Најважније из лекције
Појава у природи:
- Свемир: најзаступљенији је водоник (\(75\ \%\)), следе хелијум и кисеоник.
- Атмосфера: најзаступљенији је азот (\(78\ \%\ \text{vol}\)), затим кисеоник (\(21\ \%\ \text{vol}\)).
- Земљина кора и људско тело: по маси најзаступљенији је кисеоник, док је у телу други угљеник.
- Елементарно и у једињењима: кисеоник (\(\text{O}_2, \text{O}_3\)), угљеник (дијамант, графит), сумпор (вулкани), азот (\(\text{N}_2\)).
- Искључиво у једињењима: фосфор и сви халогени елементи (\(\text{F, Cl, Br, I}\)) због изразите реактивности.
Неметали су хемијски елементи који се у Периодном систему елемената налазе у горњем десном делу (14–17. група), уз изузетак водоника који се налази у 1. групи.
У неметале спадају: водоник (\(\text{H}\)), угљеник (\(\text{C}\)), азот (\(\text{N}\)), кисеоник (\(\text{O}\)), фосфор (\(\text{P}\)), сумпор (\(\text{S}\)), селен (\(\text{Se}\)) и халогени елементи: флуор (\(\text{F}\)), хлор (\(\text{Cl}\)), бром (\(\text{Br}\)) и јод (\(\text{I}\)).
Алотропија (од грч. allotropos – различитост) је појава да се исти хемијски елемент у елементарном стању јавља у више различитих облика који се називају алотропске модификације.
Алотропске модификације настају услед различитог просторног распореда атома или различитог броја атома у молекулу, због чега имају различита физичка и хемијска својства.
Примери алотропских модификација:
- Кисеоник: дикисеоник (\(\text{O}_2\)) и озон (\(\text{O}_3\)).
- Угљеник: дијамант и графит.
Шта је узрок томе што дијамант и графит имају потпуно различита физичка својства иако су изграђени од исте врсте атома?
Разлика настаје због различитог начина хемијског повезивања и различитог распореда атома угљеника у простору (различите кристалне структуре).
Водоник (\(\text{H}\)) је најзаступљенији елемент у свемиру (чини око \(75\ \%\) садржаја свемира, изграђује Сунце, звезде и планету Јупитер).
У атмосфери Земље готово да нема елементарног водоника (\(\text{H}_2\)) јер је то гас веома мале густине који лако савладава гравитацију и напушта атмосферу. На Земљи се налази углавном хемијски везан у води (\(\text{H}_2\text{O}\)) и органским једињењима живих бића.
Кисеоник (\(\text{O}\)) је трећи елемент по заступљености у свемиру, најзаступљенији елемент у Земљиној кори (у саставу стена, песка, руда и минерала) и најзаступљенији елемент у људском телу по маси.
У ваздуху се налази у елементарном стању као молекул \(\text{O}_2\), где доспева процесом фотосинтезе:
- Запремински удео кисеоника у ваздуху: \(21\ \%\)
- Масени удео кисеоника у ваздуху: \(23\ \%\)
У ком облику се кисеоник налази у води река и језера тако да рибе и други водени организми могу да га користе за дисање?
Водени организми дишу растворени елементарни кисеоник (\(\text{O}_2\)), а не кисеоник који је хемијски везан у молекулима воде (\(\text{H}_2\text{O}\)).
Угљеник (\(\text{C}\)) се у природи налази:
- Елементаран: као графит и дијамант.
- Везан у неживој природи: у гасу угљеник(IV)-оксиду (\(\text{CO}_2\)), угљу, нафти, природном (земном) гасу и минералима (кречњак).
- У живим бићима: други је најзаступљенији елемент у организму човека; сав угљеник у живом свету потиче из \(\text{CO}_2\) који биљке везују фотосинтезом.
Азот (\(\text{N}\)) је најзаступљенији гас у ваздуху у облику молекула \(\text{N}_2\):
- Запремински удео у ваздуху: \(78\ \%\)
- Масени удео у ваздуху: \(76\ \%\)
Фосфор (\(\text{P}\)) се у природи јавља искључиво хемијски везан у једињењима (на пример, калцијум-фосфат чини око \(60\ \%\) масе костију).
Који је неметал најзаступљенији у атмосфери Земље, а који у Земљиној кори?
У атмосфери је најзаступљенији азот (\(\text{N}_2\)), а у Земљиној кори кисеоник (хемијски везан у стенама и минералима).
Сумпор (\(\text{S}\)) се налази у елементарном стању (наслаге у вулканским областима) и хемијски везан у минералима, рудама и живим бићима.
Халогени елементи (17. група: \(\text{F, Cl, Br, I}\)) су изразито реактивни неметали и у природи се налазе искључиво хемијски везани у виду једињења (нпр. кухињска со – \(\text{NaCl}\), јодиди у морској води), а у живим бићима искључиво у облику јона (анјона).
Селен (\(\text{Se}\)) је есенцијални неметал неопходан за правилно функционисање имуног система. У организам се уноси храном у врло малим количинама (елемент у траговима), док је у већим количинама токсичан и штетан.
Редослед најзаступљенијих неметала у људском телу према опадајућој маси:
\[ \text{кисеоник (O)} > \text{угљеник (C)} > \text{водоник (H)} > \text{азот (N)} > \text{фосфор (P)} > \text{сумпор (S)} > \text{хлор (Cl)} \]
Зашто се елементи 17. групе не могу наћи у природи у елементарном стању попут сумпора или угљеника?
Зато што су халогени елементи изузетно хемијски реактивни, па лако ступају у реакције са другим супстанцама и граде стабилна једињења.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Који је елемент најзаступљенији у свемиру, а који је најзаступљенији у атмосфери планете Земље?
Најзаступљенији елемент у свемиру је водоник (\(\text{H}\)), док је у атмосфери Земље најзаступљенији азот (\(\text{N}_2\)).
Задатак 2 (средњи): Наведите два пара алотропских модификација неметала и објасните њихову улогу или разлику у природи.
- Кисеоник (\(\text{O}_2\)) и озон (\(\text{O}_3\)): Молекуларни кисеоник омогућава дисање већине живих бића и процесе сагоревања, док озон у вишим слојевима атмосфере ствара озонски омотач који задржава штетно UV зрачење.
- Дијамант и графит: Обе су алотропске модификације угљеника. Дијамант је изузетно тврд и провидан кристал, док је графит мекан, тамносив и проводи електричну струју.
Задатак 3 (средњи): Који од следећих неметала се у природи могу наћи у елементарном стању, а који искључиво у једињењима: хлор, сумпор, фосфор, кисеоник, флуор, угљеник?
- Могу се наћи и у елементарном стању: кисеоник (као \(\text{O}_2\) и \(\text{O}_3\)), угљеник (дијамант, графит) и сумпор (у вулканским регијама).
- Искључиво у једињењима: фосфор (веома реактиван), хлор и флуор (халогени елементи, изузетно реактивни).
Задатак 4 (тежак): Када се анализира састав људског тела, уочава се да су кисеоник, угљеник и водоник три најмасовнија елемента. Објасните порекло ових елемената у живим бићима и наведите у којим се најважнијим једињењима налазе.
Кисеоник и водоник у највећој мери потичу из воде (\(\text{H}_2\text{O}\)), која чини највећи део масе живих организама.
Угљеник потиче из угљеник(IV)-оксида (\(\text{CO}_2\)) из атмосфере, који биљке путем фотосинтезе уграђују у органске молекуле (шећере, масти, протеине). Животиње и људи га уносе храном.
Сва три елемента граде воду и све основне органске биомолекуле (угљене хидрате, липиде, протеине и нуклеинске киселине).
Угљеник потиче из угљеник(IV)-оксида (\(\text{CO}_2\)) из атмосфере, који биљке путем фотосинтезе уграђују у органске молекуле (шећере, масти, протеине). Животиње и људи га уносе храном.
Сва три елемента граде воду и све основне органске биомолекуле (угљене хидрате, липиде, протеине и нуклеинске киселине).
