Reakcija alkalnih metala sa vodom

Metali

Metali

Od ukupno 118 hemijskih elemenata, najbrojnija vrsta hemijskih elemenata u tablici PSE  jesu metali. Metali imaju karakteristična svojstva po kojima se znatno razlikuju od ostalih elemenata. Pojedini metali su ljudima poznati od davnina (po primeni i po osobinama), tako da su dve epohe u razvoju čovečanstva dobile naziv po metalima, gvozdeno i bronzano doba.

Slika 1. Periodni sistem elemenata

U prirodi se neki metali mogu pronaći u elemetarnom stanju, a to su Au, Cu, Hg, Ag i meteorsko Fe. Ostali metali su zastupljeni u obliku različitih jedinjenja, minerala ili ruda odakle se mogu dobiti odgovarajućim tehnološkim operacijama. Najzastupljeniji metal u Zemljinoj kori jeste aluminijum (nalazi se na trećem mestu posle kiseonika i silicijuma).

Slika 2.  Raprostranjenost elemenata u Zemljinoj kori

 Jedinjenja metala nalaze se i u živim bićima:

-          u telesnim tečnostima (joni Na i K)

-          u kostima čoveka (jon Ca)

-          u hemoglobinu (jon Fe)

-          u hlorofilu (jon Mg)

U odnosu na karakteristične zajedničke osobine i u odnosu na položaj u PSE, metali se mogu podeliti u grupe:

- Alkalni metali (Li, Na, K, Rb, Cs i Fr) Ia (1) grupa

Slika 2. Alkalni metali

- Zemnoalkalni metali (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) IIa (2) grupa

Slika 3. Zemnoalkalni metali 

- Prelazni metali od IIIb (3) do IIb (12) grupe ( izvedena serija lantanoida i aktinoida)

Fizička svojstva metala

-          Svi metali su pri normalnim uslovima čvrstog agregatnog stanja, izuzev žive koja je tečna (problem sa Ga sa temperaturom topljenja od 29,76 ⁰C)

Slika 4. Ga

Slika 5. Hg

-          Svi metali su srebrnastosive boje, izuzev zlata koje je žuto i bakra koji je crven

Slika 6. Cu

Slika 7. Au

-          Dobri su provodnici toplote i elektriciteta

Slika 8. Ag

-          Imaju karakterističan sjaj

Slika 9. Na

-          Neki metali poseduju magnetna svojstva (Fe, Co i Ni, trijada gvožđa)

Slika 10. Co

Slika 11. Fe

Slika 12. Ni

-          Razlikuju se po tvrdoći (alkalni i zemnoalkalni metali su toliko meki da se mogu seći nožem)

-          Karakteristično svojstvo većine metala je kovnost, savitljivost i rastegljivost

Hemijska svojstva metala

Metali se razlikuju i po reaktivnosti. Najreaktivniji metali se nalaze na početku PSE, a to su alkalni metali. Zbog svoje velike reaktivnosti, u prirodi se ne nalaze u slobodnom stanju. Reaktvnost metala se u grupi povećava, a duž periode se smanjuje. Sa nemetalima reaguju gradeći jonska jedinjenja. 

Slika 13. Kristalna rešetka NaCl

Slika 14. Reaktivnost metala

Od nemetala do kiselina

Od nemetala do kiselina

Iz dosadašnjih predavanja smo videli da je glavna hemijska karakteristika (osobina)  nemetala ta da grade kiseline.

Oksidacijom nemetala nastaje oksid (kiseli oksid ili anhidrid kiseline) koji reakcijom sa vodom gradi kiselinu. Prema hemijskom sastavu, sve kiseline se mogu podeliti na kiseonične (na primer H₂SO₄, sumporna kiselina, HNO₃, azotna kiselina…) i bezkiseonične (na primer HCl, hlorovodonična kiselina, H₂S, sumporvodonična kiselina….). Možemo uočiti da se molekul svake kiseline obavezno sastoji od odgovarajućeg broja atoma vodonika, atoma nemetala i u zavisnosti od činjenice da li je kiselina kiseonična ili bezkiseonična, od odgovarajućeg broja atoma kiseonika.

Naziv kiseline	Formula kiseline	Anhidrid
Hlorovodonična (hloridna)	HCl	/
Azotna (nitratna)	HNO3	N2O5
Azotasta (nitritna)	HNO2	N2O3
Sumporna (sulfatna)	H2SO4	SO3
Sumporasta (sulfitna)	H2SO3	SO2
Sumporvodonična (vodoniksulfidna)	H2S	/
Ugljena (karbonatna)	H2CO3	CO2

 *ukoliko nemetal gradi više kiselina, ona koja ima manji broj atoma kiseonika u molekulu se završava sufiksom -asta

Zajedničko svojstvo svih kiselina je da menjaju boju plave lakmus hartije u crvenu u prisustvu kiseline. Supstance koje menjaju boju u zavisnosnosti od kiselosti ili baznosti sredine se nazivaju indikatori. O indikatorima ćemo detaljnije govoriti u narednim poglavljima.

Slika 1. Dokazivanje kiseline pomoću plave lakmus hartije

Kako je danas poznat jako veliki broj različitih kiselina, one mogu biti tečne, a neke su čvrstog agregatnog stanja. 

Slika 2. Azotna kiselina

Slika 3. Hlorovodonična kiselina

Slika 4. Sumporna kiselina

Računski zadaci za vežbanje VIII razred (nemetali)

Računski zadaci za vežbanje

Hemija VIII razred

1.      Koliko se atoma kiseonika nalazi u 200 mg ozona?

2.      Koju zapreminu (pri n.u.) zauzima 166 g ugljenik (IV) – oksida?

3.      Koliko se molekula kiseonika nalazi u 670 cm³ ovog gasa pri n.u.?

4.      Koliko dm³ vodonika nastaje reakcijom 10 g cinka sa razblaženom hlorovodoničnom kiselinom?

5.      Koliko g vodonika nastaje elektrolizom 24 •10²³ molekula vode?

6.      Koliko molova kiseonika nastaje razlaganjem 5 g kalijum – permanganata?

7.      Izračunati procentni sastav (udeo) vodonika u

a)      Amonijaku

b)      Metanu

c)      Sumpornoj kiselini

8.      Koliko će atoma azota reagovati sa vodonikom kako bi se dobilo 0,34 g amonijaka?

9.      Koliko dm³ kiseonika nastaje razlaganjem 100 g 3% rastvora vodonik – peroksida?

10.  Koliko mg sumpor – dioksida nastaje u reakciji 0,32 g sumpora sa kiseonikom?

11.  Koliko se atoma sumpora nalazi u 2,56 g sumpora na sobnoj temperaturi?

12.  Koliko g azot (V) – oksida je potrebno za dobijanje 0,5 mol azotne kiseline?

13.  Koji oksid ugljenika je dobijen ako se u reakciji sagorevanja 0,6 g ugljenika utroši 1,6 g kiseonika?

14.  Koliko g kiseonika je potrebno za oksidaciju 2,5 mol ugljen – monoksida?

15.  Brom se u prirodi nalazi u obliku svoja dva stabilna izotopa. Njhove mase su 78,92 i 80,92, a rasprostranjenost u prirodi je 50,69%, odnosno 49,31%. Kolika je relativna atomska masa broma?

16.  Izračunati masu i zapreminu 0,2 mol azota pri normalnim uslovima.

17.  Koliko se atoma kiseonika nalazi u 4 g azot (III) – oksida?

18.  Izračunati masu jednog molekula azota.

19.  Koliko se atoma vodonika nalazi u 4 g C₃H₈?

20.  Izračunati masu 1 000 cm³ kiseonika pri normalnim uslovima.

21.  Pri sagorevanju 2 g smeše koja sadrži ugljenik i sumpor nastalo je 6 g smeše gasova CO_{2 i} SO₂. Izračunati mase ugljenika i sumpora u polaznoj smeši.

22.  Izračunati masu vode koju treba ispariti iz 250 g 10% rastvora neke supstance da bi se dobio 60% rastvor?

23.  Izračunati maseni udeo rastvora sumporne kiseline koji se dobija kada se u 150 g 15% rastvora doda još 5 g ove kiseline.

24.  Koliko molekula kiseonika nastaje razlaganjem 0,5 mol živa (II) – okisda?

25.  Koliko g kiseonika je potrebno za sagorevanje 15 g sumpora ako je zapreminski udeo kiseonika u vazduhu 21%?

26.  Sa koliko g vode treba razblažiti 30% rastvor vodonik – peroksida da bi se dobilo 800 g 12% rastvora?

27.  Izračunati maseni udeo sumpora u vodonik – sulfidu.

28.  Koliko g kalcijum – hidrida nastaje u reakciji 0,1 dm³ vodonika sa kalcijumom?

29.  Koliko g sumporaste kiseline nastaje u reakciji 2,55 g sumpor – dioksida i vode?

30.  Koliko cm³ ugljen- dioksida nastaje u reakciji kalcijum – karbonata i 200 g 15 % rastvora hlorovodonične kiseline?

Poštovani učenici, ako postoji problem oko rešavanja zadataka možete me kontaktirati na blogu.

                                                                                                    Dragan Stojanović, dipl. hemičar

Ugljenik

Ugljenik

Ugljenik je hemijski element koji je poznat od davnina, još iz perioda praistorije. Naziv carboneum potiče od latinske reči i označava ugalj.

Ugljenik (C) je nemetal i nalazi se u IVa (14.) grupi i 2. periodi u Periodnom sistemu elemenata.  Podsetimo se određivanja broja elementarnih čestica u atomu ugljenika:

A=12 (maseni broj)

Z=6 (redni ili atomski broj)

N(p⁺) = N(e^-) = Z = 6

N(n⁰) = A – N(p⁺) = 12-6 = 6

Slika 1. Atom ugljenika (šematski prikaz)

  

Atom ugljenika ima četiri valentna elektrona i teži da postigne stabilnu konfiguraciju njemu najbližeg plemenitog (inertnog) gasa, a to je neon. Zbog toga atomi ugljenika formiraju zajedničke elektronske parove i grade molekule sa velikim brojem atoma. Atomi ugljenika u molekulu ugljenika mogu imati različit prostorni raspored, to jest, ugljenik se pojavljuje u vidu tri alotropske modifikacije: grafit, dijamant i fuleren (fudbalen). Fuleren je otkriven 1996. godine i sadrži 60 atoma ugljenika. Struktura mu je mnogougaona, sadrži 12 petougaonika i 20 šestougaonika. Podseća na fudbalsku loptu, otuda mu i drugi naziv fudbalen. 

Slika 2. Alotropske modifikacije ugljenika

Slika 3. Model fulerena C60

Nalaženje u prirodi i dobijanje ugljenika

Ugljenik se u Zemljinoj kori (15. po redu) može pronaći u elementranom obliku, ali ulazi i u sastva različitih vrsta ugljeva (lignit, kameni ugalj, mrki ugalj...) i stena. Kako je ugljenik biogeni element ima ga u svim živim bićima. Ugljenik je drugi po zastupljenosti u humanom organizmu, posle kiseonika. 

Slika 4. Ciklus ugljenika u prirodi

Fizičke osobine (svojstva) ugljenika

Grafit je alotropska modifikacija ugljenika, tamnosive boje, mekan i dobar provodnik toplote i elektriciteta. Za razliku od grafita, dijamant je bezbojan, velike tvrdoće i ne provodi elektricitet.

Slika 5. Dijamant

Slika 6. Grafit 

Hemijske osobine (svojstva) ugljenika

Ugljenik reaguje sa kiseonikom i može da nagradi dva oksida u zavisnosti od količine kiseonika koja je upotrebljena za sagorevanje. Nepotpunim sagorevanjem ugljenika nastaje ugljenik (II) – oksid ili ugljen – monoksid.

2C + O₂ → 2CO

To je gas, bez boje, mirisa i ukusa, lakši od vazduha i veoma otrovan (smatra se krvnim otrovom jer se vezuje za Fe iz hemoglobina). U vodi je praktično nerastvoran. Ima ga u izduvnim gasovima automobila, u dimu cigareta, kao i u dimu koji proizvode fabrike pri korišćenju fosilnih goriva.

Potpunim sagorevanjem ugljenika nastaje drugi oksid, a to je ugljenik (IV) – oksid ili ugljen – dioksid. Ugljenik (IV) –oksid je glavni reaktant u procesu fotosinteze, a nastaje procesom disanja, kao i sagorevanjem fosilnih goriva.

C + O₂ → CO₂

2CO + O₂ → 2CO₂

Povećana potrošnja fosilnih goriva i krčenje šuma dovode do povećanja koncentracije ugljen – dioksida u atmosferi. Na taj način u atmosferi se praktično formira sloj molekula ovog gasa koji upijaju toplotno zračenje, čime nastaje efekat staklene bašte. O ovom fenomenu će te učiti na časovima biologije.

Slika 7. Efekat staklene bašte

U laboratoriji se može dobiti reakcijom kalcijum – karbonata i razblažene hlorovodonične kiseline,  a prisustvo ovog gasa se može dokazati zamućivanjem krečne vode:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

Pri normalnim uslovima, ugljen – dioksid je gas, bez boje, mirisa i ukusa, teži od vazduha i nije toksičan. U  vodi se dobro ratvara i reaguje sa njom gardeći nestabilnu i slabu ugljenu (karbonatnu) kiselinu.

CO₂ + H₂O↔H₂CO₃

Slika 8. CO2

a)      Ostala jedinjenja ugljenika

Karbidi su jedinjenja ugljenika sa metalima ili sa silicijumom. Najpoznatiji je kalcijum – karbid, formule CaC₂.(Više o karbidima na časovima dodatne nastave)

Cijanidi su jedinjenja koja se mogu smatrati solima slabe cijanovodonične ili cijanidne kiseline, HCN. (Više o cijanidima na časovima dodatne nastave)

Primena ugljenika

Grafit se koristi za izradu elektroda, grafitnih olovaka i posuda za topljenje metala.

Dijamant se osim kao ukras korisiti za sečenje i brušenje stakla, u stomatologiji....

Ugljen – dioksid se primenjuje u aparatima za gašenje požara, za pravljenje gaziranih napitaka, za konzerviranje hrane, kao i za stvaranje veštačke magle.