Přednášky

k, vodík, titan.
Sloučenina je chemicky čistá látka složená z prvků. Sloučenina může být tvořena buď samostatnými molekulami, vzniklými sloučením dvou nebo více atomů různých prvků, nebo se vytvářejí složitější útvary (krystalové struktury).
Názvy a značky prvků
Každý prvek má mezinárodní název (většinou latinského nebo řeckého původu) a některé dávno známé nebo technicky důležité prvky mají také název český. Značku (symbol) prvku tvoří počáteční velké písmeno mezinárodního názvu, většinou ještě doplněné o některé malé písmeno tohoto názvu (oxygenium – O : kyslík, ferrum – Fe: železo).
V současné době je známo a pojmenováno 110 chemických prvků (viz příloha 1).
Nukleonové číslo A se uvádí jako levý horní index u prvku (12C), protonové číslo Z se uvádí jako levý dolní index u prvku (6C). Počet atomů tvořících molekulu se uvádí jako pravý dolní index (O2), náboj či oxidační číslo se uvádí jako pravý horní index (Fe2+, FeII).
Obdobně jako prvky lze i sloučeniny charakterizovat názvy a vzorci.
Vzorce sloučenin
Vzorce poskytují nejjednodušší a nejnázornější charakteristiku anorganických sloučenin. Používají se především v chemických rovnicích a preparačních návodech. Použití v textu se obecně nedoporučuje, ale v řadě případů je i zde přehledný vzorec výhodnější než těžkopádný a někdy obtížně srozumitelný název. Vzorce je možno podle způsobu jejich použití psát několika způsoby. O složení sloučeniny vypovídají vzorce - stechiometrický a molekulový. O struktuře molekul vypovídají vzorce - funkční, strukturní, elektronový, geometrický, krystalografický. Pro formulaci vzorců se používají značky prvků, ze kterých se sloučenina skládá.
Stechiometrický (empirický) vzorec vyjadřuje stechiometrické složení sloučeniny. Udává, v jakém poměru jsou atomy jednotlivých prvků ve sloučenině zastoupeny. Počet sloučených atomů se vyznačuje číselným indexem vpravo dole za značkou prvku (číslice 1 se neuvádí) a vzorec se obvykle uzavírá do složených závorek.
{HO} peroxid vodíku
{P2O5} oxid fosforečný
Molekulový (sumární) vzorec udává druh a počet atomů v molekule dané sloučeniny. Vyjadřuje nejen stechiometrické složení látky, ale i její relativní molekulovou hmotnost. Umožňuje odlišit polymerní formy sloučenin.
P4O10oxid fosforečný
H2O2peroxid vodíku
Funkční (racionální) vzorec umožňuje zdůraznit existenci charakteristických atomových seskupení, tzv. funkčních skupin, v dané sloučenině. Je zjednodušenou formou strukturního vzorce. Funkční skupiny je možno pro větší přehlednost uzavírat do kulatých závorek nebo je oddělovat tečkou nebo vazebnou čárkou.
NH4NO2dusitan amonný
HO.OHperoxid vodíku
Strukturní (konstituční) vzorec zobrazuje uspořádání navzájem sloučených atomů, zpravidla však neudává prostorové uspořádání molekuly.
H – O – HH – O – O - H
Jeho variantou je elektronový strukturní vzorec graficky vyjadřující uspořádání valenčních elektronů, tedy i nevazebných, kolem všech atomů ve sloučenině. Jednotlivé elektrony ve valenční sféře atomu se označují tečkami a elektronové páry čárkami u symbolu prvku. Kovalentní vazbu symbolizuje čárka mezi sloučenými atomy. Parciální náboje na atomech spojených kovaletní vazbou se vyznačují znaménky (+) nebo (-), případně (+ a (- , umístěnými nad symbolem prvku.
H – – HH – Equation.2 – – H
Geometrický vzorec znázorňuje skutečné prostorové geometrické uspořádání atomů, iontů nebo molekul.
Krystalochemický vzorec vyjadřuje koordinaci každého atomu, iontu či molekulyv krystalu, tj. počet atomů, iontů nebo molekul, které bezprostředně daný atom, ion či molekulu obklopují. Je to vlastně stechiometrický vzorec, k němuž ve tvaru zlomku přidáváme koordinační čísla.
{SiO}Si : O = 1 : 24 O obklopují Si, 2 Si obklopují O
Konfigurační vzorce znázorňují různá prostorová uspořádání molekul sloučenin se stejnou konstitucí.
H3C CH3H3C H
C = CC = C
H H HCH3
cis-2-buten trans-2-buten
Konformační vzorce vystihují různá prostorová uspořádání molekul téže sloučeniny, vznikající vnitřní rotací jejich částí kolem jednoduché vazby. Používají se především v organické chemii.
V chemii jsou základními informačními jednotkami symboly, vzorce a názvy prvků a sloučenin. Musí proto existovat přesná pravidla pro jejich tvorbu, aby byly přesné a srozumitelné všem uživatelům. Formulací pravidel, podle nichž se zapisují chemické vzorce a tvoří názvy chemických sloučenin, se zabývá chemické názvosloví.
Chemické názvosloví je nedílnou součástí chemie a zabývá se formulací přesných pravidel, podle kterých se zapisují chemické vzorce a tvoří názvy chemických sloučenin. Název chemické sloučeniny je slovním záznamem chemického vzorce.
Oxidační číslo prvku je základním pojmem, na němž je vybudováno názvosloví anorganické chemie. Jde o pojem formální a oxidační číslo velmi často neodpovídá skutečné elektronové konfiguraci v molekule. Právě tato jeho vlastnost může někdy působit názvoslovné potíže.
Pro názvoslovné účely je oxidační číslo prvku definováno jako elektrický náboj, který by byl na atomu prvku přítomen, kdyby elektrony každé vazby z prvku vycházející byly přiděleny elektronegativnějšímu z obou vazebných partnerů.
Oxidační číslo prvku můžeme ve většině anorganických sloučenin zjistit jednoduchým výpočtem podle následujících pravidel:
oxidační číslo atomu prvku v základním stavu je nulové a vazba mezi atomy téhož druhu nepřispívá k oxidačnímu číslu,
oxidační číslo atomu v jednoatomovém iontu se rovná jeho náboji,
oxidační číslo vodíku ve sloučeninách s nekovy je konvenčně I; v hydridech kovů -I,
oxidační číslo kyslíku je -II; pokud není vázán s elektronegativnějším prvkem (fluor) nebo s jiným atomem kyslíku,
oxidační číslo fluoru je -I; ostatních halogenů rovněž -I, pokud nejsou vázány s elektronegativnějšími prvky (fluor, kyslík),
oxidační číslo alkalických kovů je I,
oxidační číslo atomů jednotlivých prvků u víceatomových částic (iontů, molekul) se určí tak, že se vazebné elektrony přidělí vždy atomu s větší elektronegativitou,
součet oxidačních čísel všech atomů prvků obsažených v elektroneutrální molekule je roven nule,
součet oxidačních čísel všech atomů prvků obsažených ve víceatomovém iontu se rovná počtu jeho elementárních nábojů.
Oxidační číslo se uvádí římskými číslicemi jako pravý horní index u symbolu prvku. Znaménko plus pro označení kladného oxidačního čísla se neuvádí. Pro vyznačení nulového oxidačního čísla se používá nuly.
Částice
Oxidační čísla atomů
CO
CIV, O-II
SO2
SIV , O-II
KNO3
KI, NV, O-II
P4
P0
K označení kladných oxidačních čísel prvků se v českém názvosloví používá zakončení uvedených v následující tabulce. Pro záporné oxidační číslo se užívá koncovka -id, bez ohledu na jeho velikost.
Zakončení
Zakončení
Oxidační číslo
kationtu
aniontu
I
-ný
-nan
II
-natý
-natan
III
-itý
-itan
IV
-ičitý
-ičitan
V
-ičný, -ečný
-ičnan, -ečnan
VI
-ový
-an
VII
-istý
-istan
VIII
-ičelý
-ičelan
Racionální názvy sloučenin
Ve vzorcích se uvádí elektropozitivní součást sloučeniny (kation) vždy na prvním místě, přestože v českém názvu je pořadí opačné (KCl – chlorid draselný).
Ve vzorcích kyselin se vodík umisťuje vždy jako první.
Názvy sloučenin se tvoří z názvů jejich součástí tak, aby co nejlépe vystihovaly stechiometrické poměry i strukturu dané sloučeniny. V českém názvosloví je ve většině případů název sloučeniny složen z podstatného a přídavného jména. Podstatné jméno je odvozeno od elektronegativní části sloučeniny, přídavné jméno charakterizuje část elektropozitivní. V názvu se dodržuje pořadí podstatné jméno – přídavné jméno:
Ca(NO3)2dusičnan vápenatý
HMnO4kyselina manganistá
Na2SO4síran sodný
Název elektronegativní složky sestávající z atomů jednoho prvku, s výjimkou sloučenin vodíku s nekovy, se tvoří koncovkou -id:
SF6fluorid sírový
ZnSsulfid zinečnatý
CaOoxid vápenatý
CrO3oxid chromový
Je-li elektronegativní složka tvořena více atomy, lze obvykle jeden atom označit jako centrální. K základu názvu centrálního atomu se připojí zakončení -an, jemuž předchází zakončení oxidačního čísla centrálního atomu. V případě potřeby je možno název zpřesnit podle pravidel platných pro názvosloví koordinačních sloučenin.
Li2SeO4selenan lithný
Sr(ClO)2chlornan strontnatý
KNO3dusičnan draselný
Stechiometrické složení sloučenin se v názvu vyznačuje jednak zakončeními oxidačních čísel, jednak číslovkovými předponami. Při počtu vyšším než dvanáct se číslovkové předpony nahrazují arabskými číslicemi. Je-li počet atomů velký, užívá se předpony poly-. Je-li název sloučeniny jednoznačný, je možno číslovkové předpony vynechat.
Na2S2disulfid disodný (sodný)
Li2HPO4hydrogenfosforečnan dilithný (lithný)
Binární sloučeniny vodíku
U některých vodíkatých sloučenin je možno použít jednoslovný název, v němž se na prvém místě uvede název prvku nebo atomové skupiny se zakončením -o a připojí se slovo vodík:
HFfluorovodík
HClchlorovodík
HCNkyanovodík
HBrbromovodík
HIjodovodík
Názvy vodíkatých sloučenin prvků 13. až 16. skupiny periodického systému i sloučenin odvozených se tvoří použitím koncovky -an:
AlH3alan
H2Ssulfan
Výjimku tvoří NH3 (amoniak), N2H4 (hydrazin) a H2O (voda).
Kationty
Jednoatomové kationty mají názvy tvořené ze základu názvu prvku a koncovky určené oxidačním číslem atomu. Víceatomové ionty odvozené z jednoatomových aniontů adicí protonů a jejich deriváty mají zakončení -onium.
Na+kation sodný
Ce4+kation ceričitý
amonium, nazývá se ion amonný
Ion H3O+, který je ve skutečnosti hydratovaným protonem, se označuje jako oxoniový ion.
Anionty
Jednoatomové a některé víceatomové anionty mají zakončení -id:
H-
ion hydridový
S2-
ion sulfidový
OH-
ion hydroxidový
O2-
ion oxidový
O
ion peroxidový
CN
ion kyanidový
NH
ion amidový
NH2
ion imidový
N3-
ion nitridový
C4-
ion karbidový
F-
ion fluoridový
S
ion disulfidový
Názvy aniontů odvozených od kyslíkatých kyselin mají zakončení podle oxidačního čísla centrálního atomu:
ClO
anion chlornanový
NO
anion dusitanový
NO
anion dusičnanový
SO
anion síranový
BrO
anion bromistanový
XeO
anion xenoničelanový
Isopolyanionty, tj. anionty obsahující více než jeden centrální atom téhož prvku a odvozené na základě kondenzace monomerních jednotek, je možno pojmenovat úplným stechiometrickým názvem bez ohledu na strukturu.
Mají-li všechny centrální atomy stejné oxidační číslo, není nutno uvádět počet kyslíkových atomů, uvede-li se náboj aniontu nebo počet kationtů.
S2Oanion disíranový(2-)
K2Cr2O7dichroman didraselný (draselný)
Oxidy
Jednoduché oxidy
Oxidy mají dvouslovný název s podstatným jménem oxid (kyslík má oxidační číslo –II), přídavné jméno tvoří prvek se zakončením podle oxidačního čísla.
Na2Ooxid sodnýN2O5oxid dusičný
CaOoxid vápenatýSO3oxid sírový
Al2O3oxid hlinitýCl2O7oxid chloristý
CO2oxid uhličitýOsO4oxid osmičelý
Podvojné, potrojné oxidy
Mají název jako oxidy jednoduché, upřesněný číslovkovými předponami:
Fe3O4tetraoxid železnato-železitýFeO.Fe2O3
Mg2TiO4tetraoxid dihořečnato-titaničitý2MgO.TiO2
Sulfidy
Sulfidy jsou soli kyseliny sirovodíkové a jsou formální obdobou oxidů. Oxidační číslo síry v sulfidech je –II.
Ag2Ssulfid stříbrný
FeSsulfid železnatý
Sb2S5sulfid antimoničný
Halogenidy
Jsou soli halogenovodíkových kyselin, halogen má v halogenidech oxidační číslo –I.
NaFfluorid sodný
CaCl2chlorid vápenatý
PBr3bromid fosforitý
KIjodid draselný
Hydroxidy
Jsou tvořeny atomem kovu a skupinou (OH)-1.
NaOHhydroxid sodný
Ba(OH)2hydroxid barnatý
Al(OH)3hydroxid hlinitý
Kyseliny
Binární kyseliny
Názvy bezkyslíkatých kyselin (binárních) se tvoří přidáním koncovky -ová k názvu dané sloučeniny nekovu s vodíkem:
HFkyselina fluorovodíková
H2Skyselina sirovodíková
HCNkyselina kyanovodíková
Kyseliny odvozené od víceatomových aniontů
Kyslíkaté kyseliny (oxokyseliny) mají názvy složeny z podstatného jména kyselina a přídavného jména charakterizujícího elektronegativní část molekuly, tj. centrální atom a jeho oxidační číslo:
HClOkyselina chlorná
HClO2kyselina chloritá
HClO3kyselina chlorečná
HClO4kyselina chloristá
Tvoří-li prvek v témže oxidačním čísle několik kyselin lišících se počtem „kyselých" vodíkových atomů, je nutno tento počet v názvu vyznačit číslovkovou předponou a předponou hydrogen- nebo využít zásady názvosloví koordinačních sloučenin, tj. označit počet atomů kyslíku číslovkovou předponou a atom kyslíku předponou -oxo:
HIO4kyselina hydrogenjodistá, kyselina tetraoxojodistá
H3IO5kyselina trihydrogenjodistá, kyselina pentaoxojodistá
H5IO6kyselina pentahydrogenjodistá, kyselina hexaoxojodistá
Soli

Jednoduché soli
Soli se odvozují od kyselin náhradou vodíkových iontů v molekulách kyselin ionty kovů:
Ba(SCN)2thiokynatan barnatý
Ca(ClO)2chlornan vápenatý
Hydrogensoli
Atomy vodíku, které lze nahradit kationty kovů, se obvykle označují jako „kyselé vodíky". Soli, které je obsahují, je možno označit skupinovým názvem kyselé soli. Přítomnost „kyselých" vodíků se v názvu soli vyjádří předponou hydrogen-, v případě potřeby spojenou s číslovkovou předponou:
NaHCO3hydrogenuhličitan sodný
KH2PO4dihydrogenfosforečnan draselný
Solváty
Počet molekul rozpouštědla v krystalosolvátech (vody v krystalohydrátech) se vyjádří číslovkovou předponou a název základní sloučeniny se uvede v 2.pádu:
BaCl2.2H2Odihydrát chloridu barnatého
CuSO4.5H2Opentahydrát síranu měďnatého (skalice modrá)

Směs, disperzní soustava
Látky dělíme na chemicky čisté látky a směsi. Směs je soustava složená z několika různých chemicky čistých látek. Vlastnosti směsi závisejí na jejím složení, které lze zpravidla plynule měnit, dále na velikosti jednotlivých částic směsi a na jejich vzájemném rozmístění. Obsahuje-li směs jednu látku, která je spojitá v celém objemu soustavy (je disperzním neboli dispergujícím prostředím), v niž jsou ostatní látky (disperzní neboli dispergovaný podíl) rozptýleny (dispergovány), jde o disperzní soustavu.
Disperzní soustavy lze rozdělit dle následujících kritérií:
Podle počtu fází, které je tvoří na homogenní (jednofázové, stejnorodé) a heterogenní (dvou- a vícefázové, různorodé). Podle velikosti částic dispergované látky. Velikost těchto částic a tím i vlastnosti soustavy se může plynule měnit. Hranice mezi jednotlivými typy disperzních soustav jsou vytvořeny uměle. Heterogenní neboli hrubé, resp. mikroskopické disperze jsou disperze, kde velikost dispergovaných částic > 10-7 m, koloidní disperze obsahují částice v rozmezí 10-7 m až 10-9 m a homogenní disperze nazývané pravé roztoky, resp. iontové disperze obsahují částice < 10-9 m. Podle skupenského stavu dispergované a dispergující látky (kombinací všech skupenství) získáme 9 typů soustav.
Hrubé disperze:
Hrubé disperze dělíme na suspenze a emulze.
Suspenze vzniká rozptýlením tuhé (nerozpustné) látky v kapalině. Připravují se nejčastěji rozmělňováním látek v kapalině. Soustava je neprůhledná, částice snadno sedimentují (např. plavení hlíny, výroba škrobu). Se suspenzemi se setkáváme v povrchových vodách, při plavení hlíny v keramickém průmyslu, při mokrém způsobu výroby cementu, při praní rozemletého uhlí v koksárnách, při úpravě rud, čištění písku aj.
Emulze jsou dvě kapaliny vzájemně nemísitelné (nebo omezeně mísitelné). Připravují se většinou roztřepáním jedné kapaliny (do formy malých kapiček) v druhé. Jsou neprůhledné, jejich stabilita se zvyšuje přidáním emulgátorů. Rozeznáváme emulze typu o/v (olej ve vodě) – mléko - a v/o (voda v oleji) – máslo. Emulze jsou důležité v potravinářství, ve výrobě a zpracování kaučuku, makromolekulárních látek, při výrobě mazadel, laků, v kosmetice apod.
Koloidní soustavy:
Koloidní soustavy jsou disperzní soustavy s velikostí dispergovaných částic viditelných ultramikroskopem (můžeme pozorovat tzv. Brownův pohyb), nebo elektronovým mikroskopem, Prakticky nesedimentují, procházejí běžnými filtry, ne však semipermeabilními (polopropustnými) membránami, rozptylují procházející světlo (opalizují, jeví Tyndallův efekt).
Podle vztahu částeček disperzní fáze k disperznímu prostředí se dělí se na lyofilní a lyofobní.
Lyofilní soustavy- koloidní částice poutají na svém povrchu molekuly rozpouštědla, jsou reverzibilní - vratné), např. mýdla, bílkoviny, polysacharidy. Svými vlastnostmi se blíží pravým roztokům.
Lyofobní soustavy – koloidní částice nemají afinitu k molekulám rozpouštědla, jsou v disperzním prostředí nerozpustné. Připravují se umělým rozptylováním, jsou ireverzibilní (nevratné), např. hydroxid železitý. Jsou velmi citlivé i k malé přísadě elektrolytů, jimiž se srážejí nevratně v řídce nakupené agregáty – vločky.
Kapalné koloidní soustavy se nazývají soly. Soly se za jistých podmínek srážejí (koagulují) a vznikají rosolovité útvary nazývané gely.
Aerosoly jsou nejméně stabilní koloidní soustavy, dispergované částice nemají ochranný obal, takže
jejich srážky vedou ke koagulaci (spojování částic do větších celků) a soustava se postupně přeměňuje na soustavu heterogenní.
Význam koloidů vedl ke vzniku a rozvoji samostatného oboru - koloidní chemie.
Roztoky:
Roztok (pravý roztok) je homogenní disperzní soustava dvou nebo více chemicky čistých látek, jejichž vzájemné zastoupení lze v určitých mezích plynule měnit. Roztoky mohou být v závislosti na vnějších podmínkách (tlaku, teplotě) plynné, kapalné nebo pevné. Z pohledu chemického jsou nejdůležitější roztoky kapalné. Disperzním prostředím je v tomto případě nejčastěji voda. kromě vody existuje řada dalších, zejména organických rozpouštědel, jako např. diethylether, dichlormethan, methanol ethanol, aceton, benzen, toluen ap.
Složení roztoku se vyjadřuje udáním hmotnosti, objemu nebo látkového množství rozpuštěné látky v roztoku, popř. v rozpouštědle určitého objemu nebo hmotnosti.
Složení (koncentrace) roztoků lze vyjádřit podle potřeby několika způsoby jako:
hmotnostní zlomek w, resp. hmotnostní procenta,
molární zlomek x, resp. molární procenta,
objemový zlomek (, resp. objemová procenta,
látková (molární) koncentrace c,
molální koncentrace (.
Hmotnostní zlomek, resp. hmotnostní procenta:
Hmotnostní zlomek wA složky A v roztoku (směsi) je definován jako podíl hmotnosti mA složky A
a celkové hmotnosti roztoku ms, která je dána součtem hmotností všech složek roztoku:
wA = mA / ms
Hmotnostní zlomek je veličinou bezrozměrnou. Součet hmotnostních zlomků všech složek v roztoku je roven 1. Hmotnostní zlomek se často vyjadřuje v procentech, která udávají počet hmotnostních dílů složky připadající na 100 hmotnostních dílů roztoku. Pro vyjádření hmotnostního zlomku v procentech se používá termín procentová koncentrace, hmotnostní procenta (%, hm. %)
Příklad: 10% roztok znamená, že ve 100 g roztoku je obsaženo 10 g rozpuštěné látky
Podobně jsou definovány molární zlomek xA a molární procenta (mol. %) a objemový zlomek (A a objemová procenta (obj. %).
Látková (molární koncentrace), molarita
Molární koncentrace cA složky A v roztoku je definována jako podíl látkového množství nA složky A a objemu roztoku V:
cA = nA / V [mol.dm-3]
Roztok, který má např. koncentraci 1 mol.dm-3, se také nazývá jednomolární a označuje se 1 M. Př.: Rozpuštěním 59,5 g NaCl ve vodě (při 20°C) a doplněním na celkový objem 1 litru připravíme roztok o látkové koncentraci 1 mol.dm-3 (1M).
Molalita
Molalita (A složky A v roztoku je definována jako podíl látkového množství nA složky A a hmotnosti té složky, která byla zvolena jako rozpouštědlo mR:
(A = nA / mR [mol.kg-1]
Rozpustnost:
Při rozpouštění tuhé látky ve vodě (nejrozšířenější rozpouštědlo), je důležité znát její rozpustnost. Rozpustnost látky udává maximální množství látky v gramech, které se rozpustí při určité teplotě ve 100 g vody.
Rozpustnosti nejznámějších látek jsou uvedeny v tabulkách.
Rozpustnost závisí nejen na chemické struktuře látky a rozpouštědle, ale také na teplotě. U většiny látek s rostoucí teplotou roste. U některých látek s rostoucí teplotou klesá (např. hydroxid vápenatý), u některých se s rostoucí teplotou příliš nemění (např. chlorid sodný).
Závislos