4. Tvari i promjene

4.1. Tvari se mijenjaju

Udžbenik: str. 84–90

Sažetak

• Povratna promjena: tvar se može vratiti u stanje prije promjene (voda ⇄ led; otapanje i kristalizacija soli).
• Nepovratna promjena: tvar se ne može vratiti u prvobitno stanje (zgrušavanje bjelanjka zagrijavanjem, pougljenjivanje šećera, vrenje soka u vino, hrđanje).
• Znakovi kemijske promjene: razvijanje plina, nastanak taloga, promjena boje, pojava svjetlosti, oslobađanje topline, eksplozija.

REAKTANTI → PRODUKTI
Reaktanti su tvari koje reagiraju (lijevo od strelice), a produkti tvari koje nastaju (desno). Strelica pokazuje smjer reakcije, znak + odvaja tvari. Primjer: aluminij + klorovodična kiselina → aluminijev klorid + vodik

Reakcijski sustav čine reaktanti i produkti. Okolina je sve što sustav okružuje.

Zakon o očuvanju mase

Ukupna masa reaktanata jednaka je ukupnoj masi produkata kemijske reakcije.

• Otkrili su ga u 18. stoljeću, neovisno jedan o drugome, M. V. Lomonosov i A. L. de Lavoisier.
• Soda bikarbona i ocat reagiraju u tikvici zatvorenoj balonom: masa prije i poslije reakcije je jednaka. Ako balon skinemo, masa se smanji jer plin ugljikov(IV) oksid ode u zrak.

Riješeni primjeri.
1. željezo + sumpor → željezov(II) sulfid:   7,8 g + 3,9 g = 11,7 g željezova(II) sulfida.
2. ugljik + kisik → ugljikov(IV) oksid:   m(kisik) = 44 g − 12 g = 32 g.

Ključni pojmovi

Vježba

1. Razvrstaj promjene.

   1. šišanje kose	– odaberi –fizikalna – mijenja se agregacijsko stanjefizikalna – mijenja se oblikkemijska – nastaju glukoza i kisikkemijska – nastaju vodik i kisikkemijska – trajna promjena boje
   2. bojenje kose	– odaberi –fizikalna – mijenja se agregacijsko stanjefizikalna – mijenja se oblikkemijska – nastaju glukoza i kisikkemijska – nastaju vodik i kisikkemijska – trajna promjena boje
   3. taljenje leda	– odaberi –fizikalna – mijenja se agregacijsko stanjefizikalna – mijenja se oblikkemijska – nastaju glukoza i kisikkemijska – nastaju vodik i kisikkemijska – trajna promjena boje
   4. elektroliza vode	– odaberi –fizikalna – mijenja se agregacijsko stanjefizikalna – mijenja se oblikkemijska – nastaju glukoza i kisikkemijska – nastaju vodik i kisikkemijska – trajna promjena boje
   5. fotosinteza	– odaberi –fizikalna – mijenja se agregacijsko stanjefizikalna – mijenja se oblikkemijska – nastaju glukoza i kisikkemijska – nastaju vodik i kisikkemijska – trajna promjena boje

   1. a) fizikalna – mijenja se agregacijsko stanje
   2. b) fizikalna – mijenja se oblik
   3. c) kemijska – nastaju glukoza i kisik
   4. d) kemijska – nastaju vodik i kisik
   5. e) kemijska – trajna promjena boje

   Provjeri

2. Šećer zagrijavanjem najprije postane tekuć, zatim posmeđi pa pocrni. Koja je tvrdnja točna?

   1. a) sve su to fizikalne promjene jer je šećer i dalje šećer
   2. b) taljenje je fizikalna promjena, a smeđenje i crnjenje kemijska jer nastaju nove tvari
   3. c) taljenje je kemijska, a crnjenje fizikalna promjena
   4. d) sve su promjene povratne

3. Gorenjem 2,4 g magnezija nastaje 4,0 g magnezijeva oksida. Koliko je grama kisika reagiralo?

   g Provjeri

4. Zagrijavanjem 10 g kalcijeva karbonata nastaje 5,6 g kalcijeva oksida i plin ugljikov(IV) oksid. Kolika je masa nastaloga plina?

   g Provjeri

5. Reaktanti A i B reagiraju u omjeru masa 1 : 4. Nastalo je 25 g produkta. Koliko je grama reaktanta A reagiralo?

   g Provjeri

6. Svijeća gori na vagi i vaga pokazuje sve manju masu. Protivi li se to zakonu o očuvanju mase?

   1. a) da, jer masa nestaje
   2. b) da, jer zakon vrijedi samo za čvrste tvari
   3. c) ne, jer se masa pretvara u svjetlost
   4. d) ne, jer plinoviti produkti gorenja odlaze u zrak pa ih vaga ne mjeri

7. U zapisu „natrij + klor → natrijev klorid” produkt je:

   1. a) natrijev klorid
   2. b) natrij
   3. c) klor
   4. d) natrij i klor

8. Koja je promjena nepovratna?

   1. a) otapanje kuhinjske soli u vodi
   2. b) smrzavanje vode
   3. c) zgrušavanje bjelanjka pri kuhanju jajeta
   4. d) isparavanje vode

9. Soda bikarbona i ocat reagiraju u tikvici na vagi. S balonom na otvoru masa se ne mijenja, a bez balona se smanji. Objasni oba opažanja.

   Prikaži primjer odgovora

10. Navedi jednu fizikalnu i jednu kemijsku promjenu željeza i obrazloži razliku.

    Prikaži primjer odgovora

4.2. Jednadžba kemijske reakcije

Udžbenik: str. 91–95

Sažetak

Jednadžba kemijske reakcije je simbolički prikaz jedne kemijske promjene – međunarodno dogovoreni zapis razumljiv svim kemičarima.

Šest koraka (nastajanje vode)

• Jednadžba je izjednačena kad je broj atoma svakoga elementa jednak na obje strane. Tako je zadovoljen zakon o očuvanju mase.
• Mijenjamo samo koeficijente, nikada indekse: promjenom indeksa dobili bismo formulu druge tvari.
• Koeficijenti moraju biti najmanji mogući cijeli brojevi: 3H₂ + 3Cl₂ → 6HCl dijelimo s 3 i pišemo H₂ + Cl₂ → 2HCl.
• Oznake agregacijskih stanja: (s) čvrsto, (l) tekuće, (g) plinovito, (aq) vodena otopina.

Dva opisa reakcije 2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s)

• Kvalitativni opis: reakcijom magnezija i kisika nastaje magnezijev oksid.
• Kvantitativni opis: dva atoma magnezija i jedna molekula kisika daju dvije formulske jedinke magnezijeva oksida.

Jednadžba pokazuje: koje tvari reagiraju, smjer promjene, koje tvari nastaju i broj čestica prije i poslije promjene.

Ključni pojmovi

Vježba

1. Koji koeficijent nedostaje?   N₂ + … H₂ → 2NH₃

   Provjeri

2. Koji koeficijent nedostaje ispred litija?   … Li + O₂ → 2Li₂O

   Provjeri

3. Koji koeficijent nedostaje ispred kisika?   4Fe + … O₂ → 2Fe₂O₃

   Provjeri

4. Koji koeficijent nedostaje ispred kisika?   CH₄ + … O₂ → CO₂ + 2H₂O

   Provjeri

5. Koja je jednadžba ispravno izjednačena?

   1. a) Na + Cl₂ → NaCl
   2. b) 2Na + Cl₂ → NaCl
   3. c) 2Na + Cl₂ → 2NaCl
   4. d) Na + Cl₂ → NaCl₂

6. Učenik je jednadžbu H₂ + O₂ → H₂O „izjednačio” ovako: H₂ + O₂ → H₂O₂. Zašto je to pogrešno?

   1. a) jer broj atoma nije jednak
   2. b) jer je promjenom indeksa napisao formulu druge tvari (H₂O₂ nije voda)
   3. c) jer se vodik ne spaja s kisikom
   4. d) jer nedostaju agregacijska stanja

7. Koliko je atoma kisika na desnoj strani jednadžbe 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃?

   Provjeri

8. Zašto broj atoma svakoga elementa mora biti jednak na obje strane jednadžbe?

   1. a) zbog zakona o očuvanju mase: atomi ne nastaju i ne nestaju, samo se drugačije povezuju
   2. b) da jednadžba bude kraća
   3. c) jer reaktanata uvijek ima koliko i produkata
   4. d) jer se koeficijenti moraju podudarati s indeksima

9. Opiši kvalitativno i kvantitativno reakciju 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l).

   Prikaži primjer odgovora

10. Jednadžbom prikaži reakciju željeza i kisika u kojoj nastaje željezov(III) oksid. Navedi kako si izjednačio jednadžbu.

    Prikaži primjer odgovora

4.3. Vrste i brzina kemijskih reakcija

Udžbenik: str. 96–99

Sažetak

Vrste analize

• Bijeli bezvodni bakrov(II) sulfat s vodom ponovno daje plavu modru galicu – to je povratna kemijska promjena. Zato je bezvodni bakrov(II) sulfat reagens za vodu.
• Reagens je tvar kojom provjeravamo je li prisutna neka druga tvar.
• Tvari koje se razlažu na svjetlosti čuvamo u tamnim bocama.

Brzina kemijske reakcije

Brzinu kemijske reakcije iskazujemo masom ili količinom tvari koja nastane u jedinici vremena. Reakcija je brža što je više uspješnih sudara čestica reaktanata.

• Povišenjem temperature čestice se brže gibaju (raste im kinetička energija), sudara je više i reakcija je brža. Primjer: željezo i razrijeđena sumporna kiselina – zagrijavanjem mjehurići nastaju brže.
• Na brzinu utječu: vrsta reaktanata, agregacijsko stanje, temperatura, tlak, veličina čestica čvrstih reaktanata i količina reaktanata.
• Katalizator ubrzava, a inhibitor usporava kemijsku reakciju.
• Spore reakcije: hrđanje, truljenje, nastanak patine. Brze reakcije: gorenje, eksplozija.

Ključni pojmovi

Vježba

1. Odredi vrstu svake reakcije.

   1. 2H2O → 2H2 + O2 (električna struja)	– odaberi –analiza – elektrolizaanaliza – fotolizaanaliza – pirolizasinteza
   2. 2AgBr → 2Ag + Br2 (svjetlost)	– odaberi –analiza – elektrolizaanaliza – fotolizaanaliza – pirolizasinteza
   3. 2HgO → 2Hg + O2 (zagrijavanje)	– odaberi –analiza – elektrolizaanaliza – fotolizaanaliza – pirolizasinteza
   4. 2Mg + O2 → 2MgO	– odaberi –analiza – elektrolizaanaliza – fotolizaanaliza – pirolizasinteza

   1. a) analiza – elektroliza
   2. b) analiza – fotoliza
   3. c) analiza – piroliza
   4. d) sinteza

   Provjeri

2. Pri elektrolizi vode u jednoj se epruveti skupi dvostruko veći volumen plina nego u drugoj. Koji je plin u epruveti s većim volumenom?

   1. a) kisik
   2. b) vodena para
   3. c) vodik
   4. d) zrak

3. Na bijeli prah kapneš bezbojnu tekućinu i prah poplavi. Što zaključuješ?

   1. a) tekućina je kiselina
   2. b) prah je kuhinjska sol
   3. c) dogodila se fizikalna promjena
   4. d) prah je bezvodni bakrov(II) sulfat, a tekućina sadrži vodu

4. Zašto se hrana u hladnjaku sporije kvari?

   1. a) jer u hladnjaku nema kisika
   2. b) jer se pri nižoj temperaturi čestice sporije gibaju pa je manje uspješnih sudara
   3. c) jer hladnoća uništava sve tvari u hrani
   4. d) jer je u hladnjaku mrak

5. Jednaku masu željeza u obliku čavla i u obliku praha staviš u kiselinu iste temperature. Gdje će reakcija biti brža?

   1. a) s prahom, jer sitnije čestice imaju veću dodirnu površinu pa je više sudara
   2. b) s čavlom, jer je veći
   3. c) jednako, jer je masa ista
   4. d) ni u jednom slučaju nema reakcije

6. Reakcija „bakrov(II) sulfid → bakar + sumpor” je:

   1. a) sinteza
   2. b) fizikalna promjena
   3. c) analiza
   4. d) otapanje

7. Razvrstaj reakcije prema brzini.

   1. hrđanje željeza	– odaberi –brza – minute do satispora – traje mjesecimavrlo brza – dio sekundevrlo spora – stotine godina
   2. eksplozija plina	– odaberi –brza – minute do satispora – traje mjesecimavrlo brza – dio sekundevrlo spora – stotine godina
   3. gorenje drva	– odaberi –brza – minute do satispora – traje mjesecimavrlo brza – dio sekundevrlo spora – stotine godina
   4. razgradnja plastike u moru	– odaberi –brza – minute do satispora – traje mjesecimavrlo brza – dio sekundevrlo spora – stotine godina

   1. a) brza – minute do sati
   2. b) spora – traje mjesecima
   3. c) vrlo brza – dio sekunde
   4. d) vrlo spora – stotine godina

   Provjeri

8. Maslinovo ulje brže se kvari na suncu. U kakvim ga bocama treba čuvati i zašto?

   Prikaži primjer odgovora

9. Objasni zašto zagrijavanje ubrzava kemijsku reakciju. Posluži se pojmovima čestice, kinetička energija i sudari.

   Prikaži primjer odgovora

4.4. Energija u kemijskim reakcijama

Udžbenik: str. 100–104

Sažetak

• Energija je sposobnost tijela da obavi rad. Oznaka je E, a mjerna jedinica džul (J). Za hranu se koristi i kalorija: 1 cal = 4,1868 J (1 kcal = 4,1868 kJ).
• Energija se ne može stvoriti ni uništiti – samo mijenja oblik i prelazi s tijela na tijelo. Gorenjem šibice kemijska energija prelazi u svjetlosnu i toplinsku.
• Oblici: Sunčeva, toplinska, mehanička, svjetlosna, kemijska, električna. Kinetička je energija gibanja (čestica), a potencijalna energija položaja – jedan njezin oblik je energija kemijske veze.
• Izvori: danas najviše fosilna goriva (ugljen, nafta, zemni plin), zatim hidroelektrane i nuklearne elektrane. Energija vjetra, Sunca i geotermalna energija još se premalo koriste.

Sustav i okolina

Kalorimetar je uređaj kojim mjerimo toplinu oslobođenu ili utrošenu tijekom promjene. Mora biti dobro izoliran.

Egzotermne i endotermne promjene

Ključni pojmovi

Vježba

1. Razvrstaj promjene prema izmjeni topline.

   1. gorenje zemnoga plina	– odaberi –egzotermna fizikalna promjenaegzotermna kemijska promjenaendotermna fizikalna promjenaendotermna kemijska promjena
   2. fotosinteza	– odaberi –egzotermna fizikalna promjenaegzotermna kemijska promjenaendotermna fizikalna promjenaendotermna kemijska promjena
   3. taljenje leda	– odaberi –egzotermna fizikalna promjenaegzotermna kemijska promjenaendotermna fizikalna promjenaendotermna kemijska promjena
   4. kondenzacija vodene pare	– odaberi –egzotermna fizikalna promjenaegzotermna kemijska promjenaendotermna fizikalna promjenaendotermna kemijska promjena

   1. a) egzotermna fizikalna promjena
   2. b) egzotermna kemijska promjena
   3. c) endotermna fizikalna promjena
   4. d) endotermna kemijska promjena

   Provjeri

2. U epruveti otopiš amonijev klorid u vodi i stijenka epruvete postane hladna. Što se dogodilo s toplinom?

   1. a) toplina je izašla iz otopine u ruku
   2. b) toplina je nestala
   3. c) za otapanje je utrošena toplina vode i okoline – promjena je endotermna
   4. d) promjena je egzotermna

3. Kad izađeš iz mora, na vjetru ti je hladno iako je zrak topao. Zašto?

   1. a) isparavanje vode s kože endotermna je promjena i troši toplinu tijela
   2. b) voda na koži se smrzava
   3. c) kondenzacija vode hladi kožu
   4. d) vjetar je uvijek hladniji od zraka

4. Na ambalaži piše da 100 g proizvoda ima 100 kcal. Koliko je to kilodžula? Zaokruži na cijeli broj. (1 kcal = 4,1868 kJ)

   kJ Provjeri

5. Čokolada ima energijsku vrijednost 500 kcal na 100 g. Koliko kilokalorija unosiš ako pojedeš 40 g?

   kcal Provjeri

6. Odredi vrstu sustava.

   1. juha u loncu bez poklopca	– odaberi –izolirani sustavotvoreni sustavzatvoreni sustav
   2. sok u zatvorenoj limenci	– odaberi –izolirani sustavotvoreni sustavzatvoreni sustav
   3. čaj u dobro zatvorenoj termosici	– odaberi –izolirani sustavotvoreni sustavzatvoreni sustav

   1. a) izolirani sustav
   2. b) otvoreni sustav
   3. c) zatvoreni sustav

   Provjeri

7. Reakcija cinka i otopine modre galice je egzotermna. Što će se dogoditi ako uzmemo trostruko više reaktanata?

   1. a) oslobodit će se jednaka toplina
   2. b) reakcija će postati endotermna
   3. c) toplina se neće osloboditi
   4. d) oslobodit će se oko tri puta više topline

8. Gorenjem šibice „nestaje” kemijska energija. Je li to u skladu s tvrdnjom da se energija ne može uništiti? Objasni.

   Prikaži primjer odgovora

9. Zašto kalorimetar mora biti dobro izoliran?

   Prikaži primjer odgovora