3. Građa tvari

3.1. Građa atoma

Udžbenik: str. 60–62

Sažetak

• Grčki filozofi Leukip i Demokrit pretpostavili su da se tvari sastoje od malih nedjeljivih čestica. Naziv atom dolazi od grčke riječi atomos = nedjeljiv.
• John Dalton početkom 19. stoljeća na temelju pokusa obnavlja atomističku teoriju.
• J. J. Thomson 1897. otkriva elektron – atom, dakle, ipak nije nedjeljiv.
• Difuzija je prodiranje čestica jedne tvari među čestice druge tvari zbog nasumičnoga gibanja (npr. ljubičasto obojenje vode oko kristala kalijeva permanganata). Ona pokazuje da su tvari građene od čestica.

• Protoni i neutroni zajedno se zovu nukleoni i čine pozitivno nabijenu jezgru (nukleus).
• Elektroni se brzo gibaju oko jezgre i čine elektronski omotač (oblak).
• Proton ima oko 2000 puta veću masu od elektrona, pa je masa atoma približno jednaka masi jezgre.
• Promjer omotača oko 10 000 puta je veći od promjera jezgre: atom je najvećim dijelom prazan prostor.
• Atom je neutralan jer ima jednak broj protona i elektrona.

Protonski (atomski) broj:   Z = N(p⁺) = N(e⁻)
Nukleonski (maseni) broj:   A = N(p⁺) + N(n⁰)  →  N(n⁰) = A − Z

Riješeni primjer. Atom ima Z = 6 i A = 14. Ima 6 protona, 6 elektrona i 14 − 6 = 8 neutrona.

Ključni pojmovi

Vježba

1. Atom ima protonski broj 11 i nukleonski broj 23. Koliko neutrona ima?

   Provjeri

2. U jezgri atoma je 17 protona i 18 neutrona. Koliki mu je nukleonski broj?

   Provjeri

3. Koliko elektrona ima atom iz prethodnoga zadatka?

   Provjeri

4. Zašto je atom kao cjelina električki neutralan?

   1. a) jer neutroni poništavaju naboj protona
   2. b) jer nijedna čestica u atomu nema naboj
   3. c) jer je broj protona jednak broju elektrona
   4. d) jer je broj protona jednak broju neutrona

5. Kada bismo iz atoma uklonili sve elektrone, njegova bi se masa:

   1. a) smanjila na polovinu
   2. b) gotovo ne bi promijenila
   3. c) smanjila na nulu
   4. d) udvostručila

6. U modelu atoma jezgra je kuglica promjera 1 mm. Koliki bi, otprilike, bio promjer elektronskoga omotača? Odgovor izrazi u metrima.

   m Provjeri

7. Poveži znanstvenika s doprinosom.

   1. Demokrit	– odaberi –najsitniji dio tvari nazvao je atomotkrio je elektronpokusima je obnovio atomističku teoriju
   2. John Dalton	– odaberi –najsitniji dio tvari nazvao je atomotkrio je elektronpokusima je obnovio atomističku teoriju
   3. J. J. Thomson	– odaberi –najsitniji dio tvari nazvao je atomotkrio je elektronpokusima je obnovio atomističku teoriju

   1. a) najsitniji dio tvari nazvao je atom
   2. b) otkrio je elektron
   3. c) pokusima je obnovio atomističku teoriju

   Provjeri

8. Kristal kalijeva permanganata na dnu čaše polako oboji svu vodu ljubičasto, iako vodu nitko ne miješa. Objasni pojavu i predloži kako je ubrzati.

   Prikaži primjer odgovora

9. Koje čestice određuju masu atoma, a koje njegovu veličinu? Obrazloži.

   Prikaži primjer odgovora

3.2. Kemijski elementi i simboli kemijskih elemenata

Udžbenik: str. 63–65

Sažetak

Svi atomi koji imaju jednak broj protona pripadaju istom kemijskom elementu.

• Svaki je element građen od samo jedne vrste atoma. Svi atomi vodika imaju 1 proton, natrija 11, a klora 17.
• Danas je poznato 118 elemenata; u prirodi ih nalazimo oko 90.
• Dalton je predložio slikovne simbole, ali su bili nepraktični. J. J. Berzelius je 1813. predložio da se elementi označavaju prvim ili prvim i još jednim slovom latinskoga imena – tako pišemo i danas.
• Prvo slovo simbola je veliko, a drugo, ako postoji, malo. Simbol čitamo slovo po slovo: H „ha”, He „ha-e”, Hg „ha-ge”.

Pomoć za pamćenje – simboli dolaze od latinskih imena: C carboneum, Ca calcium, Na natrium, K kalium, Fe ferrum, Cu cuprum, Ag argentum, Au aurum, Hg hydrargyrum, Pb plumbum.

Dva značenja simbola

Ključni pojmovi

Vježba

1. Poveži element sa simbolom.

   1. natrij	– odaberi –AgAuCuFeHgKNaPb
   2. kalij	– odaberi –AgAuCuFeHgKNaPb
   3. željezo	– odaberi –AgAuCuFeHgKNaPb
   4. bakar	– odaberi –AgAuCuFeHgKNaPb
   5. srebro	– odaberi –AgAuCuFeHgKNaPb
   6. zlato	– odaberi –AgAuCuFeHgKNaPb
   7. živa	– odaberi –AgAuCuFeHgKNaPb
   8. olovo	– odaberi –AgAuCuFeHgKNaPb

   1. a) Ag
   2. b) Au
   3. c) Cu
   4. d) Fe
   5. e) Hg
   6. f) K
   7. g) Na
   8. h) Pb

   Provjeri

2. Dva atoma imaju jednak broj protona, a različit broj neutrona. Pripadaju li istom kemijskom elementu?

   1. a) da, jer element određuje broj protona
   2. b) ne, jer imaju različitu masu
   3. c) ne, jer imaju različit nukleonski broj
   4. d) samo ako imaju i jednak broj neutrona

3. Atom ima 16 protona, 16 neutrona i 16 elektrona. Napiši njegov kemijski simbol. (Posluži se periodnim sustavom.)

   Provjeri

4. Kemijskom simbolikom zapiši: pet atoma sumpora.

   Provjeri

5. Učenik je simbol kalcija napisao „CA”. Zašto to nije ispravno?

   1. a) jer se simboli pišu samo malim slovima
   2. b) jer je simbol kalcija K
   3. c) jer simbol mora imati tri slova
   4. d) jer je drugo slovo simbola uvijek malo: Ca

6. Po čemu se razlikuju zapisi Co i CO?

   1. a) ne razlikuju se, to je isti zapis
   2. b) Co je simbol jednoga elementa (kobalta), a CO sadrži simbole dvaju elemenata (ugljika i kisika)
   3. c) Co je spoj, a CO element
   4. d) CO je simbol kobalta napisan velikim slovima

7. Zašto je simbol natrija Na, a ne N?

   1. a) jer je natrij otkriven poslije dušika
   2. b) jer se simboli biraju nasumično
   3. c) jer je N već simbol dušika pa je uzeto i drugo slovo latinskoga imena natrium
   4. d) jer natrij ima dva protona

8. Objasni kvalitativno i kvantitativno značenje zapisa: a) Na   b) 2Na.

   Prikaži primjer odgovora

3.3. Izotopi

Udžbenik: str. 66–68

Sažetak

Izotopi su atomi istoga kemijskog elementa: imaju isti broj protona, ali različit broj neutrona, pa im se razlikuje nukleonski broj.

Izotop označavamo tako da ispred simbola pišemo nukleonski broj A gore, a protonski broj Z dolje:   AZX, npr. 146C. Često pišemo i samo ime s nukleonskim brojem: ugljik-14.

• Deuterij ima dva, a tricij tri puta veću masu od procija.
• Jezgre nekih atoma su nestabilne: mijenjaju se i pri tome emitiraju radioaktivno zračenje.
• Primjena: nuklearne elektrane (električna energija), medicina (liječenje tumora), mineralogija (određivanje starosti stijena).
• Marie Skłodowska Curie (1867. – 1934.) istraživala je radioaktivnost i otkrila radij i polonij. Prva je dobitnica Nobelove nagrade i jedina je nagradu dobila u dvama znanstvenim područjima – fizici i kemiji.

Ključni pojmovi

Vježba

1. Koji par čine izotopi istoga elementa?

   1. a) 168X i 167X
   2. b) 146X i 147X
   3. c) 168X i 188X
   4. d) 188X i 189X

2. Koliko neutrona ima atom uranija-235? (protonski broj uranija je 92)

   Provjeri

3. Klor ima dva izotopa: klor-35 i klor-37 (Z = 17). Koliko neutrona više ima teži izotop?

   Provjeri

4. Atom Y ima 20 elektrona i 20 neutrona. Koliki mu je nukleonski broj?

   Provjeri

5. Koji je to element (atom Y iz prethodnoga zadatka)? Napiši ime. (Posluži se periodnim sustavom.)

   Provjeri

6. Po čemu se izotopi ugljik-12 i ugljik-14 ne razlikuju?

   1. a) po masi atoma
   2. b) po broju neutrona
   3. c) po nukleonskom broju
   4. d) po broju protona i elektrona

7. Atom ima 1 proton i 2 neutrona. Koja je tvrdnja točna?

   1. a) to je tricij, radioaktivni izotop vodika
   2. b) to je atom helija jer ima 3 nukleona
   3. c) to je deuterij
   4. d) to je atom litija jer mu je nukleonski broj 3

8. Atom X ima protonski broj 93 i nukleonski broj 239. Odredi broj protona, elektrona i neutrona.

   Prikaži primjer odgovora

9. Navedi dvije korisne primjene radioaktivnoga zračenja i objasni zašto pri radu s njim trebaju mjere opreza.

   Prikaži primjer odgovora

3.4. Periodni sustav elemenata

Udžbenik: str. 69–71

Sažetak

• Dmitrij Ivanovič Mendeljejev je 1869. objavio tablicu sa šezdesetak tada poznatih elemenata. Poredao ih je prema rastućim atomskim masama i uočio da se slična svojstva periodično ponavljaju.
• Neka je mjesta ostavio prazna i tako predvidio elemente koji su otkriveni kasnije.
• Danas je 118 elemenata poredano prema rastućem rednom broju, koji je jednak protonskom broju.
• Periode su vodoravni redovi (1 – 7). Skupine su uspravni stupci (1 – 18).
• Elementi iste skupine imaju slična kemijska svojstva.
• Metali su lijevo i u sredini (ima ih najviše), nemetali desno, a polumetali između njih.
• Elementi do rednoga broja 92 (osim tehnecija) nađeni su u prirodi; ostali su umjetno proizvedeni. Konačno ime novom elementu daje IUPAC (npr. 118 je oganeson, Og).

Skraćeni prikaz: prvih 20 elemenata i samo skupine 1, 2 i 13–18 (brojevi u zaglavlju). Mali broj je protonski broj. Cijeli periodni sustav nalazi se u udžbeniku na str. 70.

Riješeni primjer. Ugljik je u 2. periodi i 14. skupini. Redni broj mu je 6, dakle ima 6 protona i 6 elektrona. Nalazi se na desnoj strani – nemetal je.

Ključni pojmovi

Vježba

1. Koji se element nalazi u 3. periodi i 16. skupini? Napiši ime.

   Provjeri

2. Koliko elektrona ima atom elementa koji se nalazi u 3. periodi i 13. skupini?

   Provjeri

3. Koji par elemenata ima najsličnija kemijska svojstva?

   1. a) natrij i magnezij
   2. b) natrij i klor
   3. c) natrij i kalij
   4. d) natrij i neon

4. Mendeljejev je u svojoj tablici ostavio prazna mjesta. Zašto?

   1. a) jer nije znao brojiti protone
   2. b) jer je predvidio da postoje još neotkriveni elementi sa svojstvima koja pripadaju tim mjestima
   3. c) jer je tablica bila premala
   4. d) jer je elemente poredao abecedno

5. Usporedi položaj kisika i sumpora u periodnom sustavu. Koja je tvrdnja točna?

   1. a) u istoj su periodi, a u različitim skupinama
   2. b) u različitim su periodama i različitim skupinama
   3. c) kisik je metal, a sumpor nemetal
   4. d) u istoj su skupini (16.), a u različitim periodama (2. i 3.)

6. Razvrstaj elemente prema položaju u periodnom sustavu.

   1. magnezij	– odaberi –metalnemetal 17. skupinenemetal 18. skupine (plemeniti plin)polumetal
   2. silicij	– odaberi –metalnemetal 17. skupinenemetal 18. skupine (plemeniti plin)polumetal
   3. klor	– odaberi –metalnemetal 17. skupinenemetal 18. skupine (plemeniti plin)polumetal
   4. argon	– odaberi –metalnemetal 17. skupinenemetal 18. skupine (plemeniti plin)polumetal

   1. a) metal
   2. b) nemetal 17. skupine
   3. c) nemetal 18. skupine (plemeniti plin)
   4. d) polumetal

   Provjeri

7. Element X ima redni broj 19. Što sve možemo zaključiti iz periodnoga sustava?

   1. a) to je kalij, metal 1. skupine, s 19 protona i 19 elektrona
   2. b) to je kalcij, metal 2. skupine, s 19 neutrona
   3. c) to je klor, nemetal, s 19 elektrona
   4. d) ništa, jer ne znamo nukleonski broj

8. U periodnom sustavu u udžbeniku (str. 70) pronađi element u 4. periodi i 8. skupini. Iznesi što više podataka o njegovu atomu.

   Prikaži primjer odgovora

3.5. Kako su građene elementarne tvari

Udžbenik: str. 72–75

Sažetak

• Molekule su stabilne čestice nastale povezivanjem dvaju ili više atoma nemetala.
• Ozon u gornjim slojevima atmosfere štiti živa bića od štetnoga ultraljubičastog zračenja.

Indeks (desno dolje) – broj atoma u molekuli.   Koeficijent (ispred formule) – broj molekula.
Ukupan broj atoma = koeficijent · indeks

Ključni pojmovi

Vježba

1. Poveži zapis sa značenjem.

   1. 2H	– odaberi –dva atoma vodikadvije molekule vodikajedan atom vodikajedna molekula vodika
   2. H2	– odaberi –dva atoma vodikadvije molekule vodikajedan atom vodikajedna molekula vodika
   3. 2H2	– odaberi –dva atoma vodikadvije molekule vodikajedan atom vodikajedna molekula vodika
   4. H	– odaberi –dva atoma vodikadvije molekule vodikajedan atom vodikajedna molekula vodika

   1. a) dva atoma vodika
   2. b) dvije molekule vodika
   3. c) jedan atom vodika
   4. d) jedna molekula vodika

   Provjeri

2. Od koliko se atoma sastoji pet molekula klora, 5Cl₂?

   Provjeri

3. Od koliko se atoma sastoje četiri molekule sumpora, 4S₈?

   Provjeri

4. Kemijskom formulom zapiši tri molekule fosfora. (Indeks upiši kao običnu brojku.)

   Provjeri

5. Usporedi 3O₂ i 2O₃. Koja je tvrdnja točna?

   1. a) to su jednake tvari jer sadrže jednak broj atoma
   2. b) 3O₂ ima više atoma
   3. c) 2O₃ ima više atoma
   4. d) oba zapisa sadrže 6 atoma kisika, ali prvi označava tri molekule kisika, a drugi dvije molekule ozona

6. Zašto elementarnu tvar željezo zapisujemo samo simbolom Fe, a ne formulom s indeksom?

   1. a) jer je željezo građeno od pojedinačnih atoma kao plemeniti plinovi
   2. b) jer je u metalima povezan neograničen broj atoma pa se indeks ne može odrediti
   3. c) jer željezo nema atome
   4. d) jer se indeksi pišu samo uz plinove

7. Koji je niz sastavljen samo od tvari koje pri zapisivanju nemaju indeks?

   1. a) kisik, dušik, klor
   2. b) sumpor, fosfor, jod
   3. c) helij, bakar, ugljik
   4. d) vodik, neon, zlato

8. Usporedi građu plemenitih plinova i metala. Zašto se obje skupine zapisuju samo simbolom?

   Prikaži primjer odgovora

3.6. Kako su građeni kemijski spojevi

Udžbenik: str. 76–78

Sažetak

Kemijski spojevi nastaju kad elementarne tvari međusobno reagiraju. Građeni su od dviju ili više vrsta atoma.

Spojevi građeni od molekula

• Molekule spoja građene su od raznovrsnih atoma nemetala: klorovodik HCl, voda H₂O, amonijak NH₃.
• Formula ima dva značenja. H₂O: kvalitativno – spoj vodika i kisika; kvantitativno – 2 atoma vodika i 1 atom kisika (ukupno 3 atoma).
• 3H₂O znači tri molekule vode: 6 atoma vodika i 3 atoma kisika.
• Makromolekule su molekule građene od vrlo velikoga broja atoma (masti, bjelančevine, ugljikohidrati, plastika).

Spojevi građeni od iona

Ioni su električki nabijene čestice. Nastaju kad atom otpusti ili primi elektrone. Broj protona se pri tome ne mijenja.

• Formulska jedinka je najmanja jedinka ionskoga spoja. Pokazuje najmanji omjer broja kationa i aniona.
• Formulska jedinka je električki neutralna: zbroj pozitivnih naboja jednak je zbroju negativnih. Primjer: na jedan Na⁺ dolazi jedan Cl⁻ → NaCl.
• Ionski spojevi su pri sobnoj temperaturi čvrsti i imaju visoko talište i vrelište, jer se suprotno nabijeni ioni jako privlače.

Riješeni primjer. Koja je formulska jedinka spoja iona Mg²⁺ i Cl⁻?
Jedan Mg²⁺ ima naboj 2+, pa su potrebna dva Cl⁻ (2 · 1−). Formulska jedinka: MgCl₂.

Ključni pojmovi

Vježba

1. Koliko je atoma vodika u sedam molekula vode, 7H₂O?

   Provjeri

2. Koliko je ukupno atoma u tri molekule amonijaka, 3NH₃?

   Provjeri

3. Koliko elektrona ima ion Mg²⁺? (protonski broj magnezija je 12)

   Provjeri

4. Koliko elektrona ima ion O²⁻? (protonski broj kisika je 8)

   Provjeri

5. Čestica ima 19 protona i 18 elektrona. Što je ta čestica?

   1. a) atom kalija
   2. b) anion K⁻
   3. c) atom argona
   4. d) kation K⁺

6. Koja je formulska jedinka spoja građenoga od iona Ca²⁺ i Cl⁻?

   1. a) CaCl
   2. b) CaCl₂
   3. c) Ca₂Cl
   4. d) Ca₂Cl₂

7. Koja je formulska jedinka spoja građenoga od iona Al³⁺ i O²⁻?

   1. a) Al₂O₃
   2. b) AlO
   3. c) Al₃O₂
   4. d) AlO₃

8. Po čemu se razlikuju molekula O₂ i molekula H₂O?

   1. a) obje su molekule elementarnih tvari
   2. b) O₂ je molekula spoja, a H₂O elementarne tvari
   3. c) O₂ je građena od istovrsnih atoma (elementarna tvar), a H₂O od raznovrsnih (kemijski spoj)
   4. d) ne razlikuju se

9. Usporedi veličinu atoma natrija i iona natrija, Na⁺. Obrazloži.

   Prikaži primjer odgovora

10. Kuhinjska sol tali se na vrlo visokoj temperaturi (oko 800 °C). Objasni to njezinom građom.

    Prikaži primjer odgovora

3.7. Valencije, kemijske formule i imenovanje kemijskih spojeva

Udžbenik: str. 79–82

Sažetak

Valencija je sposobnost atoma nekoga elementa da se veže s određenim brojem atoma drugoga elementa. Označavamo je rimskim brojevima.

• Vodik je uvijek jednovalentan (I). U HCl klor je I, u H₂O kisik je II, u NH₃ dušik je III, u CH₄ ugljik je IV.
• Kisik je u spojevima dvovalentan (II).
• Elementi 1. skupine su I, 2. skupine II, a 17. skupine (F, Cl, Br, I) I.
• Pravilo: zbroj valencija svih atoma jednoga elementa jednak je zbroju valencija svih atoma drugoga elementa.

Pisanje formule u pet koraka

Indeks 1 ne pišemo. Obrnuto: iz formule N₂O₅ određujemo valenciju dušika: pet atoma kisika daje 5 · II = 10, pa na svaki od dva atoma dušika otpada 10 : 2 = V.

Imenovanje spojeva

• Spojevi s kisikom su oksidi, sa sumporom sulfidi, s klorom kloridi, s bromom bromidi, s jodom jodidi.
• Ime: posvojni pridjev prvoga elementa + naziv drugoga: Na₂O natrijev oksid, MgS magnezijev sulfid, KBr kalijev bromid, ZnI₂ cinkov jodid.
• Ako element ima više valencija, valenciju pišemo rimskom brojkom u zagradi odmah iza pridjeva: N₂O dušikov(I) oksid, NO dušikov(II) oksid, N₂O₃ dušikov(III) oksid, NO₂ dušikov(IV) oksid, N₂O₅ dušikov(V) oksid.
• Čitamo: „dušikov-četiri-oksid”.
• Neki spojevi imaju općepoznata imena: voda, amonijak, metan, soda bikarbona.

Ključni pojmovi

Vježba

1. Odredi valenciju ugljika u molekuli CO₂. Upiši rimski broj.

   Provjeri

2. Odredi valenciju željeza u spoju Fe₂O₃. Upiši rimski broj.

   Provjeri

3. Napiši kemijsku formulu silicijeva(IV) oksida. (Indekse upiši kao obične brojke, npr. H2O.)

   Provjeri

4. Napiši kemijsku formulu bakrova(I) oksida.

   Provjeri

5. Napiši kemijsku formulu fosforova(V) oksida.

   Provjeri

6. Napiši kemijsku formulu kalcijeva klorida. (Kalcij je u 2., a klor u 17. skupini.)

   Provjeri

7. Kako se zove spoj SO₂?

   1. a) sumporov oksid
   2. b) sumporov(II) oksid
   3. c) sumporov(VI) oksid
   4. d) sumporov(IV) oksid

8. Poveži formulu s imenom spoja.

   1. CO	– odaberi –olovov(II) oksidolovov(IV) oksidugljikov(II) oksidugljikov(IV) oksidželjezov(II) oksid
   2. CO2	– odaberi –olovov(II) oksidolovov(IV) oksidugljikov(II) oksidugljikov(IV) oksidželjezov(II) oksid
   3. PbO	– odaberi –olovov(II) oksidolovov(IV) oksidugljikov(II) oksidugljikov(IV) oksidželjezov(II) oksid
   4. PbO2	– odaberi –olovov(II) oksidolovov(IV) oksidugljikov(II) oksidugljikov(IV) oksidželjezov(II) oksid
   5. FeO	– odaberi –olovov(II) oksidolovov(IV) oksidugljikov(II) oksidugljikov(IV) oksidželjezov(II) oksid

   1. a) olovov(II) oksid
   2. b) olovov(IV) oksid
   3. c) ugljikov(II) oksid
   4. d) ugljikov(IV) oksid
   5. e) željezov(II) oksid

   Provjeri

9. Učenik je za aluminijev oksid napisao formulu Al₃O₂. U čemu je pogriješio?

   1. a) ni u čemu, formula je točna
   2. b) valencije je upisao kao indekse uz isti element umjesto da višekratnik podijeli valencijom
   3. c) aluminij i kisik ne tvore spoj
   4. d) trebao je napisati AlO

10. Zašto u imenu spoja Na₂O ne pišemo valenciju, a u imenu spoja Cu₂O pišemo?

    Prikaži primjer odgovora