Přednášky Grunwald

kovu hydrolizují (reagují s vodou). Mají opačný náboj než koloidní částice v roztoku => vznikají rezovité dobře sedimentující vločky:
Využití: úprava říční vody na pitnou
Chemie vody
Složení vody – celkem 9 možných kombinací izotopů 1H, 2H, 16O, 17O, 18O
Zastoupení izotopů: 1H: 2H = 5000:1, 16O: 17O: 18O = 3150:5:1
V přírodě zcela převládá 1H216O, těžká voda tvoří jen asi 0,015%
Chemicky čistá voda má řadu anomálií oproti ostatním chemickým látkám:
Při ohřívání od 0°C do 4°C objem neroste, ale klesá
Největší hustota je při 4°C
Při mrznutí zvětšuje objem
Teplota tuhnutí se vzrůstajícím tlakem klesá
S výjimkou Hg má ze všech kapalin největší povrchové napětí
Vysoká dielektrická konstanta => vyšší rozpustnost látek a disociační schopnosti než jiné kapaliny
Příčina: struktura molekuly (vodíkové můstky) a schopnost vytvářet molekulové agregáty nebo asociované molekuly (H2O)n
Vzdálenost mezi jádry atomů – 0,9572 Ĺ
Organoleptické (senzorické) vlastnosti
Vlastnosti, které vnímáme vlastními smysly
Teplota
Široké rozmezí
Podzemní vody okolo 10°C (kolísání indikuje průnik povrchových vod a tedy možné znečištění)
Termální vody – min. 25°C
U povrchových vod velké sezónní výkyvy
Teplotní stratifikace vodních nádrží:
2x ročně dochází k promíchání vody v celé nádrži – jarní a podzimní cirkulace. Souvisí s tím, že voda má maximální hustotu při 4°C
Barva
Jeden z ukazatelů jakosti
Má být zcela bezbarvá
Ovlivňují ji částice nerozpustných látek – Fe, huminové látky, fytoplankton
Jednotka: Pt mg.l-1
Zákal
Způsoben částicemi suspendovaných látek – jíl apod.
Jednotka: ZF (formazinová jednotka)
Pach
Způsoben těkavými látkami – sirovodík, produkty rozkladu organických látek
Popis: zemitý, hnilobný, plísňový…
Chuť
Ovlivněna rozpuštěnými látkami – Fe, Mn, Mg, Cl- CO2
Popis: slaná, sladká, hořká, trpká, kyselá, svíravá (svíravou chuť mají železnaté vody)…
Chemické složení vody
Všechny látky se dělí na rozpuštěné a nerozpuštěné
Látky původu anorganického
Iontově rozpuštěné látky – Na+, K+, Ca+II, Mg+II, NH4+, HCO3-, SO4-II, Cl-, NOx-…
Neiontově rozpuštěné látky – Si, Ti, B, plyny…
Látky původu organického – huminové látky, pesticidy, ropné uhlovodíky, tenzidy (součást detergentů), dioxiny, PCB…
Nejdůležitější kationty
Ca+II, Mg+II. Zdrojem je vápenec, dolomit, magnezit
Prosté podzemní vody:
Nejdůležitější anionty
HCO3-, SO4-II, Cl- – každá voda
NOx-, PO4-III – znečištěná voda
Těžké kovy – kovy s hustotou nad 4500 kg.m-3
Toxické kovy: Hg > Cu > Pb > Cd > Co > Zn
Karcinogeny: As, Cd, Cr, Ni
Fe+II (zdrojem pyrit, krevel), Mn+II (zdrojem burel, braunit) – negativní vliv na barvu, zákal, chuť. Povolená hodnota Fe+II v pitné vodě je 0,2 mg.l-1
NH4+ - vzniká rozkladem organických látek
Halogeny – F, Cl, Br, I – mají stomatologický význam. Optimální je koncentrace 1,5 mg fluoru v litru vody (méně => vyšší kazivost zubů, více => černé skvrny na zubech)
CO2 – původ atmosferický, biogenní nebo hlubinný. CO2 se dělí na volný a vázaný, např. ve formě:
Vápenato-uhličitanová rovnováha
Langelierův index: I = pH – pHS (aktuální pH – saturační pH (pH vody v rovnováze))
Je-li:
I = 0 – voda je v rovnováze
I > 0 – voda je agresivní
I < 0 – voda inkrustující
Organické látky
Hodnocení skupinovými ukazateli – nehodnotí se zvlášť bílkoviny, tuky atd.
CHSK – chemická spotřeba kyslíku na oxidaci všech organických látek ve vodě. Z množství spotřebovaného kyslíku usuzujeme na množství rozpuštěných organických látek. Rozlišujeme:
CHSKMn – oxidace manganistanem – pro méně znečištěné vody
CHSKCr – oxidace dichromanem
BSK5 – biochemická spotřeba, mikroorganismy rozkládající biologicky rozložitelné organické látky. Musí zde být určité podmínky – teplota asi 20°C, 5 dnů času. Opět ze spotřeby kyslíku usuzujeme na množství organických látek rozpuštěných ve vodě
Obecně vždy CHSK > BSK5
Pitná voda: CHSK < 3 mg.l-1
Dále se sleduje
Absorbance při 254 nm
Corg – obsah rozpuštěného organického uhlíku (DOC)
Huminové látky
Vysokomolekulární látky aromatického charakteru
Barví vodu do žlutohněda
Vznik rozkladem organické hmoty
Polychlorované bifenyly (PCB)
Dvě spojené fenylové skupiny
Polycyklické aromatické uhlovodíky
Vznikají při neúplně probíhající pyrolýze v průmyslu, dopravě a domácnostech
Dioxiny
Asi 300 sloučenin
Dělí se na PCDD (polychlorované dibenzo-p-dioxiny) a PCDF (polychlorované dibenzofurany)
Pesticidy
Herbicidy, fungicidy, insekticidy
Organofosforové sloučeniny
Dříve DDT, dnes zakázáno, ale používají se jeho deriváty
Organické sloučeniny
Sloučeniny uhlíku, z nichž většina obsahuje i další prvky – H, O, N, S, P, halogeny aj.
Skládají se z molekul, v nichž jsou atomy spojeny kovalentními vazbami
Počet vazeb vyplývá z elektronové struktury prvku a ve většině případů je shodný s počtem vazeb v jeho nejjednodušší sloučenině s vodíkem
Uhlík je čtyřvazný, vodík a halogeny jednovazné, kyslík a síra dvojvazné
IUPAC – doporučení jak postupovat při tvorbách názvů organických sloučenin
Systematické substituční názvosloví – název vychází z nerozvětveného uhlovodíku, jehož počet atomů C se shoduje s počtem atomů C v nejdelším řetězci pojmenovávané sloučeniny
Nasycené necyklické – metan, etan, propan, butan…
Nasycené cyklické – cyklopropan, cyklobutan, cyklopentan…
Aromatické – benzen, naftalen (2 benzenová jádra), fenantren, antracen (3 jádra)…
Vyznačení přítomnosti strukturních složek (uhlovodíkových zbytků, násobných vazeb, funkčních skupin…) – poloha se v hlavním řetězci vyznačí číslicemi, počet stejných skupin číslovkovými předponami

2-hydroxy-3-metylpentan
Uhlovodíky
Základní skupina organických sloučenin
Jednoduché sloučeniny obsahující pouze uhlík a vodík
Alkany
Uhlovodíky s jednoduchými nepolárními kovalentními vazbami (nasycené)
Vzorec CnH2n+2
Tvoří homologickou řadu (vzorce sousedních členů se liší vždy o skupinu CH2)
Výskyt: zemní plyn, ropa, uhlí
C1 – C4 jsou plyny, C5 – C15 jsou kapaliny, nad C16 pevné látky
Jsou málo reaktivní (kvůli spojení jednoduchou vazbou)
Oxidací přecházejí na CO2 a H2O, v přítomnosti katalyzátorů z nich vznikají karboxylové kyseliny
Alkyly – radikály alkanů (metyl, etyl, propyl…, decyl…,). Vzniknou odečtením jednoho vodíků od uhlovodíku.
Alkeny
Nenasycené uhlovodíky s dvojnou vazbou v molekule
Vzorec CnH2n
Vznikají vysokou reaktivitou. K reakci dochází na dvojné vazbě, např. adicí H2, halogenovodíků, halogenů, kyseliny sírové…
Oxidací dvojné vazby vzniká řada kyslíkatých derivátů
Významná je polymerace monomerů vedoucí k polyalkenům – surovinám pro výrobu plastů (PE, PP, PVC…)
Příprava: dehydrogenace alkanů, dehydratace alkanů a alkoholů, pyrolýza zemního plynu, krakování ropy…
Alkyny (acetyleny)
Nenasycené uhlovodíky s trojnou vazbou
Vzorec CnH2n-2.
Acetylen (ethyn) – výroba pyrolýzou methanu nebo hydrolýzou karbidu vápenatého. S HCl poskytuje vynilchlorid, adicí vody vzniká acetaldehyd.
Cykloalkany
Cyklické uhlovodíky, obecný vzorec CnH2n
Cyklopropan – anestetikum, struktura steranu (základ steroidů)

Aromatické uhlovodíky (areny)
Uhlovodíky obsahující nejméně jeden aromatický kruh
Polycyklické – více kondenzovaných benzenových jader (naftalen, antracen, fenantren…)
Nekondenzovaná benzenová jádra – spojena obyčejnou vazbou (bifenyl aj.)
Benzen – z ropy nebo katalytickou dehydrogenací cyklohexanu. Rozpouštědlo, součást benzínu.
Deriváty uhlovodíků
Halogenové deriváty
Minimálně jeden vodík nahrazen halogenem
Nejznámější: chloroform (rozpouštědlo), methylchlorid (náplň chladících zařízení), chlorid uhličitý (rozpouštědlo), chlorbenzen (surovina pro syntézy)
Často jsou karcinogenní
Hydroxysloučeniny
Deriváty, v nichž je OH skupina připojena k atomu C, který není součástí aromatického kruhu
Dělení:
Primární – RCH2OH
Sekundární – R1CH(OH)R2
Terciální – R1R2R3COH
Podle počtu OH skupin – jednosytné, dvojsytné, trojsytné… Příklady:
metanol etylenglykol glycerin
Příprava: hydratace alkenů, hydrolýza halogenderivátů…
Fenoly
Vznik adováním OH skupin na benzenová jádra
Zdrojem je černouhelný dehet
Používají se pro výrobu plastů, fotografických vývojek atd.
Etery
Charakteristický je dvojvazný kyslíkový atom –O–
Např. dietyleter CH3CH2OCH2CH3
Směsi těkavých eterů se vzduchem po zapálení vybuchují
Karbonylové sloučeniny (oxosloučeniny)
Obsahují karbonylovou skupinu C=O – aldehydy a ketony
Nejznámější aldehydy – formaldehyd CH2O, acetaldehyd CH3CHO
Nejznámější ketony – aceton CH3COCH3, cyklohexanon C6H10O
Karboxylové kyseliny
Obsahují karboxylovou skupiny COOH
Nejjednodušší – kyselina mravenčí HCOOH, dále octová CH3COOH, šťavelová (COOH)2, benzoová atd.
Jsou to nejkyselejší organické sloučeniny, ve srovnání s minerálními kyselinami jsou však obecně dosti slabé. Jejich acidita klesá s délkou uhlíkového řetězce.
Dělení podle počtu COOH skupin – monokarboxylové, dikarboxylové, trikarboxylové
Dělení podle typu řetězce – nasycené alifatické, nenasycené alifatické, aromatické
Substituční deriváty karboxylových kyselin
Obsahují kromě karboxylové ještě jiné charakteristické skupiny
Halogenkyseliny – kyselejší než nesubstituované kyseliny

Hydroxykyseliny – časté v ovoci
Aminokyseliny – stavební složky bílkovin. Aminová a karboxylová skupina jsou spojeny peptidovou vazbou.

Aldo- a ketokyseliny – kromě karboxylové obsahují oxo skupinu, významné v biochemických procesech (kyselina pyrohroznová). Vznikají kombinací aldehydů a ketonů s organickými kyselinami.
Amidy karboxylových kyselin – vznikají působením NH3 na karboxylové kyseliny. Jsou součástí polymerů, vznikají jako meziprodukty organických syntéz.
HCONH2 – formamid
CH3CONH2 – acetamid
Estery karboxylových kyselin – vznikají reakcemi karboxylových kyselin s alkoholy. Nižší estery jsou ve vodě nerozpustné, rozpouštějí se v alkoholech. Jsou to aromatické látky.
Estery kyseliny ftalové – změkčovadla plastů
Estery kyseliny akrylové – CH2=CHCOOR. Výroba plastů.
Deriváty kyseliny uhličité – odvozují se náhradou OH skupin v kyselině uhličité jinými skupinami. Například fosgen (COCl2, močovina (CO(NH2)2)
Dusíkaté deriváty uhlovodíků
Aminy
Deriváty amoniaku, v nichž je k dusíkovému atomu místo H připojen alkyl nebo aryl
Hexametylendiamin – surovina při výrobě syntetických vláken
Anilin (N-fenylamin) – výchozí surovina pro výrobu aromátů
Nitrosloučeniny – sloučeniny se skupinou –NO2
Heterocyklické sloučeniny
Obsahují ve svých cyklech kromě C i jiné prvky – N, O, S…
Pyridin – nejstabilnější z heterocyklických sloučenin. Rozpouštědlo, získává se z černouhelného dehtu.
Plasty
Makromolekulární látky, v jejichž molekule se opakuje základní složka, tzv. monomer
Vlastnosti
Nízká specifická hmotnost (0,8 – 2,2 kg.m-3)
Vysoká korozní odolnost
Nízká teplota zpracování
Dobrá tvárnost
Nízká termická a elektrická vodivost
První plasty – bakelity (fenolformaldehydové pryskyřice)
Příprava: polykondenzace, polyadice, polymerace
Polykondenzace
Kromě makromolekuly vzniká i vedlejší produkt (H2O, HCl, metanol CH3OH) – nízkomolekulární sloučenina, která je v rovnováze s ostatními reagujícími látkami
Polykondenzací se vyrábí polyesterové pryskyřice, fenoplasty, aminoplasty, silikony…
Polymerace
Řetězová reakce, z monomeru vznikají makromolekuly. Působením katalyzátoru dochází k protonizaci monomeru za vzniku karboniového kationtu, na který se váže další molekula monomeru
Polymerace vinylchloridu:
Dále se polymerací vyrábějí polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS)
Polyadice
Makromolekuly vznikají postupným sčítáním (adicí) na funkční skupiny nejméně dvou různých sloučenin
Dochází k výměně míst atomů H, aniž vznikají odštěpné produkty
Polyuretany, elastomery (kaučuky)…
Ovzduší
Atmosféra: 78% N, 21% O, 0,93% Ar, 0,03% CO2, vzácné plyny
Ozón
Přirozená součást stratosféry
Vznik fotolýzou molekulárního kyslíku slunečním záření o vlnové délce menší než 242 nm ve stratosféře:
Cirkulací atmosféry se může stratosferický ozón dostat až do troposféry, kde škodí
Zdroj ozónu v troposféře:
(M je katalyzátor – kov, vlnová délka záření je okolo 405 nm)
K rozkladu O3 dochází zejména reakcí s NO:
Freony
Vysoce stabilní látky, v atmosféře vydrží až stovky let (CCl2F2, CClF3)
Rozklad ozónu ve stratosféře:
Tvorba ozónu v troposféře závisí na intenzitě slunečního záření
Zdroje znečištění
Přírodní – požáry, vulkanická činnost, eroze, mikrobiální procesy…
Antropogenní – energetika, doprava, stavebnictví, hornictví, chemický průmysl, zemědělství…
Sloučeniny S, N, C, halogenové sloučeniny, sloučeniny kovů…
- -