se pohybují pomaleji než částice v
plynu
• kapaliny mají stálý objem, ale mohou měnit tvar
podle tvaru nádoby
obr. č.4 Kapalina
Pevné látky
• mají částice blízko u sebe
• působí na ně jak přitažlivé tak odpudivé síly
• částice v pevných látkách se pohybují velmi málo
(pouze vibrují na místě)
• pevná látka má stálý tvar i objem
obr. č.5 Pevná látka
Formy plazmy
• blesk
• plamen
• polární záře
• plazma hvězd
• sluneční vítr
• mlhoviny
• uvnitř zářivek a tzv. neonů
obr.č. 6 Polární záře
Přeměny skupenství
• každé skupenství je ovlivněno vnějšími vlivy a
velikostí soudržných sil mezi částicemi
•
•
•
•
•
•
tání
pevné s.
tuhnutí
kapalina
kondenzace plyn
vypařování
kapalina
sublimace
pevné s.
desublimace plyn
kapalina
pevné s.
kapalina
plyn
plyn
pevné s.
Přeměny skupenství
obr.č. 7 Přeměny skupenství
ÚKOL - sublimace
Zhlédni video na webové stránce:
http://www.youtube.com/watch?v=NpZA79BHODM
&feature=player_embedded
a vyhledej látky, které mají schopnost sublimovat.
Chemicky čistá látka
• je tvořena atomy, ionty nebo molekulami jen
jednoho druhu (př. Au, S, CO2, Ca(CO3)2,.....)
• má stálé charakteristické vlastnosti (tt, tv,.....)
obr.č. 8 Zlato
obr.č.9 Vápenec
Prvek
• chemicky čistá látka, která je složena z atomů se
stejným protonovým číslem
• nesloučené atomy (př. vzácné plyny,.....)
obr.č.10 Helium
• molekuly (př. H2,.....)
• vázané v krystalové struktuře
(př. C jako diamant nebo grafit)
obr.č.11 Vodík
obr.č.12 Diamant
obr.č.13 Grafit
Charakteristiky prvku v PSP
obr.č.14 Popis prvku v PSP
Prvek
• NUKLID – prvek složený z atomů se stejným A i Z
(př. 612C) (stejné N)
• IZOTOP - prvek složený z atomů s různým A a stejným Z
(11H, 12H, 13H) (různé N)
• IZOBAR – nuklidy různých prvků, stejné A a různé Z
(3478Se, 3678Kr) (různé N)
• IZOTON - nuklidy různých prvků, různé A i Z, ale shodují
se v N (54136Xe, 56138Ba →N = 82)
Sloučenina
• chemicky čistá látka složená z molekul stejného
druhu
• vzniká chemickou reakcí dvou a více prvků nebo
jiných sloučenin
• má odlišné vlastnosti než výchozí látky
obr.č.16 Voda
obr.č.15 Sloučenina - voda
Částice chemické látky
ATOM
AX
Z
• skládá se z jádra a obalu
A=Z+N
obr.č.17 Atom
Z – protonové číslo (počet protonů p+ v jádře a zároveň
počet elektronů e- v elektronovém obalu)
A - nukleonové číslo (počet nukleonů = počet protonů
p+ a neutronů n0 v jádře)
N – neutronové číslo (počet neutronů n0 v jádře)
Částice chemické látky
ION
• částice chemické látky s elektrickým nábojem
• kation +......počet p+ > počet e• anion - ......počet p+ < počet e-
obr.č.18 Vznik kationtu
obr.č.19 Vznik aniontu
Vznik iontů
• Ionizační energie – nutná ke vzniku kationtu
• Elektronová afinita – energie přeměny na
anion
• Úkol
Kde v PSP se nacházejí prvky s vysokou
hodnotou ionizační energie nebo elektronové
afinity?
Částice chemické látky
MOLEKULA
• částice chemické látky vzniklá sloučením dvou nebo
více atomů či iontů
obr.č 20. Molekula kyseliny sírové
Směs
• soustava složená z dvou nebo více látek (složek)
• soustavy látek složené z různých částic (atomů,
molekul, iontů), které lze oddělit fyzikálně
chemickými metodami
• poměr složek lze měnit
obr. č.21 Směs koření
Třídění podle velikosti částic
• homogenní (roztoky)
• koloidní (nepravé roztoky)
• heterogenní (směsi)
10-9m
10-7m
Třídění směsí podle velikosti částic
Homogenní (stejnorodé) – velikost částic je menší než 10-9 m
= směs plynů, roztoky (manganistan draselný ve vodě),
má ve všech částech stejné vlastnosti
Koloidní (nepravé roztoky) - velikost částic je větší než 10-9 a menší
než 10-7 m (vaječný bílek ve vodě, krev)
Heterogenní (různorodé) – směsi, částice větší než 10-7 m
skládá se ze dvou či více homogenních oblastí = fází
• Fáze – homogenní část soustavy, oddělená od ostatních částí
rozhranním, na němž se vlastnosti mění skokem
obr. č.22 Roztok modré skalice
obr. č.23 Koloidní směs - mléko
obr. č.24 Koloidní směs - krev
obr. č.26 Žula
obr. č.25 Koloidní směs – vaječný bílek
Homogenní soustavy
• zvláštním druhem jsou disperzní soustavy
• dispergovat = rozptýlit
• částice nejsou rozpuštěny, ale rozptýleny
Typy
• Emulze - kapalina v kapalině, např. olej ve vodě
• Suspenze - pevná látka v kapalině, např. písek ve vodě, tuhý pudr
• Pěna - plyn v kapalině, např. pěnové tužidlo
• Tuhá pěna (inkluze) - plyn v pevné látce, např. pemza
• Aerosol - 1) mlha - kapalina v plynu
2) dým - pevná látka v plynu
3) kouř - kapičky kapaliny a částečky pevné látky v plynu
obr. č.29 Emulze – olej a voda
obr. č.27 Suspenze škrobu
obr. č.28 Injekční suspenze
obr. č.30 Pěna - pivo
obr. č.31 Pěna - matrace
obr. č.32 Pevná pěna - pemza
obr. č.34 Dým
obr. č.35 Kouř
obr. č.33 Aerosol
obr. č.36 Mlha
Dělení roztoků
•
•
•
•
podle skupenství:
plynný - plyn v plynu
kapalný - kapalina v kapalině
pevný (slitiny) - pevná látka v pevné látce
• podle charakteru rozpuštěné látky:
• pravé (krystaloidní)
• nepravé (koloidní)
•
•
•
•
podle poměru složek:
nenasycené – přebytek rozpouštědla
nasycené – za daných podmínek se více látky nerozpustí
přesycené – nadbytek rozpouštěné látky
Metody dělení směsí
• DESTILACE - oddělování kapalných složek na základě
rozdílných teplot varu
•
•
•
•
vodní parou (za nižší teploty než je tv)
vakuová (za sníženého tlaku)
tlaková (za zvýšeného tlaku)
frakční (za určitého teplotního rozmezí vznikají jednotlivé
frakce)
• kontinuální (rektifikace) (vícenásobná kondenzace a odpaření)
Destilace
obr. č.37 Destilační aparatura
Metody dělení směsí
• FILTRACE - oddělování pevných a kapalných složek
na základě rozdílných velikostí částic těchto složek
obr. č.38 Filtrační aparatura
Metody dělení směsí
• EXTRAKCE - vyluhování, založeno na rozdílné
rozpustnosti složek směsi v různých rozpouštědlech,
požadovaná složka se uvolní rozpuštěním
obr. č.39 Extrakce
Metody dělení směsí
• KRYSTALIZACE - oddělování složek směsi, které tvoří
v roztocích krystaly, založena na rozdílné rozpustnosti
krystalických látek za vyšší či nižší teploty;
a) volná krystalizace. (roztok se nechá pozvolna zchladnout
→ velké krystaly)
b) rušená krystalizace. ( roztok se
ochladí → malé krystalky)
obr. č.40 Krystalizace
prudce
Metody dělení směsí
• USAZOVÁNÍ (Dekantace) – je metoda oddělování
kapaliny od pevné látky opatrným slitím kapaliny, zatímco
pevná látka zůstane usazená na dně nádoby. V nádobě
většinou zůstane část rozpouštědla, zatímco část sedimentu z
nádoby spolu s rozpouštědlem odteče.
obr. č.41 Dekantace
obr. č.42 Dekantace - schema
Metody dělení směsí
• ODSTŘEĎOVÁNÍ - oddělování nerozpuštěných
složek na základě různé hustoty s využitím odstředivé
síly
obr. č.43 Odstředivka
Metody dělení směsí
• SUBLIMACE - u látek, kt. přecházejí při zahřívání z
pevného skupenství rovnou do plynného (I2, naftalen)
obr. č.44 Sublimace jodu
Metody dělení směsí
• CHROMATOGRAFIE - směs je pozvolna unášena
rozpouštědlem po vrstvě papíru či sloupcem jiného materiálu.
Jednotlivé složky mají různou velikost částic a na papír či jiný
materiál se vážou různě pevně, a proto jsou unášeny různou
rychlostí. Tím se od sebe vzdalují a tak se oddělují.
obr. č.45 Chromatografie
Princip chromatografie
klikněte pro start
dávkování
vzorku
kolona
mobilní fáze
detektor
vzorek
složka 1 – je méně zadržována, pohybuje se rychleji
složka 2 – je více zadržována, pohybuje se pomaleji
obr.č.46 Princip chromatografie
ÚKOL
S využitím webové stránky
http://www.youtube.com/watch?v=FLh-pHDVoJc
http://www.chem-toddler.com/separationtechniques/chromatography.html
http://www.youtube.com/watch?v=IRZ4lHEe1DI&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=jX_REpsR2SM
http://www.youtube.com/watch?v=77lHiEIDa7c&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=nRg5UNwjQEc
popište princip chromatografie
Charakteristika látek
•
•
•
•
•
Hmotnosti atomů a molekul
Látkové množství
Molární hmotnost
Molární objem
Látková koncentrace
Atomová hmotnostní jednotka (u)
• slouží k vyjádření hmotnosti atomů a molekul
• vedlejší jednotka
• definována vztahem:
mu = 1,66.10-27kg
Atomová hmotnostní konstanta (mu)
• udává 1/12 skutečné hmotnosti nuklidu 12C
mu = 1,66.10-27kg =
m(12C)/12
= 1u
Relativní atomová hmotnost
Ar(X)
• poměr skutečné hmotnosti atomu k atomové hmotnostní
konstantě mu,
• bezrozměrné číslo,
• udává kolikrát je hmotnost atomu větší než 1/12
atomové hmotnosti 12 C,
• najdeme v tabulce
Ar (X) = m(X)/mu
m(X) = ma =
hmotnost atomu
Příklad
• Vypočti hmotnost atomu Cu, je-li známa
relativní atomová hmotnost Cu :
Ar (Cu) = 63,54
Ar (Cu) = m/ mu
mu = 1,66.10-27kg 
m = Ar (Cu) . mu
m =?
m = 63,54 . 1,66 . 10 –27 = 1,055 . 10 –25kg
Relativní molekulová hmotnost Mr(Y)
• součet Ar všech atomů v molekule
• poměr skutečné hmotnosti molekuly k atomové
hmotnostní konstantě mu
Mr (Y) = m(Y)/mu
m(Y) = mm = hmotnost molekuly
Příklad
Vypočti Mr (H2SO4), je-li
Mr (H) = 1,008,
Mr (S) = 32,06,
Mr (O) = 15,999
Mr (H2SO4) = 1,008 . 2 + 32,04 + 15,999 . 4 = 2,016 +
32,04 + 63, 996 = 98,052
Látkové množství (n)
• Definice: Soustava, která obsahuje tolik částic (atomů,
molekul, iontů), kolik je atomů v 12g nuklidu uhlíku 126C,
má látkové množství 1 mol.
• 1 mol – udává stejný počet částic jako je atomů v 12g 12C
n = N/NA
N – skutečný počet částic
NA – Avogadrova konstanta
(počet částic v 1mol látky)
NA = 6,022. 1023 mol-1
Příklad
• Vypočti jaké látkové množství představuje
3,0115 . 10 23 atomu vodíku.
n = N/NA
n = 3,0115 . 10 23 / 6,023. 1023 mol-1
n = 0,5 mol
Příklad
Jaký počet molekul představuje 10 molů CO2?
n = N/NA  N = n . NA
N = 10 . 6,023. 1023 =
6,023. 1024 molekul
Molární veličiny
• všechny veličiny vztažené na jednotkové
látkové množství:
•
•
•
•
Molární hmotnost
Molární objem
Molární zlomek
Látková koncentrace
Molární hmotnost M
• udává hmotnost jednoho molu
• až na jednotku se shoduje s relativní mol. hmotností Mr
• Molární hmotnost prvku je hmotnost jeho 6,022. 1023
atomů
M = m/n
m = n.M
• jednotka:
n = m/M
g/mol
(kg/mol )
ÚKOL
Kdy bude v určitém množství prvku právě 1 mol
atomů?
Když navážíme tolik gramů látky, kolik
odpovídá její molární hmotnosti.
Pokud m = M pak n = m/M tedy 1
Molární objem Vm
• objem, který zaujímá 1 mol určité látky za dané teploty a
tlaku
• jednotka: dm3 (l)/mol
Vm= V/n
• Standardní (normální) molární objem plynu
= objem 1 mol plynu za normálních podmínek, tj.
t = 0°C, a p = 101325Pa 
Vm = 22,4 dm3 (l)/mol
Příklad
Kyslík o hmotnosti 5 kg má při t = 0°C a tlaku 0,1 MPa
objem 3,54 m3. Určete molární objem kyslíku.
m = 5 kg, V = 3,54 m3 Vm =?
Vm = V/n
n = m/M  Vm = V . M/m
Vm = 3,54 . 31,998/5
Vm = 22,65484 m3
Molární zlomek x (složky A)
x(A) = n(A)/n
• n = látkové množství celé směsi
• n = n(A) + n(B)+n(C)+…
• Součet molárních zlomků všech složek směsi
se rovná jedné
Látková koncentrace
(koncentrace látkového množství)
• látkové množství látky A v jednotkovém
objemu koncentrace složky A
c(A) = nA/V
mol/dm3
Použité informační zdroje
obrázky č.[1] – autor Yvona Pufferová
[2] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.bio-life.cz/clanky/zdravi-a-krasa/a-jaketoxiny-z-tela-muzeme-odstranit---2-cast.html
[3,4,5] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.zschemie.euweb.cz/latky/latky14.html
[6] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://tapety.superhry.cz/krajiny/polarni-zare/
[7] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.zschemie.euweb.cz/latky/latky15.html
[8] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://nevada-outbackgems.com/prospect/gold_specimen/Natural_gold2.htm
[9] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://cs.wikipedia.org/wiki/Uhli%C4%8Ditan_v%C3%A1penat%C3%BD
[10] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.zschemie.euweb.cz/plyny/vzacne_plyny3.html
[11] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.zschemie.euweb.cz/vodik/vodik5.html
[12, 13] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.zschemie.euweb.cz/uhlik/uhlik2.html
[14] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://periodic.sweb.cz/tisk.htm
[15] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://mail.zsebenese.opava.cz/tabulka/h.html
[16] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.nazeleno.cz/bio/zdrava-vyziva-2/balenavoda-v-testu-neobstala-pijte-vodu-z-kohoutku.aspx
Použité informační zdroje
[17] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://vyuka.jmzstrinec.cz/attachments/article/278/VY_32_INOVACE_05_CH1-06.pdf
[18,19] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.vyukovematerialy.cz/chemie/rocnik8/prv02.htm
[20] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://fuckticky.blog.cz/0702/to-byl-den
[21] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.progast.cz/masny-prumysl/moguntiainternational/
[22] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.vyukovematerialy.cz/chemie/rocnik8/smes02.htm
[23] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Ml%C3%A9ko
[24] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.gamepark.cz/krev_681456.htm
[25] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/B%C3%ADlek
[26] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.zschemie.euweb.cz/smesi/smesi2.html
[27] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://vedaumendiku.blog.cz/0802/skrob
[28] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.cymedica.com/www/cz/produkty/synulox-rtu/
[29] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://pdf.uhk.cz/kch_old/diplomka/Myti.htm
Použité informační zdroje
[30] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.abality.com/zajimavosti/proc-je-pivnipena-bila.html
[31] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.vseprospani.cz/vseprospani/eshop/21-MATRACE/13-3-studena-HR-pena/
[32] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.kosmetika-vitaminy.cz/koupelnovedoplnky/prirodni-pemza/prirodni-vulkanicka-pemza-vejce-723.html
[33] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://earth911.com/news/2009/06/16/japanreleases-new-process-to-recycle-aerosols/
[34] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://www.novinky.cz/krimi/117917-v-uherskembrodu-hori-tisice-tun-pneumatik.html
[35] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://mymindmatters.ie/2012/04/smoking/up-insmoke/
[36] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://mimistoes.blogspot.cz/2011/04/waiting-onfog-to-lift.html
[37] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.zsrynovice.cz/chemie/uvod/dlen_sms.html
[38] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.ped.muni.cz/wchem/sm/hc/labtech/pages/filtrace_op.html
[39] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://jaknakavu.eu/espresso/dotaznik-kolikminut-ubehlo-od-extrakce-napoje-na-fotce/
Použité informační zdroje
[40] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.chemweb.estranky.cz/fotoalbum/krystalizace/pentahydrat-siranumednateho/photos-006.jpg.html
[41,42] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.ped.muni.cz/wchem/sm/hc/labtech/pages/dekantace.html
[43] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.kralupy.cz/dg/www2/stranky/chemie/odstredovani.htm
[44] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z http://zmeny-
skupenstvi.euweb.cz/sublimace.html
[45] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://www.studiumchemie.cz/pokus.php?id=45
[46] [online]. [cit. 2012-08-17]. Dostupné z
http://chemie.jiriurban.cz/index.php?docs&file=1
Literatura
• MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie pro čtyřletá gymnázia. Olomouc:
Nakladatelství Olomouc, 2002. ISBN 80-7182-055-5.
• VACÍK, Jiří. Přehled středoškolské chemie. Praha: Státní pedagogické
nakladatelství Praha, 1990. ISBN 80-04-26388-7.
Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační
číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A
FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO
V HAVÍŘOVĚ“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a
státním rozpočtem České republiky.