Најважније из лекције
Водоник и кисеоник: Елементи који спајањем граде воду (\(2\text{H}_2 + \text{O}_2 \to 2\text{H}_2\text{O}\)). Водоник је лак и запаљив гас, а кисеоник подржава горење и неопходан је за дисање.
Оксиди: Оксиди метала са водом граде хидроксиде (\(\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \to \text{Ca(OH)}_2\)), док оксиди неметала са водом граде киселине (\(\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \to \text{H}_2\text{SO}_4\)).
Базе (хидроксиди): Дисоцијацијом у води дају искључиво хидроксидне јоне (\(\text{OH}^-\)). Боје лакмус у плаво, а метил-оранж у жуто.
Киселине: Дисоцијацијом у води дају искључиво јоне водоника (\(\text{H}^+\)). Боје лакмус у црвено, а метил-оранж у црвено.
Соли: Једињења настала реакцијом неутрализације (\(\text{база} + \text{киселина} \to \text{со} + \text{вода}\)), састављена од катјона метала и анјона киселинског остатка.
\(\text{pH}\) вредност: Мера киселости на скали од 0 до 14 (\(\text{pH} < 7\) кисело, \(\text{pH} = 7\) неутрално, \(\text{pH} > 7\) базно).
Оксиди: Оксиди метала са водом граде хидроксиде (\(\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \to \text{Ca(OH)}_2\)), док оксиди неметала са водом граде киселине (\(\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \to \text{H}_2\text{SO}_4\)).
Базе (хидроксиди): Дисоцијацијом у води дају искључиво хидроксидне јоне (\(\text{OH}^-\)). Боје лакмус у плаво, а метил-оранж у жуто.
Киселине: Дисоцијацијом у води дају искључиво јоне водоника (\(\text{H}^+\)). Боје лакмус у црвено, а метил-оранж у црвено.
Соли: Једињења настала реакцијом неутрализације (\(\text{база} + \text{киселина} \to \text{со} + \text{вода}\)), састављена од катјона метала и анјона киселинског остатка.
\(\text{pH}\) вредност: Мера киселости на скали од 0 до 14 (\(\text{pH} < 7\) кисело, \(\text{pH} = 7\) неутрално, \(\text{pH} > 7\) базно).
Водоник (\(\text{H}_2\)) је најзаступљенији хемијски елемент у свемиру. На собној температури је гас без боје, мириса и укуса, има најмању густину од свих гасова и слабо се раствара у води.
Кисеоник (\(\text{O}_2\)) је најзаступљенији хемијски елемент на Земљи (у ваздуху, води и земљиној кори). Гас је без боје, мириса и укуса, слабо растворљив у води и неопходан за дисање живих бића. Постоји и у облику озона (\(\text{O}_3\)), који штити Земљу од штетног космичког зрачења.
\[ 2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{електрична струја}} 2\text{H}_2 + \text{O}_2 \quad (\text{електролиза воде}) \]
\[ 2\text{H}_2 + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{H}_2\text{O} \quad (\text{сагоревање водоника}) \]
Смеша водоника и кисеоника у запреминском односу \(2 : 1\) назива се праскави гас јер при паљењу експлодира уз прасак.
Хемијска својства:
- Водоник је запаљив и сагорева градећи воду. Са металима и неметалима гради хидриде.
- Кисеоник не гори, али подржава горење. Једињењење супстанци са кисеоником је оксидација (бурна оксидација је сагоревање, а спора је рђање). Кисеоник са елементима гради оксиде.
Водоник се користи као ракетно гориво и за заваривање метала. Кисеоник се користи у медицини и роњењу (боце за дисање), за сагоревање, сечење и аутогено заваривање метала.
Зашто се водоник и кисеоник приликом лабораторијског добијања могу сакупљати у преврнутој епрувети изнад воде?
Зато што се и водоник и кисеоник слабо растварају у води, па пролазе кроз њу у виду мехурића и истискују воду из епрувете.
Оксиди су бинарна једињења кисеоника са другим хемијским елементима (металима или неметалима).
\[ 4\text{Li} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{Li}_2\text{O} \quad (\text{литијум-оксид}) \]
\[ \text{S} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{SO}_2 \quad (\text{сумпор(IV)-оксид}) \]
\[ 2\text{SO}_2 + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{SO}_3 \quad (\text{сумпор(VI)-оксид}) \]
Реакције оксида са водом:
- Оксиди метала (посебно алкалних и земноалкалних) у реакцији са водом граде хидроксиде (базе): \[ \text{Na}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{NaOH} \] \[ \text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Ca(OH)}_2 \]
- Оксиди неметала у реакцији са водом граде киселине: \[ \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}_2\text{CO}_3 \quad (\text{угљена киселина}) \] \[ \text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}_2\text{SO}_4 \quad (\text{сумпорна киселина}) \]
Разврстај оксиде \(\text{MgO}, \text{SO}_2, \text{K}_2\text{O}, \text{N}_2\text{O}_5\) на оне који са водом дају базе и оне који са водом дају киселине.
- Дају базе (оксиди метала): \(\text{MgO}\) (магнезијум-оксид) и \(\text{K}_2\text{O}\) (калијум-оксид).
- Дају киселине (оксиди неметала): \(\text{SO}_2\) (сумпор(IV)-оксид) и \(\text{N}_2\text{O}_5\) (азот(V)-оксид).
Хидроксиди су неорганска једињења изграђена од атома метала и хидроксидних група (\(\text{OH}\)).
Базе су супстанце које при електролитичкој дисоцијацији у води као негативне јоне дају искључиво хидроксидне јоне (\(\text{OH}^-\)).
\[ \text{NaOH} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
\[ \text{Ca(OH)}_2 \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Ca}^{2+} + 2\text{OH}^- \]
\[ \text{Ba(OH)}_2 \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Ba}^{2+} + 2\text{OH}^- \]
Деловање база на индикаторе:
- Црвена лакмус хартија у базном раствору мења боју у плаву.
- Индикатор метил-оранж у базном раствору постаје жут.
Напиши једначину електролитичке дисоцијације калијум-хидроксида (\(\text{KOH}\)) у води.
\[ \text{KOH} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{K}^+ + \text{OH}^- \]
Киселине су супстанце које у свом саставу садрже водоник и киселински остатак. При електролитичкој дисоцијацији у води као позитивне јоне дају искључиво јоне водоника (\(\text{H}^+\)).
Киселине се деле на:
- Бескисеоничне киселине (не садрже кисеоник, нпр. \(\text{HCl}\)).
- Кисеоничне киселине (садрже кисеоник, нпр. \(\text{HNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4, \text{H}_2\text{CO}_3, \text{H}_3\text{PO}_4\)).
\[ \text{HCl} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
\[ \text{HNO}_3 \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]
\[ \text{H}_2\text{SO}_4 \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} 2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-} \]
\[ \text{H}_3\text{PO}_4 \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} 3\text{H}^+ + \text{PO}_4^{3-} \]
Важније киселине и њихови киселински остаци:
\[
\begin{array}{|c|c|c|c|}
\hline
\textbf{Формула киселине} & \textbf{Назив киселине} & \textbf{Јон остатка} & \textbf{Назив анјона} \\
\hline
\text{HCl} & \text{хлороводонична} & \text{Cl}^- & \text{хлоридни јон} \\
\hline
\text{HNO}_3 & \text{азотна} & \text{NO}_3^- & \text{нитратни јон} \\
\hline
\text{H}_2\text{SO}_4 & \text{сумпорна} & \text{SO}_4^{2-} & \text{сулфатни јон} \\
\hline
\text{H}_2\text{CO}_3 & \text{угљена} & \text{CO}_3^{2-} & \text{карбонатни јон} \\
\hline
\text{H}_3\text{PO}_4 & \text{фосфорна} & \text{PO}_4^{3-} & \text{фосфатни јон} \\
\hline
\end{array}
\]
Деловање киселина на индикаторе:
- Плава лакмус хартија у киселом раствору мења боју у црвену.
- Индикатор метил-оранж у киселом раствору добија црвену боју.
Колико јона водоника (\(\text{H}^+\)) настаје дисоцијацијом једног молекула угљене киселине (\(\text{H}_2\text{CO}_3\)) и како гласи формула насталог анјона?
Дисоцијацијом једног молекула \(\text{H}_2\text{CO}_3\) настају два јона водоника (\(2\text{H}^+\)) и један карбонатни јон (\(\text{CO}_3^{2-}\)).
Соли су једињења најчешће изграђена од катјона метала (или амонијум-јона \(\text{NH}_4^+\)) и анјона киселинског остатка.
Састављање формула и назива соли:
- Назив соли се образује тако што се прво наведе назив метала (са валенцом у загради ако је променљива), а затим назив киселинског остатка (нпр. \( \text{FeSO}_4 \) је гвожђе(II)-сулфат, а \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) је гвожђе(III)-сулфат).
- У формули соли укупно позитивно наелектрисање једнако је укупном негативном наелектрисању: за \(\text{Al}^{3+}\) и \(\text{SO}_4^{2-}\) формула је \(\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\).
\[ \text{база} + \text{киселина} \longrightarrow \text{со} + \text{вода} \quad (\textbf{реакција неутрализације}) \]
\[ \text{NaOH} + \text{HCl} \longrightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} \]
\[ 2\text{NaOH} + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \quad (\text{потпуна неутрализација}) \]
\[ \text{NaOH} + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{NaHSO}_4 + \text{H}_2\text{O} \quad (\text{непотпуна неутрализација}) \]
Електролитичка дисоцијација соли:
\[ \text{NaCl} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^+ + \text{Cl}^- \]
\[ \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} 2\text{Al}^{3+} + 3\text{SO}_4^{2-} \]
\[ \text{NH}_4\text{Cl} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{NH}_4^+ + \text{Cl}^- \]
Напиши једначину реакције потпуне неутрализације између калцијум-хидроксида и хлороводоничне киселине и именуј насталу со.
\[ \text{Ca(OH)}_2 + 2\text{HCl} \longrightarrow \text{CaCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \]
Настала со је калцијум-хлорид (\(\text{CaCl}_2\)).
Киселост и базност раствора зависи од односа концентрације позитивних јона водоника (\(\text{H}^+\)) и негативних хидроксидних јона (\(\text{OH}^-\)):
- Кисео раствор: Количина \(\text{H}^+ >\) Количина \(\text{OH}^-\) (\(\text{pH} < 7\))
- Неутралан раствор: Количина \(\text{H}^+ =\) Количина \(\text{OH}^-\) (\(\text{pH} = 7\))
- Базан раствор: Количина \(\text{H}^+ <\) Количина \(\text{OH}^-\) (\(\text{pH} > 7\))
Скала \(\text{pH}\) вредности (од 0 до 14):
- Што је \(\text{pH}\) вредност мања од 7, раствор је киселији (јаке киселине имају \(\text{pH} \approx 0 - 2\)).
- Вредност \(\text{pH} = 7\) представља неутралну средину (нпр. хемијски чиста вода).
- Што је \(\text{pH}\) вредност већа од 7, раствор је базнији (јаке базе имају \(\text{pH} \approx 12 - 14\)).
Мерење \(\text{pH}\) вредности: Приближно се одређује помоћу универзалне индикаторске хартије или природних индикатора (сок црвеног купуса, цвекле), а прецизно помоћу инструмента који се зове \(\text{pH}\)-метар.
Раствор сока од лимуна има \(\text{pH} = 2,5\), а раствор сапунице \(\text{pH} = 9\). Каквог су карактера ови раствори?
Сок од лимуна је кисео раствор (јер је \(\text{pH} < 7\)), док је раствор сапунице базан раствор (јер је \(\text{pH} > 7\)).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Разврстај следеће супстанце на оксиде, киселине, базе и соли:
\[ \text{KOH}, \quad \text{H}_2\text{SO}_4, \quad \text{CaO}, \quad \text{KNO}_3, \quad \text{SO}_2, \quad \text{Al(OH)}_3, \quad \text{NaCl}, \quad \text{HNO}_3 \]
- Оксиди: \(\text{CaO}\) (оксид метала), \(\text{SO}_2\) (оксид неметала)
- Киселине: \(\text{H}_2\text{SO}_4\) (сумпорна), \(\text{HNO}_3\) (азотна)
- Базе (хидроксиди): \(\text{KOH}\) (калијум-хидроксид), \(\text{Al(OH)}_3\) (алуминијум-хидроксид)
- Соли: \(\text{KNO}_3\) (калијум-нитрат), \(\text{NaCl}\) (натријум-хлорид)
Задатак 2 (средњи): Напиши једначине електролитичке дисоцијације у води за следећа једињења:
а) Баријум-хидроксид: \(\text{Ba(OH)}_2\)
б) Фосфорна киселина: \(\text{H}_3\text{PO}_4\)
в) Натријум-сулфат: \(\text{Na}_2\text{SO}_4\)
а) Баријум-хидроксид: \(\text{Ba(OH)}_2\)
б) Фосфорна киселина: \(\text{H}_3\text{PO}_4\)
в) Натријум-сулфат: \(\text{Na}_2\text{SO}_4\)
\[ \text{а) } \text{Ba(OH)}_2 \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Ba}^{2+} + 2\text{OH}^- \]
\[ \text{б) } \text{H}_3\text{PO}_4 \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} 3\text{H}^+ + \text{PO}_4^{3-} \]
\[ \text{в) } \text{Na}_2\text{SO}_4 \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} 2\text{Na}^+ + \text{SO}_4^{2-} \]
Задатак 3 (средњи): Напиши једначину реакције потпуне неутрализације којом се добија со калијум-сулфат (\(\text{K}_2\text{SO}_4\)) полазећи од одговарајуће базе и киселине.
За добијање калијум-сулфата потребни су калијум-хидроксид (\(\text{KOH}\)) и сумпорна киселина (\(\text{H}_2\text{SO}_4\)):
\[ 2\text{KOH} + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{K}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \]
Задатак 4 (тежак): У четири неозначене епрувете налазе се водени раствори: \(\text{HCl}\), \(\text{NaOH}\), \(\text{NaCl}\) и чиста вода (\(\text{H}_2\text{O}\)).
а) Како ће метил-оранж и лакмус хартија реаговати у растворима \(\text{HCl}\) и \(\text{NaOH}\)?
б) Који од ових раствора има \(\text{pH} = 7\), а који \(\text{pH} < 7\)?
в) Шта настаје када помешамо једнаке запремине и концентрације раствора \(\text{HCl}\) и \(\text{NaOH}\)?
а) Како ће метил-оранж и лакмус хартија реаговати у растворима \(\text{HCl}\) и \(\text{NaOH}\)?
б) Који од ових раствора има \(\text{pH} = 7\), а који \(\text{pH} < 7\)?
в) Шта настаје када помешамо једнаке запремине и концентрације раствора \(\text{HCl}\) и \(\text{NaOH}\)?
а)
в) Одиграва се реакција потпуне неутрализације: \[ \text{NaOH} + \text{HCl} \longrightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} \] Настаје неутралан водени раствор натријум-хлорида (соли).
- У раствору \(\text{HCl}\) (киселина): плава лакмус хартија постаје црвена, а метил-оранж постаје црвен.
- У раствору \(\text{NaOH}\) (база): црвена лакмус хартија постаје плава, а метил-оранж постаје жут.
в) Одиграва се реакција потпуне неутрализације: \[ \text{NaOH} + \text{HCl} \longrightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} \] Настаје неутралан водени раствор натријум-хлорида (соли).
