Klasifikace látek a jejich složení, směsy a roztoky

Klasifikace látek

• složení: chemicky čisté látky, směsi
  • (prvek – atomy o stejném protonovém čísle, sloučenina – 2 a více atomů)
  • (2 a více látek, x vazby > x děj)
• skupenství: pevné, plynné, kapalné
• vlastnosti: Výbušné, Oxidující, Extrémně hořlavé, Vysoce hořlavé, Vysoce toxické, Toxické, Zdraví škodlivé, Žíravé, Dráždivé, Nebezpečné pro životní prostředí
• vliv na organismy: karcinogenní, senzibilující, mutagenní, toxické

Typy směsí a jejich příklady

dle velikosti částic

• homogenní: roztoky, slitiny
• heterogenní: rozpoznatelné okem (žula), (suspenze, emulze)
• koloidní: roztoky bílkovin/polysacharidů, opalescence (jemný zákal), Tyndallův efekt (optické jevy – rozptyluje světlo), (mléko, čaj)

dle skupenství (homogenní směsi = roztoky)

• pevné: slitiny kovů (bronz = měď + cín, dural = hliník + hořčík)
• kapalné: rozpuštěná l. + rozpouštědlo
• plynné: vzduch

dle skupenství částic rozptylujících se v určitém prostředí (heterogenní směsi)

• dispergovaná látka – rozptýlená v disperzní (rozptylující) látce
• emulze: kapalina v kapalině (nemísící se – olej a voda)
• suspenze: pevná l. v kapalině (písek a voda)
• pěna: plyn v kapalině
• aerosol: mlha (kapalina v plynu), dým (pevná l. v plynu), kouř (kapalina + pevná l. v plynu)
• gel: plyn v pevné l.

Oddělení látek ze směsi

1. destilace: na základě rozdílných teplot varu (ropa, alkohol; homogenní směsi)
2. filtrace: na základě rozdílných skupenství (cezení těstovin; heterogenní směsi)
3. sublimace: na základě schopnosti pevné látky sublimovat – měnit se v plyn (naftalen)
4. krystalizace: na základě rozdílné rozpustnosti v závislosti na teplotě (rušená – rychlé ochlazení, volná – pomalé ochlazené > závisí velikost krystalů)
5. extrakce: na základě rozdílné rozpustnosti v daném rozpouštědle (vytvoříme heterogenní směs > oddělíme > odpaření rozpouštědla/destilace)
6. chromatografie: metoda, při níž se dělí složky směsi na základě jejich rozdílných vlastností (např. adsorpce nebo velikosti částic) vzhledem ke dvěma nemísitelným fázím (stacionární – např. pórovitý materiál, a mobilní – např. rozpouštědlo), při pohybu mobilní fáze podél stacionární dochází k oddělování složek, používá se např. při analýze složitých směsí látek
7. sedimentace (usazování): na základě gravitačních sil (oddělení pevných částic z plynu/kapaliny; čištění odpadních vod)
8. elektroforéza: dělící metoda využívající rozdílnou pohyblivost elektricky nabitých částic různých látek v elektrickém poli, používá se např. v biochemii k dělení bílkovin

Schéma aparatury pro filtraci, sublimaci a destilaci

Roztoky (homogenní směsi, rozpuštěná l. + rozpouštědlo)

• dokonalé promíchání různých druhů molekul

dle velikosti částic

• pevné: slitiny kovů (bronz = měď + cín, dural = hliník + hořčík)
• kapalné: rozpuštěná l. + rozpouštědlo
• plynné: vzduch

rozpustnost (u většiny l. lze zvýšit zahříváním)

= hmotnost rozpuštěné l. za čas

• nenasycený: rozpouštěná l. se stále rozpouští
• nasycený: daná látka se již nerozpouští
• přesycený: v roztoku zůstává nerozpuštěná pevná l.

rozpouštědla

• polární: rozpouští látky s polární (0,4 < ΔX < 1,7) a iontovou (ΔX > 1,7) vazbou (voda)
• nepolární (odmašťovadla) rozpouští látky s nepolární (ΔX < 0,4) vazbou (benzín, toluen, cyklohexan)
• podobné se v podobném rozpouští
• neelektrolyty: nepolární molekuly (x ionty)
• elektrolyty (polární molekuly, vedou proud, pohyblivé ionty)

Vyjadřování složení roztoků

• složení roztoků se dá vyjádřit hmotností, objemem nebo látkovým množstvím látky v rozpouštědle, nejčastěji se k tomu používá těchto veličin:
• hmotnostní zlomek, objemový zlomek, molární zlomek, látková koncentrace, hmotnostní koncentrace, objemová koncentrace, molekulární koncentrace
• hmotnostní zlomek: pro výpočet procentuálního zastoupení pevné látky v roztoku
• objemový zlomek: pro výpočet procentuálního zastoupení kapaliny v roztoku
• látková koncentrace: vyjadřuje látkové množství rozpuštěné l. v 1l roztoku – C_A = n_A/V [mol/l (dm³)], [M]
• hmotnostní koncentrace: vyjadřuje hmotnost rozpuštěné l. – C_m(A) = m_(A)/V [g/dm³]
• molární zlomek (x): Molární zlomek je roven podílu látkového množství určité látky (A) a součtu látkových množství všech látek v soustavě. Součet molárních zlomků všech látek v jedné soustavě je roven 1.
• objemová koncentrace:  vyjadřuje podíl objemu rozpuštěné látky a celkového objemu roztoku (obj. zlm)
• molekulární koncentrace: vyjadřuje počet molekul (atomů, iontů…) rozpuštěné látky v daném objemu roztoku C = N/V

Změny ve složení roztoků

• Změny složení roztoku se dosáhne nejlépe tím, že se do roztoku přidá jiná látka. Tuto změnu lze číselně vyjádřit takzvanou směšovací rovnicí.
• přidáním rozpouštědla, rozpuštěné látky, roztoku (jiné procento l.)

m₁w₁ +…+ m_nw_n = w(m₁ +…+ m_n)

• pokud budeme přidávat samotné rozpouštědlo > w₂ = 0
• pokud budeme přidávat samotnou látku w₂ = 1

Chemická výroba a životní prostředí

• výrazné ovlivnění životního prostředí:
  • může produkovat výrazně toxické látky (polutanty) – těžké kovy a olovo z pohonných hmot
  • produkuje běžné látky, ale v obrovském množství – dusičnany, fosforečnany, oxid uhličitý
  • běžné látky se dostávají do atmosféry – aerosoly, oxid siřičitý (kyselé deště)
  • ekologické katastrofy – vznikají havárií továrny nebo chemické výrobny:
    • Bhópál – havárie v továrně Bhópál, považuje se za největší na světě, do prostředí uniklo až 40 tun jedovatých látek (kyanidů)
    • Lučební závody Draslovka, 2006 – do Labe uniklo velké množství kyanidů
• nejvýznamnější vliv na životní prostředí mají:
• vysoké pece a spalovny (znečištění atmosféry, aerosoly, oxid uhličitý, oxid uhelnatý)
• průmyslové použití pesticidů, herbicidů a dusíkatých a fosforečných hnojiv
• obsah těžkých kovů ve spalných látkách, zvláště pohonných hmotách

Znečišťující látky ve vodě, půdě a ovzduší:

• atmosférické polutanty:
  • hlavní efekty:
    • poškození ozónové vrstvy (zvyšují prostupnost vrstvy pro UV záření)
    • skleníkový efekt (soustavné ohřívání povrchu Země)
    • kyselé deště (kyselinotvorné oxidy po kontaktu s vzdušnou vlhkostí tvoří kyseliny)
    • toxické pro lidi a většinu živočichů
  • kyselé deště:
  • oxidy síry – katalyzovanou reakcí jsou se vzdušnou vlhkostí schopny vytvořit kyselinu sírovou (siřičitou), která dopadá spolu se srážkami na zem; vzniká spalováním uhlí a ropy, přirozeně sopečnou činností
  • oxidy dusíku – katalyzují přeměnu na kyselinu sírovou (siřičitou), vznikají při vysokoteplotním spalování, přirozeně při bouřkách
  • oxid uhelnatý  – vzniká neúplným spalováním, velké množství je produkováno auty
  • oxid uhličitý – vzniká dokonalým spalováním, nejvýznamnější skleníkový plyn vůbec
  • methan – produkován spalováním a některými organickými procesy
  • aerosoly – produkty spalování, sopečné činnosti
  • freony (organické halogenderiváty chloru a fluoru) – produkovány některými spreji, v chladicích zařízeních, silně poškozují ozonovou vrstvu tvořením kyslíkových radikálů
  • toxické pro lidi a většinu živočichů:
  • skleníkové plyny:
  • poškození ozonové vrstvy:
• hydrosférické polutanty:
• mýdla a prací prostředky – acidifikace vody, přesycení vody fosforečnany (podporují růst sinic)
• vedlejší produkty desinfekce – nejčastěji chloroform, silně toxické pro vodní živočichy i rostliny
• odpadní tuky a oleje – znemožňují přístup vzduchu a světla do vody, vodní živočichové a rostliny se dusí a umírají
• insekticidy, herbicidy – toxické, teratogenní pro většinu obyvatel
• chlorované substance – trichloretylen, polychlorované bifenyly  – silně persistentní a toxické
• pedosférické polutanty:
  • pesticidy a herbicidy – některé nejsou rozložitelné bakteriemi a jsou silně toxické i pro živočichy (trinitrotoluenové deriváty – dioxiny – Spolana Neratovice)
  • insekticidy (DDT – dichlorodifenyltrifluorethylen – silně toxické, karcinogenní, teratogenní, Aldrin, Dieldrin, Parathion – fosfát, velmi silně ovlivňuje játra živočichů, způsobuje smrt)
  • odpadní látky – azbest, velké množství dusíkatých a fosforečných sloučenin – způsobují nárůst populací patogenních mikroorganismů, jsou toxické

Ochrana životního prostředí

• snaha o udržení nezávadných a vhodných podmínek pro život člověka
• systém mezinárodních dohod, právních předpisů a norem, které jsou kontrolovány a vydávány nadnárodními organizacemi:
  • UNESCO
  • Světový svaz ochrany přírody
  • Evropská unie (NATURA 2000 – evropská koncepce ochrany přírody)
• ochrana specifických oblastí životního prostředí:
• druhová ochrana:
  • chránění jednotlivých druhů (Červená kniha ohrožených druhů), druhy není možné ohrožovat, chytat…
  • ohrožené, silně ohrožené a kriticky ohrožené druhy
• územní ochrana:
• ochrana územních celků
• nejstarší – Yellowstonský národní park, Joshua Tree National Park Sequoia and Kings Canyon National Parks, Yosemite National Park

Hmotnostní a objemový zlomek

Hmotnostní zlomek: pro výpočet procentuálního zastoupení pevné látky v roztoku

• w_A = m_A/m_O
• <0;1>                   0 (žádná rozpuštěná látka – 0%), 1 (jen pevná látka – 100%)
• bezrozměrná veličina

Objemový zlomek: pro výpočet procentuálního zastoupení kapaliny v roztoku

• ϕ_A = V_A/V_O
• <0;1>                   0 (pouze rozpouštědlo), 1 (pouze kapalina)
• 1ml = 1cm³, 1l = 1dm³
• bezrozměrná veličina