KEMIJA

Kemija je naravoslovna veda, ki preučuje snovi in osnovne spremembe. Snov je vse kar zavzema prostor in ima maso. Snovi so lahko naravne ali umetno pridobljene.

Sprememba agregatnega sranja:

Tri vrste sprememb:

• fizikalne spremembe (snov spremeni obliko)
• spremembe agregatnih stanj
• kemijske reakcije (snov nastane oz. se spremeni v drugo snov)

Mehanske lastnosti

Povedo nam, kako se material obnaša pri določenih obremenitvah. Med obremenitvijo lahko predmet spremeni svojo obliko, kemijska sestava pa ostane sepremenjena. (trda, mehka, krhka, elastična, toga…)

Električna prevodnost

Snov prevaja električni tok, če so v njej nabiti delci ali ioni, ki se lahko prosto gibljejo. Snov, ki prevaja električni tok je električni prevodnik. Kovine, taline in raztopine ionskih snovi. Snov, ki električnega toke ne prevaja je neprevodnik ali izolator.

Toplotna prevodnost

Kovine so dobri prevodniki toplote, najboljši Ag (srebro). Diamant je najboljši prevodnik toplote, vendar ne prevaja električnega toka. Slaba toplotna prevodnost - izolator.

Obstojnost

Predmeti, ki so narejeni iz različnih materialov so izpostavljeni raznim mehanskim in kemijskim vplivom. Življenska doba je odvisna od trajanja vplivov in intenszivnosti

Korozija je proces pri katerem razpada kovina.

Gostota snovi

$$\rho = \frac{m}{V}$$

Gostota snovi je odvisna od temperature - z višanjem temperature se gostota zmanjšuje. Na gostoto vpliva tudi tlak - z višanjem tlaka se viša gostota (to velja predvsem za pline). Trdne snovi imajo največjo gostoto, potem so tekočine in najmanjše gostote pa imajo plini.

Metode ločevanja zmesi in čiščenja snovi

Čiste snovi pridobimo s tem da jih ločimo od zmesi z uporabo metod ločevanja. Katero uporabimo je odvisno od snovi, ki zmess sestavljajo.

Sejanje

Odvisno od velikosti trdnih delcev, odvisno ali prihajajo skozi luknjice v situ. Uporablja se ga v kmetijstvu, industriji, gospodarstvu…

Dekantiranje / odlivanje

Odvisno od velikosti in topnosti delcev v topilu. Vsedanje večjih delcev na dno in odlivanje ali odtakanje zgornje tekočine.

Centrifugiranje

Je postopek ločevanja, pri kateremu s hitrim vrtenjem povzročimo, da se trdni delci, ki so v tekočini, zberejo na dnu posode. V centrifugi se ločujejo naprimer krvne celice of plazme.

Sublimacija

Metoda uporabna predvsem za čiščenje snovi v laboratoriju. Ko želimo ločiti snov od ostalih snovi v zmesi. (Snovi, ki sublimirajo - Jod, kafra, naftalen…)

Filtracija

Odvisno od velikosti in topnosti trdnih delcev v topilu (če dekantiranje ni možno, ker so delci premajhni). Primer je filtriranje pitne vode.

Izhlapevanje / izparevanje

Primer je izparevanje vode iz raztopine soli. Pridobivanje soli v solinah.

Ločevanje z magnetom

Odvisno od magnetnih lastnosti ene od snovi v zmesi (železo in NaCl).

Destilacija

Za ločevanje tekočin z različnimi vrelišči v snovi. Ločevanje glicerola in vode, frakcionirana destilacija nafte.

Ločevanje z lijem ločnikom

Za ločevanje tekočin, ki se ne mešajo. Uporabna predvsem za čiščenje snovi v laboratoriju.

Osnove toksikologije

Toksikologija je veda o strupenih snoveh in njihovem učinkovanju.

“Ni strupene snovi. Le odmerek ločuje strup od zdravila” - Parcelsius

Nevarne snovi lahko v telo vstopijo na več načinov:

• oralno (z zaužitjem)
• dermalno (skozi površino kože)
• inhalatorno / respiratorno (z vdihovanjem)
• intravenozno (vbrizgavanje v žilo)
• subkutalno (v podkožje)

Učinek škodljive snovi je odvisen od številnih dejavnikov:

• strupenosti
• količine v organizmu
• časa po izpostavitvi
• koncentracije
• načina vstopa v organizem
• mase človeka
• zdravstvenega stanja

TVEGANJE = NEVARNOST x IZPOSTAVLJENOST

Nevarnost = strupenost lastnosti snovi

Izpostavljenost = količina časa in pogostost kontakta / izpostavljenosti

Izpostavljenost

• količina snovi (odmerek / doza)
• meri se v mg/kg telesne mase
• nestrupenih snovi ni
• navadno velja da večja kot je količina, bolj je škodljiva
• čas in pogostost
• učinek je lahko različen po enkratni ali ponavljajoči izpostavljenosti

AKUTNA STRUPENOST - enkraten odmerek

KRONIČNA STRUPENOST - večkratni oz. ponavljajoči odmerek

Pogosto so znaki enkratne izpostavljenosti povsem drugačni od kronične.

alkohol	učinki
1 kratni	slabost, bruhanje, motnje ravnotežja…
večkratni	zasvojenost, nespečnost, citoza jetr…

Strupi

Povzročijo smrt ob zaužitju snovi.

Odnos med učinkom in odmerkom

Kadar so toksični učinki odvisni od odmerka lahko za akutno toksičnost določimo LD50.

LD50 (lethal dose) je odmerek (mg snovi / kg mase telesa) ki povzroči smrt pri 50% izpostavljenih organizmov (živali). Običajno se navaja še način vnosa in vrsto ???

Označevanje nevarnih snovi

Znak za nevarnost (piktogram).

H (hazard) in P (precautionary) stavki.

Stavki o nevarnosti

• H (hazard) stavki o nevarnostih, opozorila na nevarnosti, izjave o nevarnostih. Opišejo nam učinek kemikalij na organizem / opremo.
• P (precautionary) stavki o previdnostnih ukrepih (obvestila…). Opišejo nam kje in kako snovi hranimo, kako ravnamo ob uporabi, kako ukrepamo pri poškodbah.

Zgradba atoma

Jedro je iz protonov in nevtronov. Elektronska ovojnica je iz elektronov.

Delec	Simbol	Masa	Relativni naboj
proton	\(p^+\)	1,6726 x 10-24g	+1
nevtron	\(n^0\)	1,6749 x 10p-24g	0
elektron	\(e^-\)	0,00091094 x 10p-24g	-1

Element v periodnem sistemu:

79 je vrstno število. Au je simbol in 196.967 je relativna atomska masa.

Vrstno ali atomsko število = število protonov / elektronov. Masno število = št. protonov + nevtronov (zaokrožena relativna masa). Masno število tudi pove koliko \(n^0\) in \(p^+\) ima ta element v svoji v naravi najbolj razširjeni različici.

Torej element Au (zlato) z vrstnim številom 79 ima 79 elektronov in 79 protonov. Število nevtronov dobimo tako, da zaokroženemu masnemu številu (iz 196.967 zaokrožimo na 197) odštejemo vrstno število. Torej 197 - 79 = 118 nevtronov.

Izotopi

So atomi istega elementa, ki ise razlikujejo v številu \(n^0\).

Izotopi vodika:

Izotopi istega elementa imajo:

• različna masna števila
• različne fizikalne lastnosti
• različno razširjenost v naravi
• enako št. \(p^+\) in \(e^-\)
• enake kemijske lastnosti
• elementi imajo lahko en naraven izotop: \(^9\mathrm{Be}\), \(^{19}\mathrm{F}\), \(^{23}\mathrm{Na}\)
• lahko imajo tudi več naravnih izotopov: \(^{18}\mathrm{O}\), \(^{17}\mathrm{O}\), \(^{8}\mathrm{O}\)

Umetno pridobljeni izotopi nastanejo pri jedrskih reakcijah predvidoma so radioaktivni izotopi. Od vseh jedrskih reakcij je najpomembnejša radioaktivnost. Po je spontan razpad nestabilnh jeder na bolj stabilne delce / produkte.

Jedrska energija

Izotopi Urana U

Izotop Urana	Razširjenost v naravi
234U	> 0,0005%
235U	0,72%
238U	99,275%

Uran U, ki ga danes uporabljamo kot jedrsko gorivo je po pridobitvi iz rude potrebno prečistiti in obogatiti. Jedrsko gorivo vsebuje 5% ²³⁵U in 95% ²³⁸U. Za to uporabljajo razlike v fizikalnih lastnostih. V gorivnih palicah iz urana je jedrsko gorivo v obliki UO₂. Skupaj ∼ 50 ton urana.

Nadzorovana jedrska reakcija

Nenadzorovana pa bi bila / je atomska bomba.

Jedrska energija → uparevanje vode → turbine → el. generatorji.

Element ali prvina

To je snov, ki je ne moremo razgraditi v enostavnejše delce / snovi. Izgrajen je iz ene same vrste atomov.

Simboli elementov

Enočrkovni ali dvočrkovni simboli. Izvor imen: po zemljepisnih imenih, bogovih, mitoloških bitjih, planetih, znanstvanikih, nebesnih telesih…

Periodni sistem

Začetek 19.stoletje → 35 elementov

Konec 19.stoletje → 70 elementov

Danes → 118 elementov (92 v naravi, ostali pa umetno pridobljeni)

V periodnem sistem so uvrščeni po vrstnem številu.

I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
1	2	13	14	15	16	17	18

7 period:

Perioda	Elementi
1	Alkalijske kovine
2	Zemeljsko alkalijske kovine
3 - 6	prehodne kovine
7	Halogeni elementi
8	Žlahtni plini
ostalo	Lantanoidi + aktinoidi

Na levi strani so večinoma kovine, na desni pa polkovine in nekovine. Elementi, ki se nahajajo v obliki dvoatomne molekule: N₂, O₂, H₂, O₃, F₂, Cl₂, Br₂, I₂.

Simbol elementa O ≠ formula elementa (O₂)

Elementi, ki so pri sobni temperaturi plini:

H₂, O₂, N₂, F₂, Cl₂, žlahtni plini.

Elementi, ki so pri sobni temperaturi tekoči:

Hg, Br₂.

Kovine

• Vse kovine razen Hg so v trdnem agregatnem stanju.
• Imajo kovinski sijaj.
• Prevajajo električni tok in so dober prevodnik toplote.
• Lahko jih kujemo in vlečemo.
• Večinoma tvorijo trdne kristale.
• V ionskih spojinah jih najdemo v obliki kationov (+).

Alkalijske kovine

• Mehke in najbolj reaktivne kovine.
• V naravi jih najdemo le vezane v spojine.
• Z vodo burno reagirajo.
• Litij, Natrij
• Kalij so tako reaktivni, da ne smejo priti v stik z zrakom, zato jih moramo hraniti v petroleju, Rubidij in Cezij pa v zataljenih ampulah.

Aluminij (Al)

• Mehka, srebrno bela, polsvetleča kovina.
• Majhna gostota 2,7g/cm³ (lahka kovina).
• Odporen na atmosferske vplive (dolga življenska doba).
• Odlična električna prevodnost (edini material, ki je primeren za prevod električnih energij visoke napetosti).
• Dobra sposobnost oblikovanja in preoblikovanja.
• Kovina z največjo toplotno prevodnostjo (radiatorji).
• Omogoča ponovno uporabo (reciklaža).
• Prodobljena je iz rude Baksit.

Zlato (Au)

• Mehka svetleče rumena kovina.
• Je najbolj kovna kovina.
• Na zraku ne oksidira - uporabna za električne kontakte.
• Nakit - Au dodajajo druge kovine, da povišajo trdoto.

Baker (Cu)

• Svetlordeča, žilava in mehka kovina.
• Pridobiva se iz bakrove rude - halkopirit+.
• Dober električni prevodnik - električni vodniki, telefonske žice.
• V vodi ni podvržen koroziji - vodovodne cevi.
• Na zraku oksidira - obda se z patino (stabilni oksid), ki preprečuje nadaljno korozijo.

Železo (Fe)

• Trda, močna in žilava kovina.
• Najpogostejša kovina v zemeljski skorji.
• Cenena in zatonajbolj uporabljena kovina v industriji in gradbeništvu.
• Pridobivajo jo iz železovih rud, ki vsebujejo minerale, kot so hematit in magnetit.
• Na zraku hitro korozira (rjavenje).

Titan (Ti)

• Trdna in lahka kovina, ki je zelo odporna na korozijo.
• Uporabna v letalski industriji, urarski industriji in medicini (umetni kolki in kolena).

Zlitine ali legure

Zlitina je homogena zmes dveh ali več kovin. Dobimo jih z mešanjem raztaljenih kovin, nastalo zmes pa pustimo, da se ohladi in strdi. Zlitine imajo lahko lastnosti od kovin iz katerih so narejene ali pa čisto posebne lastnosti.

Jeklo

• Zlitina železa, ogljika in drugih kovin.
• Večja trdota od železa.
• Nerjaveče jeklo - vsebuje še nikelj in krom.

Bron

• Zlitina bakra in kositra, včasih ima še cink, arzen ali kako drugo kovino (trši od železa).

Cin

• Zlitina bakra, svinca in kositra.
• Ima nizko tališče (uporabno za spajkanje).

Amalgam

• Zlitina živega srebra in drugih kovin (Ag, Sn, Cu, Zn).
• Uporablja se za rekonstrukcijo poškodb zob (plombe).

Polkovine

Imajo nekatere lastnosi kovin in nekatere lastnosti nekovin. Vse so v trdnem agregatnem stanju. So polprevodniki (pri določenih pogojih prevajajo električni tok).

Silicij

• Svetleč, krhek, prevaja el. tok. Slabo prevaja toploto.
• Uporaben v elektronskih vezjih.

Nekovine

Ne prevajajo električnega toka (razen grafita) in slabo prevajajo toploto. Najdemo jih v vseh treh agregatnih stanjih. Ne moremo jih kovati in vleči. V ionskih spojinah jih najdemo v obliki negativnih ionov (anionov).

Vodik (H)

• \(\mathrm{H_2}\) je najlažji plin (14,4 x lažji od zraka) in zelo reaktiven.
• V mešanici s kisikom (\(\mathrm{O_2}\)) je eksploziven.
• Nastaja pri raztapljanju nežlahtnih kovin v kislinah.

\( \phantom{plac} \mathrm{ Mg_{(s)} + 2HCl_{(aq)} \rightarrow MgCl_{2\phantom{a}(aq)} + H_{2\phantom{a}(g)} } \)

• H₂ je ekološko gorivo prihodnosti (gorivne celice).

Kisik (O)

• O₂ je plin brez barve, vonja in okusa.
• V atmosferi ga je približno 21%.
• Topen je v vodi (topnost pada s temperaturo).
• Pospešuje gorenje, sam pa ne gori.
• Kemijsko je zelo reaktiven in tvori spojine (oksidi skoraj z vsemi elementi periodnega sistema razen z žlahtnimi plini).
• Gostejši od zraka, živim bitjem nujno potreben za dihanje.

Dušik (N)

• Pri sobni temperaturi nereaktiven plin.
• Pridobivajo ga s frakcionalno destilacijo utekočinjenega zraka.
• Največ dušika se porabi za proizvajanje amonijaka (umetno gnojilo).
• Zradi nizkega vrelišča je izjemno učinkovito hladilno sredstvo.
• Tekoči dušik (-196^oC), se uporablja za shranjevanje bioloških in medicinskih preparatov v industriji za hlajenje.

Halogeni elementi

Fluor (F)

• Najbolj reaktiven element - reagira skoraj z vsemi elementi.
• Najmočnejši oksidant od vseh elementov v periodnem sistemu.
• V naravi se nahaja vezan v spojinah (npr CaF₂).
• Uporaba: njegove spijine najdemo v zobni pasti (preprečevanje kariesa).
• Fluorovodikova kislina HF - za jedkanje stekla.
• Pri pripravi polimera teflona (PTFE).

Klor (Cl)

• Strupen rumenozelen plin zadušljivega vonja, ki se topi v vodi.
• Uporaba: za razkuževanje vode, bojni strup, izdelava polimerov (pvc), priprava insekticidov (DDT)…

Brom (Br)

• Uporabljen pri izdelavi fotografskih filmov.
• Za pripravo obrambnega plina (tear gas).
• Za izdelavo zatiralcev požara.

Jod (I)

• SIva trdna snov.
• Pri visoki temperaturi sublimira, jodove pare so vijolične barve.
• V vodi se skoraj ne topi, se pa v etanolu.
• Raztopini Joda v etanolu rečemo jodova tinktura.
• Jodovica pa je raztopina joda in kalijevega jodida.
• Uporaba: tinktura v medicini za razkuževanje. Spojine joda dodajamo prehrani, pomanjkanje joda v prehrani povzroča golšavost. Pri izdelavi zdravil za rakava obolenja. Jodovico se uporablja za dokazovanje škroba v živilih.

Žlahtni plini

So zelo stabilni in nereaktivni plini.

Zrak in plini

Plin	delež v ozračju
\(\mathrm{ N_2 }\)	≃ 78%
\(\mathrm{ O_2 }\)	≃ 21%
\(\mathrm{ CO_2 }\) + ostali	ostalo

Plini

Ime in formula	Uporaba
\(\mathrm{ He }\) - helij	baloni
\(\mathrm{ N_2 }\) - dušik	hlajenje, zmrzovanje
\(\mathrm{ CO_2 }\) - ogljikov dioksid	gasilno sredstvo, gaziranje pijač
\(\mathrm{ NH_3 }\) - amonijak	gnojilo
\(\mathrm{ CH_3 }\) - metan	gorivo
\(\mathrm{ N_2O }\) - došikov dioksid	smejalni plin “anestetik”
\(\mathrm{ Cl_2 }\) - klor	razkižilo, belilo

Lastnosti plinov

• Nimajo stalne oblike in prostornine
• Delci v plinu se prosto gibljejo
• Plini se med seboj mešajo
• Imajo majhno gostoto

Ogljikov dioksid (CO₂)

• \(\mathrm{CO_2}\) je brezbarven negorljiv plin.
• Nastaja pri postopku gorenja organskih snovi.
• Nastaja pri celičnem dihanju številnih mikroorganizmov, proizvajajo ga pri fermentaciji.
• Večja gostota od zraka, zato se zadržuje pri tleh.
• Rastline ga uporabljajo pri fotosintezi.
• Se zelo dobro topi v vodi in povzroča kislost vode, zato voda raztopi apnenec.
• Uporablja se za izdelavo gaziranih pijač.

$$\mathrm{ \phantom{plac} CaCo_{3\phantom{a}(s)} + CO_{2\phantom{a}(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons Ca(HCO_3)_{(aq)} }$$

• \(\mathrm{CO_2}\) se uporablja pri varjenju kot zaščitni plin, saj je v primerjavi z Ar veliko cenejši.
• \(\mathrm{CO_2}\) je suhi led (hlajenje).
• Uporablja se ga kot sredstvo za gašenje.

Pojav tople grede

• Dogaja se zaradi prevelike količine \(\mathrm{CO_2}\) in ostalih toplogrednih plinov.

Izvor toplogrednih plinov

• Sežig fosilnih goriv (premog, nafta, plin…)
• Krčenje gozdov, industrija, promet.
• Uporaba umetnih gnojil v kmetijstvu.

Toplogredni plini

• Vodna para
• \(\mathrm{CO_2, O_3}\)
• Metan \(\mathrm{CH_3}\)
• Klorofluorovodiki \(\mathrm{CFC}\)
• Didušikov oksid \(\mathrm{N_2O}\)

Del sončne energije se odbije od oblakov ozračja in zasneženih površin zemlje. Odbito IR svetlobo absorbirajo molekule toplogrednih plinov in jo nato oddajo v okolico in sicer v vse smeri, polovico nazaj na zemljo.

Večji del dončne svetlove absorbira površje in jo segreva. Segreta površina zemlje seva IR svetlobo.

Posledice globalnega segrevanja

• Spremenjene vremenske razmere.
• Povečana temperatura ozračja.
• Taljenje ledu in ledenikov.
• Dvig morske gladine.

Reševanje problema

• Zamenjava fosilnih goriv z drugimi energetskimi viri ter varčna / učinkovitejša izraba energije / zmanjševanje energetskih potreb.
• Skladiščenje CO₂ in pretvorbo v metan (biogorivo).
• Zajem CO₂ in stisnjega CO₃ po cevovodih.
• Skladiščenje (opuščeni rudniki, vrtnine, dno morja).

Obnovljivi viri energije

• Zaradi gospodarske rasti se višajo energetske potrebe.
• Potreba po energetskih virih ki manj škodijo okolju / ga ne uničujejo.
• Potreba po cenovno dostopni energiji.

Sončna energija

• Solarni sistemi za ogrevanje in osvetljevanje prostorov, fotovoltaika - sončne celice za proizvajanje sončne energije.
• Problem - visoka cena, nihanje v količini sončne energije ki pade na celice (letni čas, vreme…)

Vodna energija

• Najpomembnejši vir energije (21% vse električne energije na svetu)
• dolga življenska doba, nizki stroški obratovanja, visoki izkoristki
• velik poseg v okolje, visoka cena naložbe, nihanje glede na pretok (vreme, letni čas)

Biomasa

• velik izkoristek, izraba odpadnega materiala
• visoka cena investicije, negospodarno ravnanje z gozdovi

Geotermalna energija

• dolga življenska doba, nizki stroški obratovanja
• visoka cena investicije (vrtina), posedanje tal, onesnaženje s paro in plini (H₂S, CO₂, NH₃ …)