2. Tvari, vrste tvari i njihova svojstva
U ovoj cjelini učiš što su tvari i po čemu ih razlikujemo, kako ih kemičari razvrstavaju, kako se smjese razdvajaju i kako im računamo sastav, što su otopine te kako prepoznati kisele i lužnate otopine.
Rješenja svih zadataka nalaze se na kraju ovoga dokumenta.
2.1. Tvari – sve oko nas i u nama
- objasniti što je tvar i razvrstati tvari na prirodne i umjetne te organske i anorganske
- čestičnim crtežom opisati tri agregacijska stanja
- imenovati prijelaze između agregacijskih stanja
Sažetak
Tvari (supstancije) izgrađuju predmete i tijela oko nas. Svaka tvar zauzima prostor i ima masu. Zato je i zrak tvar, iako ga ne vidimo.
| Podjela | Skupina | Primjeri |
|---|---|---|
| prema podrijetlu | prirodne tvari | drvo, metal, voda, nafta, vapnenac, bjelančevine, masti, ugljikohidrati |
| umjetne (sintetičke) tvari | staklo, plastika, guma, sapuni, deterdženti | |
| prema sastavu | organske tvari – svima je zajednički ugljik | masti i ulja, bjelančevine, ugljikohidrati, nafta, alkohol, plastika, deterdženti |
| anorganske tvari | voda, zrak, kuhinjska sol, sumpor, željezo |
- Nafta je sirovina za goriva, plastiku, umjetna gnojiva, lijekove, kozmetiku i deterdžente, pa se njezine zalihe smanjuju.
- Nekada se mislilo da organske tvari nastaju samo u živim bićima. Danas se mnoge proizvode umjetno.
Agregacijska stanja
Tvar može biti u čvrstom (s), tekućem (l) ili plinovitom (g) stanju. Stanje ovisi o vrsti tvari, temperaturi i tlaku. Građu prikazujemo čestičnim crtežom.
| čvrsto | tekuće | plinovito | |
|---|---|---|---|
| čestice | gusto složene, titraju oko svojega položaja | nisu gusto složene, slobodnije se kreću | jako udaljene, kreću se u svim smjerovima |
| volumen | stalan | stalan | promjenjiv |
| oblik | stalan | promjenjiv | promjenjiv |
Prijelazi između agregacijskih stanja
| Prijelaz | iz | u | događa se pri |
|---|---|---|---|
| taljenje | čvrsto | tekuće | zagrijavanju |
| isparavanje | tekuće | plinovito | zagrijavanju |
| sublimacija | čvrsto | plinovito | zagrijavanju |
| kondenzacija | plinovito | tekuće | hlađenju |
| kristalizacija | tekuće | čvrsto | hlađenju |
| desublimacija | plinovito | čvrsto | hlađenju |
Led se tali na 0 °C, a voda vrije na 100 °C (pri atmosferskom tlaku). Dok se led tali, temperatura se ne mijenja – raste tek kada se sav led rastali.
Ključni pojmovi
| tvar (supstancija) | sve što zauzima prostor i ima masu |
|---|---|
| organske tvari | tvari kojima je zajednički ugljik; izgrađuju živa bića, ali se mogu i umjetno proizvesti |
| agregacijsko stanje | čvrsto (s), tekuće (l) ili plinovito (g) stanje tvari |
| čestični crtež | model koji prikazuje broj, vrstu, odnos veličina i međusobno djelovanje čestica |
| sublimacija | izravan prijelaz čvrste tvari u plinovitu |
| kondenzacija | prijelaz plinovite tvari u tekuću |
Vježba
Napuhani balon teži je od praznoga, a nakon napuhavanja zauzima više mjesta. Što ta opažanja dokazuju?
Tvar ima stalan volumen, ali poprima oblik posude u koju je ulijemo. U kojem je agregacijskom stanju?
Čvrsta tvar ima stalan i oblik i volumen, a plinu se mijenja i jedno i drugo.
Koji prijelaz agregacijskoga stanja opisuje svaki primjer?
1. ogledalo u kupaonici zamagli se nakon tuširanja 2. mokro rublje suši se na zraku 3. zimi se iz vodene pare na prozoru stvori mraz 4. kristali joda zagrijavanjem prelaze izravno u ljubičastu paru 5. vosak svijeće omekša i poteče - a) desublimacija
- b) isparavanje
- c) kondenzacija
- d) sublimacija
- e) taljenje
U čaši zagrijavaš smjesu leda i vode i stalno mjeriš temperaturu. Što ćeš opaziti dok se sav led ne rastali?
Toplina koju dovodimo troši se na taljenje leda, a ne na zagrijavanje.
Koji je niz sastavljen samo od organskih tvari?
Voda, kuhinjska sol, željezo, zrak i sumpor anorganske su tvari.
Plastika je organska tvar, a ne nastaje u živom biću. Kako je to moguće?
Plin iz jedne boce možemo stlačiti u upola manju bocu, a vodu ne možemo. Objasni to s pomoću čestičnoga crteža.
Primjer odgovora: U plinu su čestice jako udaljene pa ih tlačenjem možemo približiti. U tekućini su čestice već blizu jedna drugoj i među njima nema slobodnoga prostora, pa se volumen ne može smanjiti.
Razvrstaj prema podrijetlu: plastika, čelik, morska sol, bakar, najlon, vuna. Koju je tvar najteže razvrstati i zašto?
Primjer odgovora: Prirodne: morska sol, bakar, vuna. Umjetne: plastika, najlon, čelik. Najteže je razvrstati čelik: željezo je prirodna tvar, ali čelik kao takav ne nalazimo u prirodi, nego ga čovjek proizvodi.
2.2. Svojstva tvari
- razlikovati fizikalna i kemijska svojstva tvari
- izračunati gustoću i s pomoću nje prepoznati tvar
- objasniti što su vodiči i izolatori te reaktivne i inertne tvari
Sažetak
Fizikalna svojstva su karakteristike kojima tvar opisujemo, a da se pri tome ne pretvara u drugu tvar.
- Lako ih uočavamo: oblik, tvrdoća, agregacijsko stanje, topljivost.
- Mjerimo ih instrumentima: električna i toplinska vodljivost, magnetičnost, kovnost.
- Magnet privlači željezo, kobalt i nikal. Tako se pri recikliranju željezo i čelik odvajaju od ostalih metala.
- Električni vodiči: metali (najbolji su srebro, bakar i zlato), grafit, vodene otopine soli, kiselina i lužina. Električni izolatori: plastika, guma, papir, staklo.
- Metali su i dobri toplinski vodiči. Guma, staklo i plastika su toplinski izolatori.
- Kuhinjska sol otapa se u vodi, ali ne u alkoholu. Šećer se otapa u oba otapala. Čvrsta sol i čvrsti šećer ne vode struju; vodena otopina soli vodi struju, a otopina šećera ne vodi.
Gustoća, talište i vrelište
Gustoća je omjer mase i volumena: ρ = m / V (jedinice: kg/m³, g/cm³, g/mL)
Svaka čista tvar pri određenoj temperaturi i tlaku ima točno određenu gustoću, talište i vrelište. Po njima prepoznajemo nepoznatu tvar i provjeravamo njezinu čistoću.
| Tvar | gustoća pri 20 °C / (g/cm³) | talište / °C | vrelište / °C |
|---|---|---|---|
| aluminij | 2,70 | 660,32 | 2519 |
| željezo | 7,87 | 1538 | 2861 |
| zlato | 19,30 | 1064,18 | 2856 |
Riješeni primjer. Kamenčić ima masu 45 g. Kad ga uronimo u menzuru, razina vode poraste s 30 mL na 48 mL.
V = 48 mL − 30 mL = 18 mL = 18 cm³ → ρ = 45 g / 18 cm³ = 2,5 g/cm³
Kemijska svojstva
Kemijsko svojstvo je svojstvo tvari da reagira u dodiru s nekom drugom tvari.
- Reaktivne tvari reagiraju lako i brzo, a inertne tvari ne reagiraju ili reagiraju vrlo teško.
- Alkohol je zapaljiv. Željezo u dodiru s vodom i zrakom hrđa.
- Plastika je inertna pa se vrlo sporo razgrađuje i gomila kao otpad.
- Korozija je nagrizanje konstrukcijskih metala na zraku. Skraćuje vijek trajanja konstrukcija.
Ključni pojmovi
| fizikalno svojstvo | svojstvo kojim opisujemo tvar: boja, agregacijsko stanje, gustoća, talište, vodljivost… |
|---|---|
| kemijsko svojstvo | svojstvo tvari da reagira u dodiru s drugom tvari (zapaljivost, hrđanje) |
| gustoća | omjer mase i volumena, ρ = m / V |
| talište i vrelište | temperature pri kojima se čista tvar tali, odnosno vrije |
| električni izolator | tvar koja ne vodi električnu struju (plastika, guma, papir, staklo) |
| inertna tvar | tvar koja ne reagira ili reagira vrlo teško |
| uzorak tvari | mala količina tvari koja sastavom predstavlja cjelinu |
Vježba
Koja tvrdnja opisuje kemijsko svojstvo?
Gorenjem alkohol reagira s drugom tvari i nastaju nove tvari. Ostalo su fizikalna svojstva.
Kocka nepoznatoga metala ima masu 54 g i volumen 20 cm³. Izračunaj gustoću metala.
g/cm³
ρ = m / V = 54 g / 20 cm³ = 2,7 g/cm³
Od koje je tvari kocka iz prethodnoga zadatka? Posluži se tablicom u sažetku.
Gustoća aluminija iznosi 2,70 g/cm³.
Kolika je masa zlatne pločice volumena 10 cm³? (gustoća zlata je 19,30 g/cm³)
g
m = ρ · V = 19,30 g/cm³ · 10 cm³ = 193 g
Željezni uteg ima masu 393,5 g. Koliki mu je volumen? (gustoća željeza je 7,87 g/cm³)
cm³
V = m / ρ = 393,5 g / 7,87 g/cm³ = 50 cm³
Imaš tri kocke jednakoga volumena: od aluminija, željeza i zlata. Kako ćeš ih razlikovati zatvorenih očiju?
Pri jednakom volumenu veću masu ima tvar veće gustoće.
Žarulja u strujnom krugu svijetli kad su elektrode uronjene u jednu tekućinu, a ne svijetli u drugoj. Jedna je tekućina otopina šećera, a druga otopina kuhinjske soli. Koja je otopina vodič?
Ručka lonca često je od plastike, a dno od metala. Objasni zašto.
Primjer odgovora: Metal je dobar toplinski vodič pa brzo prenosi toplinu na hranu. Plastika je toplinski izolator pa se ručka ne zagrije i možemo je držati.
Zašto uz gustoću tvari treba navesti temperaturu i tlak?
Primjer odgovora: Zato što se promjenom temperature i tlaka mijenja volumen tvari, a time i gustoća. Tvar ima točno određenu gustoću samo pri određenoj temperaturi i tlaku.
Inertnost plastike istodobno je njezina prednost i nedostatak. Objasni.
Primjer odgovora: Prednost: plastika ne reagira s vodom, zrakom ni hranom pa je trajna i pogodna za ambalažu. Nedostatak: zbog iste se inertnosti u prirodi vrlo sporo razgrađuje i gomila kao otpad.
2.3. Podjela tvari
- razvrstati tvari na čiste tvari i smjese, a čiste tvari na elementarne tvari i kemijske spojeve
- usporediti svojstva metala i nemetala
- objasniti razliku između smjese i kemijskoga spoja
Sažetak
- TVARI
- čiste tvari – imaju točno određen i stalan sastav
- elementarne tvari – ne mogu se kemijskim postupcima rastaviti na jednostavnije tvari (metali, nemetali, polumetali)
- kemijski spojevi – složene čiste tvari koje se kemijskim postupkom mogu rastaviti na jednostavnije tvari (organski i anorganski)
- smjese tvari – nastaju miješanjem dviju ili više tvari
- homogene smjese
- heterogene smjese
- čiste tvari – imaju točno određen i stalan sastav
| Metali | Nemetali | |
|---|---|---|
| agregacijsko stanje | čvrsti (osim tekuće žive) | čvrsti ili plinoviti (osim tekućega broma) |
| izgled | sjajni, većinom srebrnosivi (zlato je žuto, bakar crvenkastosmeđ) | – |
| talište i vrelište | visoko | niže nego u metala |
| toplina i struja | dobri vodiči | ne vode (osim grafita) |
| obrada | neki se mogu kovati, izvlačiti u žice i valjati u limove | – |
| primjeri | željezo, zlato, bakar, magnezij, natrij, živa | sumpor, kisik, dušik, klor, helij, ugljik, jod |
Pokus: željezo i sumpor
- Elementarne tvari: željezo je siv, magnetičan metal; sumpor je žut nemetal.
- Smjesa: kad ih pomiješamo, svaki sastojak zadržava svoja svojstva – željezo je i dalje sivo i magnetično, sumpor žut.
- Kemijski spoj: zagrijavanjem željezo i sumpor reagiraju i nastaje nova tvar, željezov(II) sulfid. Siv je i nije magnetičan – ima nova svojstva.
Elektroliza je kemijski postupak kojim se djelovanjem istosmjerne električne struje voda razlaže na dvije elementarne tvari: vodik i kisik. To dokazuje da je voda kemijski spoj.
Organski spojevi: glukoza, etanol, octena kiselina. Anorganski spojevi: modra galica, natrijev klorid, voda.
Ključni pojmovi
| čista tvar | tvar točno određenoga i stalnoga sastava |
|---|---|
| elementarna tvar | čista tvar koja se kemijskim postupcima ne može rastaviti na jednostavnije tvari |
| kemijski spoj | složena čista tvar koja se kemijskim postupkom može rastaviti na jednostavnije tvari |
| smjesa tvari | nastaje miješanjem dviju ili više tvari; sastojci zadržavaju svoja svojstva |
| elektroliza | razlaganje kemijskoga spoja djelovanjem istosmjerne električne struje |
Vježba
Razvrstaj tvari.
1. kisik 2. bakar 3. voda 4. zrak - a) elementarna tvar – metal
- b) elementarna tvar – nemetal
- c) kemijski spoj
- d) smjesa tvari
U zdjelici je sivo-žuti prah. Kad mu približiš magnet, sive čestice skoče na magnet, a žute ostanu. Što je u zdjelici?
U smjesi sastojci zadržavaju svoja svojstva pa je željezo i dalje magnetično. Željezov(II) sulfid nije magnetičan.
Koja je tvrdnja o metalima i nemetalima netočna?
Zlato je žuto, a bakar crvenkastosmeđ.
Tvar X ne možemo nikakvim kemijskim postupkom rastaviti na jednostavnije tvari. Čvrsta je, sjajna i dobro vodi struju. Tvar X je:
Kako dokazujemo da je voda kemijski spoj, a ne elementarna tvar?
Isparavanje i smrzavanje samo su promjene agregacijskoga stanja – voda ostaje voda.
Navedi dvije razlike između smjese željeza i sumpora i spoja željezova(II) sulfida.
Primjer odgovora: 1) U smjesi sastojci zadržavaju svoja svojstva (željezo je magnetično, sumpor žut), a spoj ima nova svojstva (siv je i nije magnetičan). 2) Smjesu možemo razdvojiti fizikalnim postupkom, npr. magnetom, a spoj samo kemijskim postupkom. (Može i: spoj ima stalan sastav, a smjesa ne.)
U jednoj je čaši 100 mL destilirane, a u drugoj 100 mL vodovodne vode, ali ne znaš koja je koja. Kako ćeš to otkriti bez kušanja?
Primjer odgovora: Iz svake čaše ispariti malo vode na satnom staklu. Destilirana voda je čista tvar pa ne ostavlja trag, a vodovodna voda je smjesa pa nakon isparavanja ostaju otopljene čvrste tvari (bijeli trag).
2.4. Heterogene i homogene smjese
- razlikovati heterogene i homogene smjese
- odabrati postupak razdvajanja smjese prema svojstvima sastojaka
- objasniti što su legure
Sažetak
Smjesa se sastoji od dviju ili više čistih tvari koje međusobno kemijski ne reagiraju. Sastojci smjese zadržavaju svoja svojstva. Broj i vrsta sastojaka nisu određeni. U prirodi su tvari najčešće pomiješane: zrak, pijesak, magla, nafta, morska voda.
| Heterogena smjesa | Homogena smjesa | |
|---|---|---|
| sastojci | razlikuju se okom, povećalom ili mikroskopom | ne razlikuju se ni mikroskopom |
| sastav i svojstva | različiti u pojedinim dijelovima | isti u svim dijelovima |
| primjeri | pijesak, šljunak, dim, magla, mulj, granit, ulje i voda | zrak, zemni plin, kišnica, morska voda, ocat, vino, otopine, legure |
Razdvajanje smjesa
Postupak biramo prema svojstvu po kojem se sastojci razlikuju.
| Smjese | Postupak | Svojstvo koje koristimo |
|---|---|---|
| heterogene | sedimentiranje (taloženje) i dekantiranje (odlijevanje) | teži sastojak padne na dno |
| filtriranje | razlika u veličini čestica | |
| odvajanje magnetom | magnetičnost | |
| sublimiranje | tvar prelazi izravno iz čvrstoga u plinovito stanje (npr. jod) | |
| homogene | hlapljenje, isparavanje, kristalizacija | otapalo ode, čvrsta tvar ostane |
| destilacija | razlika u vrelištima; sačuvaju se oba sastojka |
Legure
Legure (slitine) su čvrste otopine dvaju ili više metala, dakle homogene smjese. Legura ima nova svojstva u odnosu na pojedine sastojke. Primjer: mjed je legura bakra i cinka.
Ključni pojmovi
| sastojci smjese | čiste tvari od kojih se smjesa sastoji |
|---|---|
| heterogena smjesa | smjesa u kojoj se sastojci mogu razlikovati okom, povećalom ili mikroskopom |
| homogena smjesa | smjesa istoga sastava i svojstava u svim dijelovima; sastojci se ne razlikuju |
| dekantiranje | odlijevanje tekućine iznad taloga |
| destilacija | razdvajanje isparavanjem i ponovnom kondenzacijom, na temelju različitih vrelišta |
| legura (slitina) | čvrsta otopina dvaju ili više metala, npr. mjed |
Vježba
Odredi vrstu svake tvari.
1. granit 2. mjed 3. ulje i voda 4. čist i suh zrak 5. destilirana voda - a) čista tvar
- b) heterogena smjesa čvrstih tvari
- c) heterogena smjesa dviju tekućina
- d) homogena smjesa – legura
- e) homogena smjesa plinova
Sastojke koje smjese možemo odvojiti taloženjem i dekantiranjem?
Kreda se u vodi ne otapa pa se istaloži. Šećer, alkohol i sol s vodom čine homogene smjese.
Želiš razdvojiti alkohol i vodu tako da sačuvaš oba sastojka. Koji ćeš postupak odabrati?
Alkohol i voda imaju različita vrelišta. Pri isparavanju u otvorenoj zdjelici oba bi sastojka otišla u zrak.
Kojim ćeš postupkom odvojiti jod iz smjese s kuhinjskom soli?
Zagrijavanjem jod prelazi izravno u paru, a sol ostaje.
Filtriraš mutnu morsku vodu s pijeskom. Što prolazi kroz filtarski papir?
Filtriranje odvaja samo čestice veće od pora papira. Otopljena sol pomiješana je s vodom na razini čestica.
U čaši su pomiješani željezne strugotine, pijesak i voda. Predloži redoslijed postupaka kojima ćeš dobiti svaki sastojak zasebno.
Primjer odgovora: Npr.: 1) filtriranjem (ili taloženjem i dekantiranjem) odvojiti vodu od čvrstih sastojaka; 2) čvrsti ostatak osušiti; 3) magnetom izvući željezne strugotine – pijesak ostaje.
Kuhinjska sol pomiješana je s pijeskom. Kako ćeš dobiti čistu, suhu sol? Navedi postupke i svojstvo koje svaki koristi.
Primjer odgovora: 1) Dodati vodu i promiješati: sol se otapa, a pijesak ne (topljivost). 2) Filtrirati: pijesak ostaje na papiru (veličina čestica). 3) Filtrat ispariti ili ostaviti da kristalizira: voda ode, sol ostane.
Zašto za otopinu šećera u vodi kažemo da je homogena, iako se sastoji od dviju tvari?
Primjer odgovora: Zato što su šećer i voda pomiješani na razini čestica: sastojke ne možemo razlikovati ni mikroskopom, a svaki dio otopine ima isti sastav i ista svojstva.
2.5. Iskazivanje sastava smjese
- razlikovati kvalitativni i kvantitativni opis smjese
- izračunati maseni i volumni udio sastojka
- iz udjela izračunati masu ili volumen sastojka i smjese
Sažetak
- Kvalitativni opis kaže što je u smjesi (npr. voće, povrće, voda).
- Kvantitativni opis kaže koliko čega ima (npr. 50 % voća, 40 % povrća).
Maseni udio: w(sastojak) = m(sastojak) / m(smjesa)
Volumni udio: φ(sastojak) = V(sastojak) / V(smjesa)
- Udio je uvijek manji od 1. U postotak ga pretvaramo množenjem sa 100: 0,25 = 25 %.
- Masa smjese je zbroj masa svih sastojaka.
- Mase moraju biti u istim jedinicama (1 g = 1000 mg, 1 kg = 1000 g).
- Volumni udio koristimo za tekuće i plinovite smjese. Kao volumen smjese uzimamo zbroj volumena sastojaka prije miješanja.
- Zrak sadrži 78 % dušika i 21 % kisika (volumni udjeli). 1 m³ = 1000 dm³ = 1000 L.
| Tražimo | Formula |
|---|---|
| udio | w = m(sastojak) / m(smjesa) |
| masu sastojka | m(sastojak) = w · m(smjesa) |
| masu smjese | m(smjesa) = m(sastojak) / w |
Riješeni primjeri
1. U 180 g vode otopljeno je 20 g šećera. Koliki je maseni udio šećera?
m(otopina) = 180 g + 20 g = 200 g → w(šećer) = 20 g / 200 g = 0,10 = 10 %
2. Čokolada mase 80 g ima 70 % kakaa. Kolika je masa kakaa?
m(kakao) = 0,70 · 80 g = 56 g
3. Koliko je litara kisika u 300 L zraka?
V(kisik) = 0,21 · 300 L = 63 L
Ključni pojmovi
| kvalitativni opis | navodi koji sastojci čine smjesu |
|---|---|
| kvantitativni opis | navodi koliko kojega sastojka ima u smjesi |
| maseni udio, w | omjer mase sastojka i mase smjese |
| volumni udio, φ | omjer volumena sastojka i volumena smjese |
Vježba
Koja je rečenica kvantitativni opis smjese?
U 225 g vode otopljeno je 25 g kuhinjske soli. Koliki je maseni udio soli u otopini?
%
m(otopina) = 225 g + 25 g = 250 g; w = 25 g / 250 g = 0,10 = 10 %. Česta pogreška: dijeliti s masom vode.
Otopina za ispiranje ima maseni udio soli 4 %. Koliko je grama soli u 500 g te otopine?
g
m(sol) = 0,04 · 500 g = 20 g
Otopina sadrži 12 g soli, što je 8 % mase otopine. Kolika je masa otopine?
g
m(otopina) = 12 g / 0,08 = 150 g
U 500 g mineralne vode ima 900 mg otopljenih čvrstih tvari. Koliki je njihov maseni udio?
%
900 mg = 0,9 g; w = 0,9 g / 500 g = 0,0018 = 0,18 %
Lubenica mase 5 kg sadrži 92 % vode. Kolika je masa svih ostalih tvari u lubenici?
kg
Ostale tvari čine 100 % − 92 % = 8 %; m = 0,08 · 5 kg = 0,4 kg
Pomiješano je 150 mL alkohola i 350 mL vode. Koliki je volumni udio alkohola?
%
V(smjesa) = 150 mL + 350 mL = 500 mL; φ = 150 mL / 500 mL = 0,30 = 30 %
Soba je duga 5 m, široka 4 m i visoka 3 m. Koliko je litara dušika u zraku te sobe? (φ(dušik) = 78 %)
L
V(soba) = 5 m · 4 m · 3 m = 60 m³ = 60 000 L; V(dušik) = 0,78 · 60 000 L = 46 800 L
U kojem se volumenu zraka nalaze 42 L kisika? (φ(kisik) = 21 %)
L
V(zrak) = 42 L / 0,21 = 200 L
Ana tvrdi: „U 100 g vode otopila sam 25 g šećera, dakle maseni udio šećera je 25 %.” Je li u pravu? Obrazloži računom.
Primjer odgovora: Nije. Masa otopine je 100 g + 25 g = 125 g, pa je w(šećer) = 25 g / 125 g = 0,20 = 20 %. Udio se računa prema masi cijele smjese, a ne prema masi otapala.
2.6. Otopine
- razlikovati otopinu, otapalo i otopljenu tvar
- objasniti topljivost i izračunati masu tvari koja se može otopiti
- razlikovati nezasićenu, zasićenu i prezasićenu otopinu
Sažetak
Otapanje je fizikalni proces miješanja dviju ili više tvari na razini čestica. Nastaje homogena smjesa – otopina. Pijesak se u vodi samo pomiješa (heterogena smjesa), a šećer se otopi.
- Otapalo je sastojak kojega u otopini ima najviše. Najčešće je otapalo voda; koriste se i alkohol i benzin.
- Otopljena tvar prisutna je u manjoj količini. Može biti čvrsta, tekuća ili plinovita.
- Tvari se bolje otapaju ako su po svojstvima slične otapalu.
| Tvar | u vodi | u alkoholu | u benzinu |
|---|---|---|---|
| kuhinjska sol | otapa se | ne otapa se | ne otapa se |
| ulje | ne otapa se | ne otapa se | – |
| jod | vrlo slabo (blago žuta otopina) | dobro (smeđa otopina – jodna tinktura) | topljiv (purpurna otopina) |
Destilacijom odvajamo otapalo od otopljene tvari: otopina se zagrijava, otapalo isparava, u Liebigovu hladilu se kondenzira i skuplja kao destilat. Otopljena čvrsta tvar ostaje u tikvici za destilaciju.
Topljivost
Topljivost je najveća masa tvari koja se može otopiti u 100 g otapala pri određenoj temperaturi.
| Tvar | Topljivost u 100 g vode |
|---|---|
| limunska kiselina, 20 °C | 73 g |
| natrijev klorid (kuhinjska sol), 20 °C | 35,9 g |
| kalijev nitrat, 50 °C | 80 g |
- Topljivost većine čvrstih tvari raste s porastom temperature.
- Topljivost plinova u vodi manja je pri višoj temperaturi, a veća pri višem tlaku. Zato ljeti u toplim, plitkim vodama ima manje kisika.
- Topljivost se može iskazati i masenim udjelom otopljene tvari u zasićenoj otopini: wsat = m(otopljena tvar) / (m(otapalo) + m(otopljena tvar)).
| Otopina | Masa otopljene tvari |
|---|---|
| nezasićena | manja od topljivosti – može se otopiti još tvari |
| zasićena | jednaka topljivosti – dodana tvar ostaje na dnu kao talog |
| prezasićena | veća od topljivosti – nastaje polaganim hlađenjem vruće zasićene otopine i nije postojana |
Riješeni primjer. Koliko se limunske kiseline može otopiti u 150 g vode pri 20 °C?
U 100 g vode otapa se 73 g, pa se u 150 g otapa 73 g · 150 / 100 = 109,5 g.
Ključni pojmovi
| otopina | homogena smjesa otapala i jedne ili više otopljenih tvari |
|---|---|
| otapalo | sastojak otopine kojega ima najviše |
| otopljena tvar | sastojak otopine prisutan u manjoj količini |
| topljivost | najveća masa tvari topljiva u 100 g otapala pri određenoj temperaturi |
| zasićena otopina | otopina koja sadrži točno onoliko otopljene tvari kolika je topljivost |
| destilat | tekućina dobivena kondenzacijom pare pri destilaciji |
Vježba
U parfemu je mala količina mirisnih tvari otopljena u alkoholu. Što je otapalo?
Otapalo je sastojak kojega u otopini ima najviše.
Koliko se grama limunske kiseline može najviše otopiti u 250 g vode pri 20 °C? (topljivost: 73 g u 100 g vode)
g
73 g · 250 / 100 = 182,5 g
U 200 g vode pri 20 °C stavljeno je 80 g natrijeva klorida (topljivost: 35,9 g u 100 g vode). Koliko grama soli ostaje neotopljeno?
g
U 200 g vode otapa se najviše 2 · 35,9 g = 71,8 g. Neotopljeno ostaje 80 g − 71,8 g = 8,2 g.
Kolika je masa vode potrebna da se pri 50 °C otopi 200 g kalijeva nitrata? (topljivost: 80 g u 100 g vode)
g
100 g · 200 / 80 = 250 g
Izračunaj maseni udio kalijeva nitrata u zasićenoj otopini pri 50 °C (80 g u 100 g vode). Zaokruži na jednu decimalu.
%
w = 80 g / (100 g + 80 g) = 80 / 180 = 0,444 = 44,4 %
U 100 g vode pri 50 °C otopljeno je 60 g kalijeva nitrata (topljivost 80 g). Kakva je to otopina?
Otopljeno je manje od topljivosti, pa se može otopiti još 20 g.
U otopinu modre galice ubaciš jedan kristalić modre galice i on se otopi. Što zaključuješ o otopini?
U zasićenoj bi otopini kristalić ostao neotopljen, a u prezasićenoj bi izazvao naglo izlučivanje kristala.
Zašto ribe u plitkom ribnjaku ljeti teže dišu?
U čaši su tri sloja tekućina: voda, ulje i alkohol. Ulje je iznad vode, ali ispod alkohola. Koje svojstvo određuje redoslijed slojeva i što iz njega zaključuješ?
Primjer odgovora: Gustoća. Tekućina manje gustoće pluta na onoj veće gustoće: alkohol ima najmanju gustoću, ulje srednju, a voda najveću.
Opiši kako bi od zasićene otopine s talogom pripremio prezasićenu otopinu.
Primjer odgovora: Zasićenu otopinu s talogom treba zagrijati: pri višoj temperaturi topljivost je veća pa se talog otopi. Zatim otopinu treba polako i mirno hladiti. Ako se suvišak tvari ne izluči, pri nižoj temperaturi dobivamo prezasićenu otopinu.
2.7. Kisele, neutralne i lužnate otopine
- navesti primjere kiselina i lužina
- indikatorom odrediti je li otopina kisela, neutralna ili lužnata
- protumačiti pH-vrijednost otopine
Sažetak
Kiseline
- Kiseline su kemijski spojevi. Nastaju i u živim bićima: mravlja kiselina (mravi, meduze, kopriva), klorovodična kiselina u želucu.
- Organske kiseline: octena, limunska, askorbinska, oksalna, vinska, mliječna.
- Anorganske kiseline: sumporna, klorovodična, fosforna, dušična, ugljična.
- Pri razrjeđivanju se koncentrirana kiselina polako ulijeva u vodu uz stalno miješanje (nikada obrnuto), uz zaštitna sredstva.
Lužine
- Lužine su vodene otopine suprotnih svojstava od kiselina. Nastaju otapanjem hidroksida metala u vodi.
- Najjače lužine nastaju od hidroksida natrija, kalija, magnezija i kalcija.
- Lužnate su i otopine amonijaka, sode bikarbone, sapuna i deterdženata.
Reakcijom odgovarajućih količina kiseline i lužine nastaje neutralna otopina:
kiselina + lužina → sol + voda
Indikatori i pH
Kemikalije ne kušamo, pa kiselost ispitujemo indikatorima – tvarima koje promjenom boje dokazuju prisutnost druge tvari.
| Indikator | u kiselom | u lužnatom |
|---|---|---|
| plavi lakmusov papir | pocrveni | ostaje plav |
| crveni lakmusov papir | ostaje crven | poplavi |
| metiloranž | crven | žut |
| fenolftalein | bezbojan | ružičast (purpuran) |
| fenol crveno | žuto | crveno |
| timolftalein | bezbojan | plav |
Univerzalni indikatorski papir žute je boje i pokazuje je li otopina kisela, neutralna ili lužnata. Boju uspoređujemo s ljestvicom pH-vrijednosti od 0 do 14. Za točnija mjerenja služi digitalni pH-metar.
Primjeri: sumporna kiselina je jaka kiselina, ocat slaba kiselina, otopina natrijeva klorida neutralna, otopina sode bikarbone slaba lužina, natrijeva lužina jaka lužina.
Ključni pojmovi
| kiseline | kemijski spojevi čije otopine imaju pH manji od 7 |
|---|---|
| lužine | vodene otopine hidroksida metala; imaju pH veći od 7 |
| neutralna otopina | otopina koja nije ni kisela ni lužnata; pH = 7 |
| indikator | tvar koja promjenom boje dokazuje prisutnost druge tvari |
| pH-vrijednost | broj od 0 do 14 kojim iskazujemo kiselost ili lužnatost otopine |
Vježba
Plavi lakmusov papir uronjen u otopinu ostao je plav, a crveni je poplavio. Otopina je:
Crveni lakmusov papir poplavi samo u lužini.
Ni plavi ni crveni lakmusov papir nisu promijenili boju. Otopina je:
Poveži otopinu s njezinom približnom pH-vrijednošću.
1. sumporna kiselina 2. ocat 3. otopina natrijeva klorida 4. otopina sode bikarbone 5. natrijeva lužina - a) pH 1
- b) pH 13
- c) pH 3
- d) pH 7
- e) pH 9
Što je pH manji od 7, kiselina je jača; što je veći od 7, lužina je jača.
U bezbojnu otopinu dodaš kap fenolftaleina i ona postane ružičasta. Što će se dogoditi ako joj zatim polako dodaješ kiselinu?
Kiselina i lužina reagiraju u sol i vodu. Fenolftalein je u neutralnom i kiselom bezbojan.
Kako se pravilno razrjeđuje koncentrirana kiselina?
Koji je niz sastavljen samo od organskih kiselina?
Sredstvo za čišćenje odvoda sadrži jaku lužinu. Kojim bi indikatorom to provjerio i kakvu promjenu očekuješ?
Primjer odgovora: Npr. crvenim lakmusovim papirom – poplavit će; fenolftaleinom – postat će ružičast; ili univerzalnim indikatorskim papirom – pokazat će pH znatno veći od 7 (oko 13–14).
Zašto je digitalni pH-metar pouzdaniji od univerzalnoga indikatorskog papira?
Primjer odgovora: Zato što boju papira procjenjujemo okom, a to je subjektivno: ljudi različito vide nijanse boja. pH-metar pokazuje brojčanu vrijednost.
Čaj promijeni boju kad mu dodamo limunov sok. Objasni zašto.
Primjer odgovora: Tvari u čaju koje mu daju boju ponašaju se kao indikator: u kiselom (limunska kiselina) imaju drugačiju boju nego u neutralnom.
2.8. Biološko djelovanje tvari
- objasniti što je biološko djelovanje tvari
- navesti korisne i štetne utjecaje tvari na organizam i okoliš
- kritički prosuditi upotrebu aditiva, pesticida i tvari koje izazivaju ovisnost
Sažetak
Biološko djelovanje tvari je djelovanje tvari na živa bića. Može biti korisno ili štetno.
- Korisno: masti i ulja, bjelančevine i ugljikohidrati izgrađuju živa bića. Vitamini i minerali omogućuju normalan rad organizma i štite nas od bolesti. Lijekovi liječe bolesti.
- Prehrana: gazirani sokovi sadrže velike količine šećera. Prženjem hrane u ulju nastaju kancerogene tvari, a takva je hrana i bogata masnoćama i solju.
- Pesticidi su kemikalije za zaštitu biljaka. Hranidbenim lancem ulaze u sva živa bića pa su velik ekološki problem. Upotreba pesticida DDT zabranjena je od 1972. godine.
- Prehrambeni aditivi dodaju se hrani da dulje zadrži svojstva i dulje se čuva. Označavaju se E-brojevima. Neki mogu loše utjecati na zdravlje. Soda bikarbona (E500) smatra se bezopasnom.
- Piktogrami opasnosti nalaze se i na proizvodima u kućanstvu (mirisne svijeće, eterična ulja, mirisi za automobile).
Ovisnost: pušenje
Cigaretni dim sadrži više od 4000 štetnih sastojaka. Najštetniji su:
| Tvar | Djelovanje |
|---|---|
| nikotin | jedan od najjačih biljnih otrova; krvotokom dolazi u mozak i izaziva ovisnost |
| katran | lijepi se na dišne organe i krvne žile; povećava rizik od raka i bolesti srca i krvnih žila |
| ugljikov monoksid | otrovan plin; remeti opskrbu stanica kisikom, što dovodi do trovanja i smrti |
Ključni pojmovi
| biološko djelovanje tvari | djelovanje tvari na živa bića; može biti korisno ili štetno |
|---|---|
| prehrambeni aditivi | tvari koje se dodaju hrani da dulje zadrži svojstva; označavaju se E-brojevima |
| pesticidi | kemikalije za zaštitu biljaka |
| ovisnost | stanje u kojem organizam traži stalno uzimanje neke tvari |
| nikotin, katran, ugljikov monoksid | najštetniji sastojci cigaretnoga dima |
Vježba
Poveži sastojak cigaretnoga dima s njegovim djelovanjem.
1. nikotin 2. katran 3. ugljikov monoksid - a) izaziva ovisnost
- b) lijepi se na dišne organe i krvne žile
- c) remeti opskrbu stanica kisikom
Pesticid je poprskan samo po polju, a pronađen je u tijelu ptica grabljivica koje ne jedu biljke. Kako je tamo dospio?
Na deklaraciji keksa piše „E500”. Što to znači?
E-brojevi su dogovorene oznake aditiva. E500 je soda bikarbona, sredstvo za rahljenje koje se smatra bezopasnim.
Zašto je ugljikov monoksid posebno opasan plin?
Ista tvar može djelovati i korisno i štetno. Objasni na primjeru kuhinjske soli ili šećera.
Primjer odgovora: Npr. šećer je ugljikohidrat i organizmu daje energiju (korisno), ali u prevelikim količinama, primjerice iz gaziranih sokova, šteti zdravlju. Slično vrijedi za sol: potrebna je organizmu, ali previše soli šteti.
Navedi jedan razlog za upotrebu aditiva u hrani i jedan razlog za oprez.
Primjer odgovora: Za: hrana dulje zadržava svojstva i može se dulje čuvati. Oprez: neki aditivi mogu loše utjecati na zdravlje pa ih treba izbjegavati ili uzimati u malim količinama – zato čitamo deklaracije.
Kartice za ponavljanje
Pročitaj pitanje, odgovori naglas pa okreni karticu. Kartice koje ne znaš vratit će se na kraj špila.
Izreži kartice po vodoravnim crtama i presavij ih po sredini: pitanje je s jedne, a odgovor s druge strane.
Završni test: Tvari, vrste tvari i njihova svojstva
Riješi test bez gledanja u sažetke. Svako pitanje nosi 1 bod.
Bodovi: ______ / 20
Suhi led (čvrsti ugljikov dioksid) na sobnoj temperaturi nestaje, a da pri tome ne nastaje tekućina. Taj prijelaz je:
Čestice tvari jako su udaljene i kreću se u svim smjerovima. Tvar:
Predmet ima masu 157,4 g i volumen 20 cm³. Izračunaj mu gustoću.
g/cm³
Predmet iz prethodnoga zadatka privlači magnet i vodi struju. Od koje je tvari? (aluminij 2,70 g/cm³; željezo 7,87 g/cm³; zlato 19,30 g/cm³)
Razvrstaj tvari.
1. sumpor 2. natrijev klorid 3. morska voda 4. pijesak i voda - a) elementarna tvar
- b) heterogena smjesa
- c) homogena smjesa
- d) kemijski spoj
Što od navedenoga dokazuje da je zagrijavanjem željeza i sumpora nastao kemijski spoj?
Kojim ćeš redoslijedom postupaka iz smjese pijeska i soli dobiti čistu sol?
Pri destilaciji otopine modre galice u Erlenmeyerovoj tikvici skuplja se:
U 147 g vode otopljeno je 3 g soli. Koliki je maseni udio soli u otopini?
%
Čokolada ima 70 % kakaa. Koliko je grama kakaa u komadu mase 40 g?
g
Sok je pripremljen od 0,5 L koncentrata i 2 L vode. Koliki je volumni udio koncentrata?
%
Koliko je litara kisika u 50 L zraka? (φ(kisik) = 21 %)
L
Koliko se grama limunske kiseline može najviše otopiti u 40 g vode pri 20 °C? (topljivost: 73 g u 100 g vode)
g
U 100 g vode pri 20 °C stavljeno je 40 g natrijeva klorida (topljivost 35,9 g). Što nastaje?
Vruću zasićenu otopinu šećera polako ohladimo, a kristali se ne izluče. Dobili smo:
Otopina ima pH 3. Koja je tvrdnja točna?
Dopuni: kiselina + lužina → sol + …
Otopini A izmjeren je pH 2, a otopini B pH 12. Što nastaje ako ih pomiješamo u odgovarajućem omjeru?
Poveži tvar s njezinim biološkim djelovanjem.
1. nikotin 2. vitamini 3. pesticidi 4. ugljikov monoksid - a) hranidbenim lancem ulaze u sva živa bića
- b) izaziva ovisnost
- c) omogućuju normalan rad organizma
- d) remeti opskrbu stanica kisikom
Koja je tvrdnja o topljivosti točna?
Rješenja
2.1. Tvari – sve oko nas i u nama
- b) da je zrak tvar jer ima masu i zauzima prostor
- c) tekućem
- 1–c, 2–b, 3–a, 4–d, 5–e
- a) temperatura se ne mijenja i iznosi 0 °C
- c) plastika, alkohol, bjelančevine
- d) organske tvari mogu se i umjetno proizvesti; zajednički im je ugljik
- U plinu su čestice jako udaljene pa ih tlačenjem možemo približiti. U tekućini su čestice već blizu jedna drugoj i među njima nema slobodnoga prostora, pa se volumen ne može smanjiti.
- Prirodne: morska sol, bakar, vuna. Umjetne: plastika, najlon, čelik. Najteže je razvrstati čelik: željezo je prirodna tvar, ali čelik kao takav ne nalazimo u prirodi, nego ga čovjek proizvodi.
2.2. Svojstva tvari
- c) alkohol je zapaljiv
- 2,7 g/cm³
- a) od aluminija
- 193 g
- 50 cm³
- b) po težini: najteža je zlatna, a najlakša aluminijska
- d) otopina kuhinjske soli
- Metal je dobar toplinski vodič pa brzo prenosi toplinu na hranu. Plastika je toplinski izolator pa se ručka ne zagrije i možemo je držati.
- Zato što se promjenom temperature i tlaka mijenja volumen tvari, a time i gustoća. Tvar ima točno određenu gustoću samo pri određenoj temperaturi i tlaku.
- Prednost: plastika ne reagira s vodom, zrakom ni hranom pa je trajna i pogodna za ambalažu. Nedostatak: zbog iste se inertnosti u prirodi vrlo sporo razgrađuje i gomila kao otpad.
2.3. Podjela tvari
- 1–b, 2–a, 3–c, 4–d
- b) smjesa željeza i sumpora
- c) svi su metali srebrnosive boje
- d) metal
- a) elektrolizom se razlaže na vodik i kisik
- 1) U smjesi sastojci zadržavaju svoja svojstva (željezo je magnetično, sumpor žut), a spoj ima nova svojstva (siv je i nije magnetičan). 2) Smjesu možemo razdvojiti fizikalnim postupkom, npr. magnetom, a spoj samo kemijskim postupkom. (Može i: spoj ima stalan sastav, a smjesa ne.)
- Iz svake čaše ispariti malo vode na satnom staklu. Destilirana voda je čista tvar pa ne ostavlja trag, a vodovodna voda je smjesa pa nakon isparavanja ostaju otopljene čvrste tvari (bijeli trag).
2.4. Heterogene i homogene smjese
- 1–b, 2–d, 3–c, 4–e, 5–a
- c) školske krede i vode
- a) destilaciju
- b) sublimiranjem
- d) voda zajedno s otopljenom soli
- Npr.: 1) filtriranjem (ili taloženjem i dekantiranjem) odvojiti vodu od čvrstih sastojaka; 2) čvrsti ostatak osušiti; 3) magnetom izvući željezne strugotine – pijesak ostaje.
- 1) Dodati vodu i promiješati: sol se otapa, a pijesak ne (topljivost). 2) Filtrirati: pijesak ostaje na papiru (veličina čestica). 3) Filtrat ispariti ili ostaviti da kristalizira: voda ode, sol ostane.
- Zato što su šećer i voda pomiješani na razini čestica: sastojke ne možemo razlikovati ni mikroskopom, a svaki dio otopine ima isti sastav i ista svojstva.
2.5. Iskazivanje sastava smjese
- d) Prašak za rublje sadrži 16 % deterdženta.
- 10 %
- 20 g
- 150 g
- 0,18 %
- 0,4 kg
- 30 %
- 46800 L
- 200 L
- Nije. Masa otopine je 100 g + 25 g = 125 g, pa je w(šećer) = 25 g / 125 g = 0,20 = 20 %. Udio se računa prema masi cijele smjese, a ne prema masi otapala.
2.6. Otopine
- c) alkohol
- 182,5 g
- 8,2 g
- 250 g
- 44,4 %
- a) nezasićena
- c) bila je nezasićena
- b) jer je topljivost kisika u vodi manja pri višoj temperaturi
- Gustoća. Tekućina manje gustoće pluta na onoj veće gustoće: alkohol ima najmanju gustoću, ulje srednju, a voda najveću.
- Zasićenu otopinu s talogom treba zagrijati: pri višoj temperaturi topljivost je veća pa se talog otopi. Zatim otopinu treba polako i mirno hladiti. Ako se suvišak tvari ne izluči, pri nižoj temperaturi dobivamo prezasićenu otopinu.
2.7. Kisele, neutralne i lužnate otopine
- c) lužnata
- a) neutralna
- 1–a, 2–c, 3–d, 4–e, 5–b
- d) ružičasta boja će nestati kad se lužina neutralizira
- b) kiselina se polako ulijeva u vodu uz stalno miješanje
- c) limunska, mliječna, octena
- Npr. crvenim lakmusovim papirom – poplavit će; fenolftaleinom – postat će ružičast; ili univerzalnim indikatorskim papirom – pokazat će pH znatno veći od 7 (oko 13–14).
- Zato što boju papira procjenjujemo okom, a to je subjektivno: ljudi različito vide nijanse boja. pH-metar pokazuje brojčanu vrijednost.
- Tvari u čaju koje mu daju boju ponašaju se kao indikator: u kiselom (limunska kiselina) imaju drugačiju boju nego u neutralnom.
2.8. Biološko djelovanje tvari
- 1–a, 2–b, 3–c
- b) hranidbenim lancem: biljke → biljojedi → grabljivice
- c) keksi sadrže prehrambeni aditiv – sodu bikarbonu
- d) jer remeti opskrbu stanica kisikom pa dovodi do trovanja
- Npr. šećer je ugljikohidrat i organizmu daje energiju (korisno), ali u prevelikim količinama, primjerice iz gaziranih sokova, šteti zdravlju. Slično vrijedi za sol: potrebna je organizmu, ali previše soli šteti.
- Za: hrana dulje zadržava svojstva i može se dulje čuvati. Oprez: neki aditivi mogu loše utjecati na zdravlje pa ih treba izbjegavati ili uzimati u malim količinama – zato čitamo deklaracije.
Završni test
- d) sublimacija
- b) nema ni stalan oblik ni stalan volumen
- 7,87 g/cm³
- a) od željeza
- 1–a, 2–d, 3–c, 4–b
- c) nastala tvar nije magnetična i ima nova svojstva
- b) otapanje u vodi, filtriranje, isparavanje filtrata
- d) destilat – voda
- 2 %
- 28 g
- 20 %
- 10,5 L
- 29,2 g
- c) zasićena otopina i 4,1 g taloga
- a) prezasićenu otopinu
- d) otopina je kisela i plavi lakmus će pocrvenjeti
- voda
- b) neutralna otopina soli
- 1–b, 2–c, 3–a, 4–d
- c) topljivost većine čvrstih tvari raste, a plinova pada s porastom temperature