Kemija 7 · materijali za samostalno učenje · udžbenik str. 105–134

5. Zrak, voda i tlo – tvari neophodne za život

U ovoj cjelini učiš o sastavu i svojstvima zraka, vode i tla, o kisiku, ozonu, dušiku, ugljikovu(IV) oksidu i vodiku, o izvorima energije te o tome kako čovjek onečišćuje okoliš i kako ga može zaštititi.

5.1. Zrak

Udžbenik: str. 106–109

Nakon ove lekcije moći ćeš:
  • opisati svojstva i sastav zraka
  • izračunati volumen sastojka zraka iz volumnoga udjela
  • objasniti uzroke i posljedice onečišćenja zraka

Sažetak

Sastav suhoga zraka

PlinVolumni udio
dušik78,10 %
kisik20,90 %
argon0,90 %
ugljikov(IV) oksid0,04 %
ostali plinovi0,06 %

Zrak sadrži i vodenu paru, čija se količina mijenja. Sumporovi i dušikovi oksidi u zraku znak su onečišćenja.

φ(sastojak) = V(sastojak) / V(smjesa)  →  V(sastojak) = φ · V(smjesa)    (1 m³ = 1000 dm³ = 1000 L)

Pokus sa svijećom: svijeća pod prevrnutim cilindrom u vodi nakon nekog se vremena ugasi, a voda se u cilindru podigne. Kisik se potrošio gorenjem; ostali plinovi ne podržavaju gorenje. Zrak je, dakle, smjesa.

Atmosfera

SlojGornja granicaVažno je znati
troposferaoko 20 kmoko 80 % mase atmosfere; vremenske promjene; lete zrakoplovi
stratosferaoko 50 kmpreostalih 20 % mase; najviše ozona
mezosferaoko 85 km
termosferaoko 690 km
egzosferaoko 10 000 km

Onečišćenje zraka

Ključni pojmovi

zrakhomogena smjesa plinova: dušika, kisika, argona, ugljikova(IV) oksida i drugih
atmosferaplinoviti omotač Zemlje
atmosferski tlaktlak kojim atmosfera zbog svoje mase pritišće Zemlju (101 325 Pa na razini mora)
troposferanajniži sloj atmosfere; sadrži oko 80 % njezine mase
kisele kišeoborine u kojima su otopljeni oksidi ugljika, sumpora i dušika
učinak staklenikazadržavanje topline u atmosferi; pojačava ga porast ugljikova(IV) oksida

Vježba

  1. Učionica je duga 6 m, široka 5 m i visoka 3 m. Kolika je masa zraka u njoj? (1 m³ zraka ima masu oko 1 kg)

    kg

  2. Koliko je litara kisika u 200 L zraka? (φ(kisik) = 20,9 %)

    L

  3. Koliko je litara argona u 500 L zraka? (φ(argon) = 0,90 %)

    L

  4. Koliko je litara ugljikova(IV) oksida u 1 m³ zraka? (φ = 0,04 %)

    L

  5. Smjesa je nastala miješanjem 4 L dušika i 1 L kisika. Koliki je volumni udio kisika?

    %

  6. Zašto se balon na vrući zrak diže?

  7. U pokusu sa svijećom pod cilindrom voda se podigne približno za petinu visine cilindra. Što to pokazuje?

  8. Zašto tlak zraka opada s nadmorskom visinom?

  9. Objasni kako nastaju kisele kiše i navedi dvije njihove posljedice.

  10. Prema kojim pojavama iz svakodnevnoga života zaključuješ da zrak sadrži vodenu paru?

5.2. Kisik i ozon

Udžbenik: str. 110–116

Nakon ove lekcije moći ćeš:
  • opisati svojstva, dobivanje i upotrebu kisika
  • objasniti oksidaciju, gorenje i ulogu ozonskoga sloja
  • usporediti svojstva dušika, ugljikova(IV) oksida i plemenitih plinova

Sažetak

Kisik, O2

Oksidacija je spajanje tvari s kisikom. Nastaju oksidi: C(s) + O2(g) → CO2(g)    2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s)

Ozon, O3

Ostali plinovi u zraku

PlinSvojstvaUpotreba i važnost
dušik, N2bez boje, okusa i mirisa; lakši od zraka; slabo reaktivan; ne gori i ne podržava gorenje umjetna gnojiva; tekući dušik za čuvanje bioloških uzoraka; bakterije na korijenju djeteline pretvaraju ga u nitrate
ugljikov(IV) oksid, CO2bez boje i mirisa; gušći od zraka; ne podržava gorenje fotosinteza; aparati za gašenje požara; pjenušava pića. Dokazuje se vapnenom vodom, koja se zamuti
plemeniti plinoviu pravilu ne reagiraju (inertni)argon u žaruljama, neon u rasvjeti, helij u ronilačkim bocama
vodena parabezbojan plin, lakši od zraka; staklenički plin oblaci i oborine; pogon turbina. Dokazuje se bezvodnim bakrovim(II) sulfatom, koji poplavi

Izdahnuti zrak sadrži mnogo više ugljikova(IV) oksida nego atmosferski: brzo zamuti vapnenu vodu.

Ključni pojmovi

oksidacijaproces spajanja tvari s kisikom
oksidispojevi elemenata s kisikom
gorenjeburna oksidacija uz oslobađanje topline i svjetlosti
frakcijska destilacijaodjeljivanje tekućih sastojaka smjese na temelju različitih vrelišta
ozonski slojsloj ozona u stratosferi koji zaustavlja ultraljubičasto zračenje
vapnena vodareagens za ugljikov(IV) oksid; u dodiru s njim se zamuti

Vježba

  1. Kako dokazujemo plin?

    1. kisik
    2. ugljikov(IV) oksid
    3. vodena para

  2. Tekući zrak polako se zagrijava od −200 °C. Koji plin prvi ispari? (vrelišta: dušik −196 °C, kisik −183 °C)

  3. Koliko je ukupno atoma kisika na lijevoj strani jednadžbe fotosinteze, 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2?

  4. Za pokus treba 300 mL smjese kisika i dušika u omjeru volumena 1 : 2. Koliko je mililitara kisika potrebno?

    mL

  5. Željezni čavao dugo je stajao na vlažnom zraku i masa mu se povećala. Zašto?

  6. Zašto se vrećice čipsa pune dušikom, a ne zrakom ili kisikom?

  7. Zašto je opasno ući u neprozračeni vinski podrum tijekom vrenja mošta?

  8. Koja je tvrdnja o ozonu točna?

  9. U kojoj će vodi biti više otopljenoga kisika: u toplom jezeru ili u hladnom planinskom potoku? Objasni.

  10. Je li gorenje magnezija egzotermna ili endotermna promjena? Obrazloži i napiši jednadžbu reakcije.

5.3. Voda

Udžbenik: str. 117–121

Nakon ove lekcije moći ćeš:
  • opisati raspodjelu vode na Zemlji i hidrološki ciklus
  • razlikovati tvrdu, meku, mineralnu, destiliranu i redestiliranu vodu
  • navesti značajke vode za piće i izvore onečišćenja voda

Sažetak

Gdje je voda na ZemljiUdio
mora i oceani96,5 %
ledenjaci1,7 %
površinske i podzemne slatke vode1,7 %
atmosfera i biosferaostatak (oko 0,1 %)

Za piće je dostupno manje od 1 % vode na Zemlji; najveće su zalihe pod zemljom.

Hidrološki ciklus

Voda u prirodi neprestano kruži. Pokreće je Sunčeva energija: voda hlapi iz mora, jezera i tla → vodena para se u visini hladi i kondenzira u oblake → oborine padaju u površinske vode ili kroz tlo dolaze do podzemnih voda.

Vrste voda

VodaŠto sadržiPrimjer i upotreba
tvrdamnogo otopljenih soli, najviše kalcijevih i magnezijevihmorska i riječna voda; zagrijavanjem se taloži kamenac
mineralnaviše od 1 g otopljenih mineralnih tvari po litričesto kiselkasta zbog ugljikova(IV) oksida; ljekovite vode
mekamalo ili nimalo kalcijevih i magnezijevih solikišnica (sadrži samo otopljene plinove)
destiliranauklonjene mineralne tvari (mogu ostati male količine)laboratorij, glačala
redestiliranakemijski potpuno čista voda (višestruka destilacija)priprava lijekova, infuzije

Voda za piće

Mora biti bistra, bez boje i mirisa, bez otrovnih tvari i patogenih bakterija, s najviše 0,1 % otopljenih mineralnih tvari. Prije upotrebe prolazi mehaničku, kemijsku i mikrobiološku obradu.

Onečišćenje voda

Ključni pojmovi

hidrosferavodeni omotač Zemlje; voda u sva tri agregacijska stanja
hidrološki ciklusneprestano kruženje vode u prirodi koje pokreće Sunčeva energija
tvrda vodavoda s mnogo otopljenih soli, najviše kalcijevih i magnezijevih
meka vodavoda s malo ili nimalo otopljenih kalcijevih i magnezijevih soli
mineralna vodavoda s više od 1 g otopljenih mineralnih tvari po litri
redestilirana vodakemijski potpuno čista voda dobivena višestrukom destilacijom

Vježba

  1. Kolika je masa vode u tijelu čovjeka mase 80 kg ako je maseni udio vode 65 %?

    kg

  2. Novorođenče ima masu 3,5 kg, a maseni udio vode u tijelu je 80 %. Kolika je masa vode?

    kg

  3. Zamisli da je sva voda na Zemlji 1000 L. Koliko bi litara bile površinske i podzemne slatke vode (1,7 %)?

    L

  4. U boci od 1,5 L vode otopljeno je 2,4 g mineralnih tvari. Koliko je to grama po litri?

    g/L

  5. Je li voda iz prethodnoga zadatka mineralna voda?

  6. Zašto se u glačalo ulijeva destilirana, a ne vodovodna voda?

  7. Kap kišnice i kap morske vode ispare na satnom staklu. Što ćeš opaziti?

  8. Poveži korak hidrološkoga ciklusa s promjenom.

    1. voda iz mora odlazi u zrak
    2. vodena para u visini prelazi u kapljice
    3. voda se iz oblaka vraća na Zemlju

  9. Otpadne vode pune organskoga otpada puštene su u jezero i ribe su počele ugibati, iako otpad nije otrovan. Objasni.

  10. Predloži pokus kojim ćeš ispitati je li vodovodna voda u tvojem mjestu tvrda ili meka.

5.4. Svojstva kemijski čiste vode

Udžbenik: str. 122–124

Nakon ove lekcije moći ćeš:
  • navesti fizikalna svojstva čiste vode
  • objasniti anomaliju vode i njezinu važnost za život
  • objasniti utjecaj tlaka i otopljenih tvari na vrelište i ledište te površinsku napetost i kapilarnost

Sažetak

Anomalija vode

Voda ima najveću gustoću pri 4 °C. Daljnjim hlađenjem gustoća joj se smanjuje, pa je led rjeđi od tekuće vode i pluta.

Zato se jezera zaleđuju od površine, a pri dnu ostaje tekuća voda od 4 °C u kojoj živa bića preživljavaju zimu. Kad se voda smrzava, širi se – zato zimi pucaju cijevi i asfalt.

Otopine

Otopine imaju niže ledište i više vrelište od čistoga otapala. Slana voda ledi se ispod 0 °C – zato se ceste zimi posipaju solju.

Površinska napetost i kapilarnost

Ključni pojmovi

ledište i vrelište vode0 °C i 100 °C pri normalnom tlaku
anomalija vodepojava da voda ima najveću gustoću pri 4 °C
površinska napetostsila na površini tekućine nastala zbog međusobnoga privlačenja njezinih čestica
kapilarnostsposobnost tekućine da se kreće uskim prostorima – kapilarama

Vježba

  1. Zašto se jaje dulje kuha na vrhu visoke planine nego u podnožju?

  2. U ekspres-loncu hrana se skuha brže. Zašto?

  3. Zimi je površina jezera zaleđena. Kolika je temperatura vode pri dnu dubokoga jezera?

  4. Gustoća leda je oko 0,92 g/cm³. Koliki volumen ima komad leda mase 460 g?

    cm³

  5. Staklena boca puna vode ostavljena je u zamrzivaču i pukla je. Zašto?

  6. Zašto se ceste zimi posipaju solju?

  7. Kad otvoriš bocu gaziranoga pića, naglo izlaze mjehurići. Zašto?

  8. Objasni kako anomalija vode omogućuje život u zaleđenim jezerima.

  9. Spajalica pažljivo položena na vodu pluta, iako je čelik gušći od vode. Objasni.

5.5. Vodik i ostali energenti

Udžbenik: str. 125–129

Nakon ove lekcije moći ćeš:
  • opisati svojstva, dobivanje i upotrebu vodika
  • usporediti vodik s fosilnim gorivima kao izvor energije
  • razlikovati obnovljive i neobnovljive izvore energije

Sažetak

Vodik, H2

Vodik kao gorivo – prednostiVodik kao gorivo – nedostatci
oslobađa gotovo 2,5 puta više energije nego benzin; gorenjem nastaje samo voda nije prirodno gorivo – za dobivanje se troši mnogo energije; teško se skladišti (čelične boce pod tlakom, veliki i čvrsti spremnici)

Ostali energenti

Ključni pojmovi

vodiknajlakši plin; gori, ali ne podržava gorenje
plin praskavaceksplozivna smjesa vodika i zraka (kisika)
fosilna gorivaugljen, nafta i zemni plin; neobnovljivi izvori energije
obnovljivi izvori energijeenergija vjetra, Sunca, vode, biomase i geotermalna energija
naftahomogena smjesa organskih spojeva, pretežito ugljikovodika
naftni barelmjerna jedinica za volumen nafte; 159 L

Vježba

  1. Usporedi plinove.

    1. vodik
    2. kisik
    3. dušik
    4. ugljikov(IV) oksid

  2. Kolika je masa 10 L vodika? (gustoća vodika je 0,0899 g/L)

    g

  3. Tanker prevozi 100 barela nafte. Koliko je to litara? (1 barel = 159 L)

    L

  4. Koji koeficijent nedostaje?   Zn + … HCl → ZnCl2 + H2

  5. Zašto se vodik skuplja u epruvetu okrenutu otvorom prema dolje?

  6. Zašto se dječji baloni pune helijem, a ne vodikom, iako je vodik lakši?

  7. Kad se zapaljena treščica prinese epruveti s vodikom, čuje se prasak, a stijenka se orosi. Što je nastalo?

  8. Kojim se postupkom nafta razdvaja na sastojke i koje svojstvo se pri tome koristi?

  9. Vodik se naziva ekološki prihvatljivim gorivom. Navedi jedan razlog za tu tvrdnju i jedan problem koji je dovodi u pitanje.

  10. Zašto za fosilna goriva kažemo da su neobnovljivi izvori energije i koji su negativni učinci njihove upotrebe?

5.6. Tlo

Udžbenik: str. 130–134

Nakon ove lekcije moći ćeš:
  • opisati sastav i nastanak tla
  • usporediti svojstva pjeskovitoga, ilovastoga i glinastoga tla
  • objasniti zašto je tlo neobnovljivo bogatstvo i kako se onečišćuje

Sažetak

Tlo (pedosfera) je rastresiti sloj Zemlje sastavljen od krutih, tekućih i plinovitih tvari. Nalazi se između Zemljine kore (litosfere) i atmosfere.

TloVoda i zrakHranjive tvaripH
šljunčano i pjeskovitoprozračno, ali ne zadržava vodusiromašno – nije pogodno za biljke5,3 – 5,7 (kiselo)
ilovasto (najviše praha)dobro zadržava vodu, dovoljno prozračnozadržava hranjive tvari – najbolje za uzgoj6,8 – 7
glinastoteško propušta vodu i zrak; ljepljivo i zbijenoobiluje hranjivim tvarima6,9 – 7

Ključni pojmovi

tlo (pedosfera)rastresiti sloj Zemlje od krutih, tekućih i plinovitih tvari, između litosfere i atmosfere
humustamni sloj tla nastao razgradnjom uginulih organizama; čini tlo plodnim
ilovačatlo s najviše čestica praha; najpogodnije za uzgoj biljaka
crvenica i crnicatlo crveno od željezovih oksida; tlo crno od humusa
erozijaodnošenje tla vodom i vjetrom; pojačava je nestanak vegetacije

Vježba

  1. Maseni udjeli sastojaka tla su: mineralne tvari 40 %, humus 10 %, voda 30 %, a ostatak je zrak. Koliki je maseni udio zraka?

    %

  2. Kolika je masa humusa u 800 g tla iz prethodnoga zadatka?

    g

  3. Kolika je ukupna masa čvrstih tvari (mineralne tvari i humus) u 250 g toga tla?

    g

  4. Koji je niz čestica tla poredan od najmanjih prema najvećima?

  5. Kroz uzorak tla voda proteče gotovo trenutačno, a tlo se ne može oblikovati u kuglicu. Koje je to tlo i kakav mu je pH?

  6. Zašto je ilovasto tlo najbolje za uzgoj biljaka?

  7. Dugotrajna upotreba umjetnih gnojiva i kisele kiše mijenjaju pH tla. Kako?

  8. Zašto za tlo kažemo da je neobnovljivo bogatstvo, iako stalno nastaje?

  9. Šuma na padini je posječena. Opiši lanac posljedica za tlo.

Kartice za ponavljanje

Pročitaj pitanje, odgovori naglas pa okreni karticu. Kartice koje ne znaš vratit će se na kraj špila.

Što je zrak?
Homogena smjesa plinova bez boje i mirisa.
Volumni udjeli dušika i kisika u zraku?
Dušik 78,10 %, kisik 20,90 %.
Gustoća zraka?
Oko 1 g/L (1 m³ ima masu oko 1 kg).
Atmosferski tlak na razini mora?
101 325 Pa
Što se događa s gustoćom zraka pri zagrijavanju?
Smanjuje se; topli zrak se diže.
Najniži sloj atmosfere?
Troposfera – oko 80 % mase atmosfere, vremenske promjene.
Kako nastaju kisele kiše?
Otapanjem oksida ugljika, sumpora i dušika u vodi u atmosferi.
Što uzrokuje pojačani učinak staklenika?
Porast količine ugljikova(IV) oksida u atmosferi.
Svojstva kisika?
Plin bez boje i mirisa, gušći od zraka, podržava gorenje, ali ne gori.
Kako dokazujemo kisik?
Tinjajuća treščica se rasplamsa.
Kako se industrijski dobiva kisik?
Frakcijskom destilacijom tekućega zraka (i elektrolizom vode).
Što je oksidacija?
Spajanje tvari s kisikom; nastaju oksidi.
Jednadžba fotosinteze?
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Čemu služi ozonski sloj?
Zaustavlja štetno ultraljubičasto zračenje.
Svojstva dušika?
Bez boje, okusa i mirisa; slabo reaktivan; ne gori i ne podržava gorenje.
Kako dokazujemo ugljikov(IV) oksid?
Vapnena voda se zamuti.
Što je hidrosfera?
Vodeni omotač Zemlje.
Koliko je vode na Zemlji u morima i oceanima?
96,5 %
Što pokreće hidrološki ciklus?
Sunčeva energija.
Tvrda i meka voda?
Tvrda sadrži mnogo kalcijevih i magnezijevih soli, meka malo ili nimalo.
Mineralna voda?
Više od 1 g otopljenih mineralnih tvari po litri.
Redestilirana voda?
Kemijski potpuno čista voda dobivena višestrukom destilacijom.
Anomalija vode?
Voda ima najveću gustoću pri 4 °C; led je rjeđi i pluta.
Kako tlak utječe na vrelište?
Povećanjem tlaka vrelište raste, smanjenjem pada.
Kako otopljena tvar mijenja ledište i vrelište?
Ledište se snižava, vrelište povisuje.
Površinska napetost?
Sila na površini tekućine zbog međusobnoga privlačenja njezinih čestica.
Kapilarnost?
Kretanje tekućine uskim prostorima (kapilarama).
Svojstva vodika?
Bezbojan, najlakši plin; gori, ali ne podržava gorenje.
Dobivanje vodika u laboratoriju?
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Plin praskavac?
Eksplozivna smjesa vodika i zraka (kisika).
Fosilna goriva?
Ugljen, nafta i zemni plin – neobnovljivi izvori energije.
Obnovljivi izvori energije?
Vjetar, Sunce, voda, biomasa, geotermalna energija.
Što je tlo?
Rastresiti sloj Zemlje od krutih, tekućih i plinovitih tvari (pedosfera).
Čestice tla od najvećih do najmanjih?
Šljunak, pijesak, prah, glina.
Koje je tlo najbolje za uzgoj biljaka?
Ilovasto.
Što je humus?
Tamni, plodni sloj tla nastao razgradnjom uginulih organizama.

Završni test: Zrak, voda i tlo – tvari neophodne za život

Riješi test bez gledanja u sažetke. Svako pitanje nosi 1 bod.

  1. Koji je niz plinova poredan prema volumnom udjelu u zraku, od najvećega prema najmanjem?

  2. Koliko je litara dušika u 50 L zraka? (φ(dušik) = 78,10 %)

    L

  3. Kolika je masa zraka u sobi volumena 40 m³? (1 m³ zraka ima masu oko 1 kg)

    kg

  4. Koja je posljedica naglog porasta količine ugljikova(IV) oksida u atmosferi?

  5. U epruveti je bezbojan plin. Tinjajuća treščica u njemu se rasplamsa. Koji je to plin?

  6. Reakcija 2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s) je:

  7. Što štiti život na Zemlji od ultraljubičastoga zračenja?

  8. Kroz vapnenu vodu puhneš slamkom i ona se zamuti. Što si dokazao?

  9. Kolika je masa vode u tijelu osobe mase 60 kg ako je maseni udio vode 55 %?

    kg

  10. Poveži vodu s opisom.

    1. kišnica
    2. morska voda
    3. mineralna voda
    4. redestilirana voda

  11. Što pokreće kruženje vode u prirodi?

  12. Pri kojoj temperaturi voda ima najveću gustoću?

  13. Slana voda u odnosu na čistu vodu ima:

  14. Voda se u biljci penje od korijena do lišća uskim cjevčicama. Koje svojstvo to omogućuje?

  15. Kolika je masa 100 L vodika? (gustoća vodika je 0,0899 g/L)

    g

  16. Koja je tvrdnja o vodiku točna?

  17. Razvrstaj izvore energije.

    1. nafta
    2. energija vjetra

  18. Tlo sadrži 45 % mineralnih tvari, 5 % humusa i 25 % vode, a ostatak je zrak. Koliki je maseni udio zraka?

    %

  19. Kolika je masa humusa u 500 g tla iz prethodnoga zadatka?

    g

  20. Tlo je vrlo ljepljivo, stiskanjem postaje glatko i sjajno i teško propušta vodu. To je: