КБ 22088 www.zavod.co.rs
Миленија Марковић• Славица Вељовић
ХЕМИЈА
2
ХЕМИЈА
за 2. разред
гимназије општег типа и природно-математичког смера и средње стручне школе у подручјима рада: пољопривреда, производња и прерада хране; текстилство и кожарство; здравство и социјална заштита; остало – личне услуге
др Миленија Марковић• Славица Вељовић
ХЕМИЈА
уџбеник за 2. разред гимназије општег типа и природно-математичког смера и средње стручне школе у подручју рада: пољопривреда, производња и прерада хране за образовне профиле: зоотехничар и техничар хортикултуре; текстилство и кожарство, за образовне профиле: текстилни техничар, конфекцијски техничар, техничар моделар коже; здравство и социјална заштита за образовне профиле: санитарно-еколошки техничар, педијатријска сестра – техничар, гинеколошко-акушерска сестра, медицинска сестра – васпитач, зубни техничар; остало – личне услуге
Рецензенти проф. др Никола Вукелић, професор у пензији, Факултет за физичку хемију, Београд Слађана Басуровић, професор хемије, Медицинска школа, Ужице Мелита Шарчев-Ћебић, професор хемије, Гимназија „Јован Јовановић Змај“, Нови Сад Уредник др Татјана КОСТИЋ Одговорни уредник др Татјана КОСТИЋ Главни уредник др Милорад МАРЈАНОВИЋ За издавача др Милорад МАРЈАНОВИЋ, в. д. директора
©Завод за уџбенике, Београд (2021) Ово дело не сме се умножавати, фотокопирати и на било који други начин репродуковати, ни у целини ни у деловима, без писменог одобрења издавача.
Садржај НЕОРГАНСКЕ СУПСТАНЦЕ У НЕЖИВОЈ И ЖИВОЈ ПРИРОДИ (Миленија Марковић) . 9 Заступљеност елемената и њихових једињења у природи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Супстанца од опште важности – Земља . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Супстанца од опште важности – вода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Супстанца од опште важности – ваздух . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Елементи од опште важности – биогени елементи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Тест 1. – Неорганске супстанце у неживој и живој природи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ПЕРИОДИЧНА СВОЈСТВА ЕЛЕМЕНТАРНИХ СУПСТАНЦИ (Славица Вељовић) . . . . . . . 33 Подела елемената у периодном систему елемената. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Кристални облици и алотропске модификације . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Периодичност елемената у Периодном систему елемената . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Реактивност елемената у 17. групи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Teст 2. ‒ Периодична својства елементарних супстанци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 ХЕМИЈСКЕ РЕАКЦИЈЕ И ПЕРИОДИЧНОСТ. ВОДОНИК И ХИДРИДИ. КИСЕОНИК. ОКСИДИ И ПЕРОКСИДИ (Славица Вељовић) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Хемијска својства и хемијске промене елемената . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Водоник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Кисеоник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Киселине и базе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Соли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Константа дисоцијације . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Хидролиза соли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Пуфери . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Напонски низ елемената и електродни потенцијал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Тест 3. – Хемијске реакције и периодичност. Водоник и хидриди. Кисеоник, оксиди и пероксиди . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 МЕТАЛИ s, p и d БЛОКА ПЕРИОДНОГ СИСТЕМА ЕЛЕМЕНАТА (Славица Вељовић) . 56 3
Елементи 1. групе – алкални метали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Елементи 2. групе – земноалкални метали. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Метали p блока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Калај, Sn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Олово, Pb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Метали d блока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Гвожђе, Fe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Хром, Cr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Maнган, Mn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Бакар, Cu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Сребро, Ag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Цинк, Zn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Тест 4. – Mетали s, p и d блока Периодног система елемената . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 КОМПЛЕКСИ (Миленија Марковић) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Састав и врста комплекса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Номенклатура комплекса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Дисоцијација комплекса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Комплексни јони . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Примена и налажење комплексних једињења . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Тест 5. – Kомплекси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 НЕМЕТАЛИ, МЕТАЛОИДИ И ПЛЕМЕНИТИ ГАСОВИ (Миленија Марковић) . . . . . . . . . 90 Подела и номенклатура неорганских једињења . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Неметали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Елементи 17. групе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Елементи 16. групе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Елементи 15. групе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112 Елементи 14. групе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112 4
Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Металоиди . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Бор, B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Силицијум, Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Племенити гасови . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Својства и налажење . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Једињења племенитих гасова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Примена. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Тест 6. – Неметали, металоиди и племенити гасови . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 ИНДУСТРИЈСКИ ПРОЦЕСИ (Миленија Марковић, Славица Вељовић). . . . . . . . . . . . . . . 126 Металургија (Славица Вељовић) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Добијање гвожђа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Добијање челика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Производња алуминијума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Технолошко-економске карактеристике неметала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Грађевински материјали (Миленија Марковић) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Стакло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Керамика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Грађевински везивни материјали (Миленија Марковић) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Вода за градску употребу (Миленија Марковић) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Добијање воде за пиће . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Проблематика технологије припреме воде за пиће . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Хемија и храна (Миленија Марковић) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Ђубрива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 Неорганска хемијска индустрија (Миленија Марковић) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Киселине, сумпорна и хлороводонична . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Соли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Технички гасови, амонијак . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Тест 7. – Индустријски процеси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
5
НЕОРГАНСКЕ ЗАГАЂУЈУЋЕ СУПСТАНЦЕ (Миленија Марковић) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Загађивачи земљишта, ваздуха и воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Утицај CO2 на климу, ефекат „стаклене баште” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Уништавање озонског омотача. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Закисељавање падавина, киселе кише . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Ремедијација и рекултивација земљишта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Утицај метеоролошких прилика на загађеност ваздуха, смог . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Комунални, индустријски, опасни отпад и рециклажа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Мере за спречавање загађивања ваздуха, воде и земљишта. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Препоруке за еколошко понашање ученика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Питања и задаци . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Тест 8. – Неорганске загађујуће супстанце . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 ПРИЛОЗИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Табела 1. – Si-префикси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Табела 2. – Бројеви исказани као експоненцијали броја 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Табела 3. – Напонски низ метала и стандардни електродни потенцијал (V) . . . . . . . . 181 Табела 4. – Основне Si јединице . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Табела 5. – Изведене Si јединице . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Упутство за рад у хемијској лабораторији . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Решење тестова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
6
РЕЧ АУТОРА Уџбеник je намењен ученицима и наставницима другог разреда гимназија општег типа и природно-математичког смера, као и одређеним средњим стручним школама. Темељи се на реформисаном програму уведеном у гимназије школске 2019/20. године. Хемија у другом разреду је надоградња градива с којим су се ученици упознали у основној школи и првом разреду средње школе. За успешно праћење наставе, неопходно је редовно учење, употребa Периодног система елемената и обнављање градива из опште хемије. На тај начин ће и ученици с мање предзнања моћи да се без потешкоћа укључе у наставни процес. Савремени свет карактеришу непрекидне промене које изискују нов приступ истраживању. Као аутори овог уџбеника покушали смо новим приступом на једноставан и разумљив начин да изложимо физичка и хемијска својства, структуру и примену неорганских супстанци. Поштовали смо правила у хемији да се морају добро познавати састав, структура и својства сваке супстанце и да се увек прво анализирају просте појаве и процеси, а затим се траже одговори на сложенија питања. Покушали смо да неорганску хемију повежемо са захтевима и потребама савременог човека и да разјаснимо појмове и појаве из свакодневног живота. Препоручује се пројектно, проблемски и истраживачки постављена настава хемије. Заснована је на примени експеримента, различитих савремених метода и техника. То ће ученика поставити у позицију да самостално и тимски развија знање и примењује га. Циљ таквог приступа је да код ученика пробуди интересовање за хемију уочавањем повезаности структуре супстанце с њеним физичким и хемијским својствима и применом у свакодневном животу. Ученици треба помоћу знања из oпште хемије и других наставних области да упоређују својства неорганских супстанци и уочавају сличности и разлике у њиховом хемијском понашању и у примени. Биолошки и индустријски значај појединих елемената доводе у везу човека и хемију, па је хемија поред образовне стекла и интердисциплинарну примену. Уџбеник је подељен на 10 поглавља: 1. Неорганске супстанце у неживој и живој природи, 2. Периодична својства елементарних супстанци, 3. Хемијске реакције и периодичност. Водоник и хидриди. Кисеоник, оксиди и пероксиди, 4. Метали s, p и d блока Периодног система елемената, 5. Комплекси, 6. Неметали, металоиди и племенити гасови, 7. Индустријски процеси, 8. Неорганске загађујуће супстанце, 9. Прилози и 10. Литература. Ова поглавља одабрана су на основу наставног програма, по њиховој актуелности, по савремености и научној и примењеној важности. Уџбеник садржи графиконе, табеле и пажљиво одабране фотографије које су у функцији текста и циљ им је да олакшају разумевање наставног програма. Сваки ученик, осим што поседује бистрину и радозналост, мора да буде упоран и стрпљив да би упознао разнолик свет неорганске хемије. Међутим, у том свету прво треба да упозна супстанце које су му најближе, које га окружују и предмете које додирује свакодневно. Разумевање основних појава и процеса увек подстиче на нова усвајања знања. Аутори 7
НЕОРГАНСКЕ СУПСТАНЦЕ У НЕЖИВОЈ И ЖИВОЈ ПРИРОДИ Хемичари данас покушавају да хемијска својства повежу са физичким и биолошким својствима супстанци и да их применом тих сазнања пруже свету на употребу. Постоје супстанце које се налазе у природи у изворном стању (минерали, ваздух, вода...) и супстанце које се производе у лабораторијама. У лабораторијама су пронађене и усавршене бројне хемијске реакције помоћу којих се добијају бројни производи, а неки од њих у индустријским размерама. Настојања хемичара да упознају структуру супстанце стара су колико и хемија. Данас су хемичари, захваљујући разноврсности експеримената, изразито спретни у стварању и испитивању нових супстанци. Економским значајем и техничком важношћу хемија представља сложену научну дисциплину која најнепосредније утиче на квалитет нашег живота и доприноси му. Неорганска хемија као грана хемије бави се изучавањем елемената и њихових једињења, осим једињењима угљеника, која изграђују живи свет. Од посебне је важности за живот и делатност становништва на планети. Она решава многе потребе људске врсте које се односе на воду, ваздух, храну, здравље људи, становање, саобраћај, грађевину, пољопривреду, металургију, заштиту природне околине итд.
Заступљеност елемената и њихових jедињења у природи Супстанца од опште важности – Земља Природне или вештачки добијене супстанце, органске или неорганске, изграђене су од 118 хемијских елемента. Од тих елемената и више од 80 милиона до сада створених различитих хемијских једињења изграђени су природа и предмети које користимо. Сви елементи нису равномерно распоређени, нити заступљeни у природи.
кисеоник 49,4%
осталих 77 елем. 0,453% бакар 0,01% манган 0,08% угљеник 0,19% фосфор 0,12%
силицијум 25,7%
хлор 0,19% водоник 1,9% титан 0,58% магнезијум 1,9% калијум натријум 2,4% гвожђе калцијум 2,6% 3,4% 4,7% алуминијум 7,5%
Слика 1. – Састав Земљине коре 9
Та разноликост природе потиче и од најразличитијег могућег сједињавања елемената. У Земљиној кори, дебљине 16 km, нађена су 92 елемента (сл. 1). Неки од елемената су „носачи” Земљиног тела (кисеоник 49,4%, силицијум 25,7%, алуминијум 7,5%...), док други елементи изгледају као допуне (водоник 1,9%, угљеник 0,09%, бакар 0,19%...). Најзаступљенији елемент у Земљиној кори је кисеоник. Он се налази и у ваздуху, у минералима, води и живим организмима. Затим силицијум, јер велики број минерала од којих су изграђене планине, плодне равнице и пустиње садржи силицијумова једињења. Тако, три четвртине Земљине коре се састоји од само два елемента, кисеоника и силицијума. На основу многобројних анализа, научници су дошли до податка да 99% Земљине коре изграђује 12 елемената, а сви остали учествују с 1%. У спољашње сфере Земље спадају хидросфера, атмосфера и биосфера. Њену унутрашњу сферу чине литосфера, магмасфера и барисфера. Само 0,1% запремине Земље је површински део, литосфера, која је непосредно доступна посматрачу. остали Заступљеност елемената у Земљи је 8% знатно другачија. Течно језгро Земље магнезијум гвожђе састоји се од гвожђа и никла. Зем12,7% 34,6% љино језгро окружено је чврстим оксидно-сулфидним слојем гвожђа и никла. Човеку је доступнa магма, која вулканском активношћу доспева на површину Земље с дубине од око силицијум 15,2% 250 km. Слој Земље изнад течног језгра претежно чине силикати магнезијума, алуминијума и гвожђа. Процентуална заступљеност елемената у кисеоник Земљи је следећа: гвожђе 34,6%, ки29,5% сеоник 29,5%, силицијум 15,2%, маСлика 2. – Заступљеност најчешћих елемената у Земљи гнезијум 12,7% и 8% остали елементи (сл. 2).
Стене, руде и минерали Површински део Земље је чврст, стеновит омотач, литосфера. Она се састоји од стена које се разликују по старости, начину постанка и врсти минерала који улазе у њихов састав. Стене су скуп више минерала, а настале су на различите начине и на различитим дубинама. Налазе се на површини Земље у облику изданака. Минерали од којих се састоји Земљина кора састављени су од хемијских елемената и једињења. У природи постоји неколико хиљада различитих минерала. Поједини минерали користе се у свакодневном животу. Научна област која се бави проучавањем минерала назива се минералогија. Минерали који учествују у грађи стена на Земљи називају се петрогени минерали (таб. 1).
10
Назив петрогеног минерала
Производ
аметист
накит
графит
графитна оловка
калцит
креч
кварц
стакло
талк
пудер
флуорит
паста за зубе
халит
кухињска со
Изглед минерала
Табела 1. – Врста и употреба петрогених минерала Петрогени минерали настали су кристализацијом из магме и из водених раствора таложењем и метаморфозом. Састав минерала је хомоген. Минерали се међусобно разликују по боји, сјају, тврдоћи и кристалној структури. Неки минерали имају аморфну структуру. Тврдоћа и хемијска постојаност минерала могу се изразити применом такозване Mohs-ове скале тврдоће (таб. 2). Према начину постанка, стене се деле на магматске, седиментне и метаморфне. Магматске стене постале су хлађењем и очвршћавањем усијане стенске масе у унутрашњости и лаве на површини Земље. Оне чине око 95% литосфере. Најраспрострањеније магматске стене су: гранит, габро, базалт и андезит (таб. 3). Седиментне стене настају таложењем и очвршћавањем уситњених делова минералних супстанци и остатака биљака и животиња. Важнији седиментни минерали су: шљунак, глина, кречњак и гипс (таб. 4).
11
0
графит
хексагонална структура атома C
1
талк
Mg3H2(SiO3)4
2
гипс
CaSO4∙ 2H2O
3
калцит
CaCO3
4
флуорит
CaF2
5
апатит
Ca5(PO4)3(F, Cl, OH)
6
ортоклас
K[Al(Si3O8)]
7
кварц
SiO2
8
топаз
Al2(SiO4)(F, OH)2
9
корунд
Al2O3
10
дијамант
кубична структура атома C
Табела 2. – Класификација минерала применом Mohs-ове скале тврдоће Стена
12
Опис стене и налазишта у Србији
Употреба
гранит
Зрнаста структура, јако чврста и отпорна, састоји се од минерала лискуна, фелдспата и кварца. Налазишта: Букуља, Цер и Стара планина
грађевински матријал за ивичњаке, облагање грађевинских објеката
габро
зрнаста структура, јако чврста и отпорна стена Налазиште: Дели Јован
декоративни камен, изградња споменика, поплочавање улица
базалт
ситнозрна стена, слична габру Налазишта: Копаоник, околина Лепосавића, Луковска бања
за производњу стаклене вуне, изолатора
андезит
силикатни минерал, Налазишта: околина Бора и Мајданпека, Трепча, Рудник, Љубовија и Копаоник
производња бакра, олова, цинка, сребра, антимона, арсена и живе, грађевински камен
Табела 3. – Магматске стене
Седиментни минерал
Опис минерала и налазиште у Србији
Употреба
шљунак
природни грануларни материјал присутан у свим речним коритима
грађевински материјал
глина
Настала исушивањем муља Налазишта: Злакуса код Ужица
керамика и ватросталне посуде
кречњак
масивна структура, беле или сиве боје Налазишта: Јелен До (Пожега), Каона
грађевински материјал, цементна, прехрамбена и фармацеутска индустрија
гипс
беле боје или без боје, мала тврдоћа Налазишта: околина Крагујевца, долина реке Груже
грађевински материјал, у медицини и стоматологији, текстилна индустрија и индустрија гуме и боја, у противпожарним системима
Табела 4. – Седиментне минералне супстанце Метаморфне стене настају метаморфозом магматских и седиментних стена при високом притиску и високој температури (сл. 3). Метаморфоза се у овом случају односи на трансформацију стене при високом притиску и температури, када се мењају њена физичка и хемијска својства. Најраспрострањеније метаморфне стене су: гнајс, мермер и кварцит (таб. 5). Слика 4. – Трансформација стена (метаморфоза) Стена и изглед
Опис стене и налазишта у Србији
Употреба
гнајс
сличан граниту, масивна и уједначена гранулација Налазишта: Вршац, Лесковац
у грађевинарству
мермер
мозаична, масивна стена беле, сиве или зелене боје Налазишта: Венчац, Студеница, Пирот
украсни камен за облагање зграда, за зидне и подне плоче, за споменике
кварцит
крта стена, оштрих ивица, по саставу кварц Налазишта: Ужице, Врање
подлога за путеве, ватростална опека, у металургији
Табела 5. – Метаморфне стене Према хемијском саставу, минерали могу да буду најразличитијег хемијског састава: – сулфиди (галенит, пирит, аргентит), – оксиди (магнетит, рубин, сафир, боксит), – халогениди (кухињска со, силвин, карналит), 13
– карбонати (калцит, мермер, магнезит, азурит), – сулфати (гипс), – нитрати (чилска шалитра), – борати (боракс) и – силикати (кварц, циркон, смарагд, аквамарин). Самородни елементи у изворном стању су злато, бакар, платина, дијамант, графит и сумпор.
Драгуљи Драго камење (драгуљи) су веома ретки минерали природног порекла, јонског карактера, осим дијаманта. Високо је цењено због своје лепоте, сјаја, боје и постојаности. Гемологија се бави драгим камењем као интердисциплинарна област. Драгуљи су део цивилизације од кад она постоји. У праисторијско време драгуљи су биле и супстанце неминералног порекла, као што је ћилибар. Данас се термин драго камење односи само на неорганске минерале (таб. 6). Назив и хемијска формула минерала
Драги камен, боја
Врста јона која одређује боју драгуља
Налазишта
корунд, Al2O3
рубин, црвен
Fe3+
Бурма, Тајланд, Камбоџа
корунд, Al2O3
сафир, плав
Fe2+
Шри Ланка, Бурма, Тајланд, Камбоџа
берил, Be3Al2(Si6O18)
смарагд, зелен
Cr3+
Колумбија, Русија, Замбија
берил, Be3Al2(Si6O18)
аквамарин, светлоплав
Fe2+
Бразил, Русија
берил, Be3Al2(Si6O18)
хелиодор, жут
Fe3+
Бразил, Русија
циркон, Zr(SiO4)
циркон, разне боје
U4+
Шри Ланка, Аустралија, Камбоџа
кварц,SiO2
аметист, љубичаст
Mn2+
Бразил, Русија
опал, разне боје
Mn2+
Чешка, Аустралија, Бразил, Мексико
алуминосиликати, Al2(SiO4)(F,OH)2
топаз, жут
Fe3+
Бразил, Русија, Бурма, Мексико
комплексни алуминијум-фосфати, CuAl6(PO4)4(OH)8.4H2O
тиркиз, светлоплав
Cu2+
Иран, Кина, Египат
кварц,SiO2
Табела 6. – Драго и полудраго камење, ретке врсте неорганских кристала Боја је карактеристично својство које је неодвојиво повезано с појмом драгог камена. Одређује лепоту и вредност драгуља. Често су драгуљи називани по боји (лат. ruber ‒ црвен), а боје по драгуљима (смарагднозелена, тиркизноплава). 14
Дијаманти су настали из графита на дубинама од 100 km до 200 km, под утицајем високог притиска и температуре. Стене богате дијамантима вулканским ерупцијама приближиле су се површини Земље. Дијаманти се ваде у рудницима који се налазе на месту некадашњих вулкана (Јужна Африка, Кимберли). Треба правити разлику између драгуља (дијамант, рубин, смарагд, сафир) и полудрагог камења. Гранат је силикат, жућкасте боје, која га чини непожељним. Упоредо с развојем метода за синтезу декоративног камења развијале су се и методе за испитивање физичких и хемијских својстава. Данас се користе методе за анализу драгуља које с великом поузданошћу могу да утврде њихово порекло и њихову вредност. Осим начина обраде и сама величина камена има утицај на вредност која се изражава у каратима, где један карат износи петину грама.
Руде У Земљиној кори метали су заступљени с око 25%, од којих је удео алуминијума и гвожђа до 50%. Руде су чисти минерали или смеше минерала из којих се на економичан начин може добити метал. Састоје се од корисних минерала и јаловине. Места у природи где се руде налазе у мањим или већим наслагама су рудна лежишта. Руде ретко садрже чисте метале. По саставу су углавном оксиди, карбонати, силикати или сулфиди метала. Садржај метала исказује се масом метала у тони руде. Према садржају корисног дела, руде могу да буду сиромашне, као, на пример руда олова галенит, PbS, која садржи 20‒80 kg/t олова или богате, као, на пример руда гвожђа магнетит, Fe3O4, која садржи 600‒650 kg/t гвожђа. Руде богате племенитим металима садрже далеко мањи проценат метала од руда богатих другим металима (руде злата, ако садрже 5‒15g/t злата, економичне су за прераду). Металургија је наука која се бави изучавањем постојећих и развојем нових поступака и метода економичног добијања метала. Такође, у оквиру металургије изучавају се структура, својства и примена метала, као и њихово рафинирање, легирање и даља прерада у одговарајуће полупроизводе и готове металне производе. Квалитет производа металургије зависи од врсте горива, од квалитета сировина, начина добијања и обраде метала, као и других производно-техничких услова. Основна подела базне металургије према врсти метала је на: – црну металургију (металургија гвожђа, челика, мангана и хрома) и – обојену металургију (металургија свих осталих метала). Прерађивачка металургија обухвата прераду метала и њихових легура у полупроизводе или готове производе. У прерађивачкој металургији доминантни су физички процеси. Метал се може добити различитим поступцима прераде руде, у зависности од садржаја метала у руди, састава руде, захтеване чистоће добијеног метала, економске и еколошке оправданости поступка.
Добијање метала Технолошки процес добијања метала из руда састоји се из три фазе: 1. обогаћивање руде и њена припрема за даљу прераду,
15
2. редукција једињења до метала и 3. рафинисање сировог метала. 1. Обогаћивање руде Руде с малим садржајем метала се након уситњавања и сортирања подвргавају поступцима обогаћивања – добијања концентрата. У поступку раздвајања некорисног дела (јаловине) од минерала добија се концентрат који треба да има што већи садржај метала. При процесу концентровања не мења се хемијски састав минерала. 2. Редукција до метала Добијени концентрат припрема се за даљу прераду, за редукцију до метала: (M ‒ метал, MO ‒ оксидна руда). MO + CO M + CO2 У добијању метала као редукционо средство највише се употребљава металуршки кокс (угљеник). Редукционо деловање кокса C појачава се дејством (угљеник(II)-оксида) CO насталог непотпуним сагоревањем кокса. 2C(s) + O2(g) 2CO(g) 3. Рафинисање сировог метала Рафинисање је пречишћавање метала. Састоји се у деловању кисеоника на отопљени метал, при чему се нечистоће уклањају у виду згуре или гаса. Електролитичко рафинисање је знатно скупље и примењује се за добијање метала велике чистоће. Основни проблеми који се јављају приликом рафинисања метала су искоришћење метала и загађење животне средине. Производни поступци који се углавном примењују у металургији су: – пирометалуршки процеси, – хидрометалуршки процеси и – електрометалуршки процеси. – Пирометалуршки процеси примењују се за добијање метала из руда помоћу металуршког кокса. Угљеник и угљеник(II)-оксид су редукциона средства, редукују оксидне руде метала до метала. На тај начин се прерађују руде гвожђа, бакра, олова, цинка и многих других метала. Пирометалуршким поступком цинк се добија тако што се сулфидна руда сфалерит (ZnS) претходно пржи (загревање у присуству кисеоника). T 2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2(g) Карбонатна руда смитсонит (ZnCO3) претходно се жари (загревање без кисеоника). T ZnCO3 ZnO + CO2(g) Добијени оксид цинка редукује се помоћу кокса на температури до 1.000°C. T 2ZnO + C 2Zn + CO2(g) – Хидрометалуршким процесом се минерал из руде раствара у води или воденом раствору киселине, базе или соли. Из раствора се метал таложи додатком другог метала с негативнијим стандардним редокс-потенцијалом. Овим поступком добијају се бакар, алуминијум, сребро, злато и други метали. 16
– Електрометалуршки процеси омогућавају добијање метала помоћу електричне струје, електролизом раствора или растопа руде. Метали који се добијају овим поступком имају велику чистоћу. На пример, електролитичким поступком цинк се добија тако што се ZnO раствара у сулфатној киселини, па се врши електролиза добијеног раствора. ZnO+ H+ + HSO4– Zn2+ + SO42– + H2O Цинк се издваја на катоди и не рафинише јер има чистоћу од 99,97 до 99,99%.
Легуре Савремени свет непрекидно тражи нове материјале. Док су захтеви за чистоћом појединих метала високи, својства других побољшавају се додатком различитих метала и неметала у одређеним односима. Тако настају легуре, које су променљивог састава и добрих и корисних својства. Легуре су хомогене смеше метала или метала и неметала, које настају на повишеној температури. Легирањем се добијају материјали за одређену намену, који имају одговарајућа својства и адекватну цену. Састав легуре означава се словним симболима елемената који је граде, као и бројевима који означавају процентуални удео тих елемената. Легура с ознаком Al–7,5Cr–1,2Fe, по саставу је Al, с додатих 7,5% Cr и 1,2% Fe. Својства челика, који је легура гвожђа и угљеника (до 1,7% C), могу се поправити додавањем других метала. Никл побољшава жилавост, хром тврдоћу, а оба додата метала чине челик отпорнијим на корозију. Челик загревањем постепено омекшава и може се, за разлику од сировог гвожђа, ковати, ваљати, пресовати и лити. Бели лим је меки, хладно ваљани челични лим с малим садржајем угљеника, чије су површине превучене калајем. Бели лим се највише употребљава за израду лименки намењених паковању хране и пића. Најпознатије легуре бакра су месинг, бронза и ново сребро (алпака). Месинг је легура бакра и цинка (око 40% Zn), отпорна на корозију. Према садржају цинка, мења се боја месинга од црвене до жуте, а и његова механичка својства. Бронза је легура бакра и калаја, велике чврстине и жилавости, добро се лије. Ново сребро је легура бакра, цинка и никла, отпорна на корозију. Добила је назив по томе што има спољни изглед који подсећа на сребро. Користи се углавном за израду прибора за јело и украсних предмета. Дуралуминијум је легура алуминијума и бакра (до 5,5% Cu), мангана (0,5% Mn), и магнезијума (до 0,8% Mg). Додати метали повећавају тврдоћу и чврстоћу алуминијуму. Дуралуминијум је основни конструкциони материјал у авионској и ракетној индустрији. Занимљиво је да температура радних делова авиона конкор током лета може да достигне температуру до 175°C. Тако висока температура не мења својства легуре од које је конструисана летелица. Жива је отрован метал. Када се легира с одређеним металима, настаје легура амалгам, која нема отровна својстава. Дуго се легура живе са сребром или бакром користила за израду пломби у стоматологији. Злато, племенити метал, легира се с више различитих метала (сребро, бакар, никл, паладијум, цинк...) и тако настају легуре најразличитијих својстава. Златан новац, накит, посуђе и други предмети израђују се од легура злата, које поред злата садрже сребро или 17
бакар. Легирањем злата са сребром добија се легура светложуте боје, а додатком бакра легура добија црвеножуту боју. Легуре злата подлежу жигосању и означавју се прописаним жиговима који изражавају финоћу. Некада се финоћа злата на предметима од злата изражавала у каратима (стара ознака), а сада у промилима. Злато финоће 1.000 промила (1.000/1.000), „чисто злато”, износи 24 карата. Број карата означава број делова племенитог метала у 24 дела легуре, што значи да 18-каратно злато има 18 делова злата и 6 делова легирајућег метала.
Корозија метала Појава корозије је често узрок краћег века трајања опреме, лошијег квалитета производа, застоја у раду и већих трошкова повезаних с опремом. Корозија је процес разарања који настаје на граници између метала и средине која га окружује, при чему метали губе своје физичка и хемијска својства. Због тога се металне површине штите од корозије заштитним превлакама од метала који су отпорни на корозију. Најчешће се гвожђе штити цинком или никлом. Ови су метали отпорнији на утицај воде, угљен-диоксида и кисеоника из спољашње средине. На метал и легуру наносе се и заштитне неорганске превлаке: емајл, стакло, цемент или бетон. У техници се примењује на хиљаде легура у чији састав улази више од 50 елемената, од којих се израђују најразличитији производи. Производи се пакују у амбалажу да би се сачувао њихов квалитет и олакшали транспорт и складиштење. Произвођач је у обавези да истакне декларацију робе на амбалажи. Декларација робе је скуп података о производу које је произвођач обавезан да истакне на амбалажи. Од посебног су значаја за потрошача следећи подаци: назив производа и трговачко име, састав производа, датум производње, рок употребе, број серије, назив и локација произвођача, ознаке за ниво квалитета, атестни знак, упутство о употреби и чувању. Нетачно декларисање робе је привредни преступ и повлачи кривичну одговорност према законској регулативи. Основна функција марке производа је да омогући потрошачу да лако и брзо распозна производ према пореклу и квалитету и да идентификује линију производа. Атестирање производа обавља овлашћена институција, која издаје одговарајући атест на основу испитивања и провере квалитета. Атест о квалитету је документ којим се потврђује да су карактеристична својства производа у складу са стандардима или другим прописима о квалитету. Производи се атестирају да би се заштитили потрошачи и гарантовао квалитет производа. Атестирани производи обележавају се атестним знаком.
18
ПИТАЊА И ЗАДАЦИ 1) Упоредите заступљеност елемената у унутрашњости Земље и у Земљиној кори. 2) Који су производни поступци добијања метала из руда? 3) Наведите разлоге за рафинисање, легирање и заштиту метала од корозије. 4) Размислите колико су важна врста амбалаже и атест о квалитету производа. Наведите примере из свакодневног живота. Попуните табелу. Назив минерала Драги камен корунд
рубин
корунд
сафир
берил
смарагд
берил
аквамарин
берил
хелиодор
кварц
аметист
кварц
опал
Боја
Супстанца од опште важности – вода Живот на нашој планети настао је и дуго се развијао само у воденој средини. Касније, током еволуције многи организми стекли су бројне структурне и функционалне прилагођености које су им омогућиле живот и изван водене средине. Сама чињеница да је вода један од основних састојака ћелије указује на то да су сви организми, чак и копнени, изузетно зависни од воде. Стога, вода, која представља једно од најједноставнијих неорганских једињења, има непроцењив значај за настанак и одржавање живота на планети. Треба истаћи да је водена средина доминантан тип станишта на планети јер заузима више од 90% запремине настањеног простора Земље. Мора и океани покривају ¾ површине наше планете, а само ¼ је копно. Од те огромне водене површине 97,5% је слана вода, а само 2,5% слатка вода (сл. 4). Велики део слатке воде присутан је на половима у виду снега и леда (око 1,8%), што је уједно и највећи резервоар слатке воде. Преостала вода (око 0,7%) је на
Врста јона која одређује боју
океани и мора
слатка вода
ледници атмосфера и живи организми језера и реке подземне воде
Слика 4. – Структура хидросфере 19
копну, део испуњава земљишне шупљине (око 0,63%), а део улази у састав површинских вода као што су реке, језера, баре и мочваре (око 0,01%). Подземне и површинске воде чине водени омотач Земље, хидросферу. Вода је присутна у атмосфери у облику водене паре, облака и преципитата (падавина) (око 0, 001%), као и у живим организмима (око 0,059%). Организми биљног и животиљског света садрже обилато воду. Човечији организам садржи преко 70% воде. Научници су проценили да се вода, кружећи у природи, просечно задржава: у ледницима од 20 до 100 година, у сезонским снежним падавинама од 2 месеца до 6 месеци, у земљишту од 1 до 2 месеца, у језерима од 50 до 100 година (у зависности од дубине језера, од тога да ли је проточно итд.) и у рекама од 2 месеца до 6 месеци. У ужим рекама и потоцима вода се измени за 7–10 дана.
Физичка својства воде
а)
20
Вода је једињење мале моларне масе (М (H2O) = 18 [g/mol]). Молекул воде се састоји од два атома водоника који су једноструком поларном ковалентном везом везани за атом кисеоника. Вода је на собној температури и стандардном атмосферском притиску у течном агрегатном стању, али и у облику водене паре. При овим условима вода због мале моларне масе била би само у гасовитом стању да нема присуства водоничне везе. У воденој пари нема деловања водоничне везе између молекула воде, који се крећу хаотично. Течно и чврсто стање воде заснивају се на чињеници да се између молекула воде, који имају изражен диполни карактер, формирају водоничне везе између водоникових атома једног молекула воде и атома кисеоника из суседних молекула воде. Молекули воде групишу се водоничним везама стварајући променљиву структуру течне воде и сталну структуру леда. Модели молекула воде приказани су у различитим агрегатним стањима на слици 5: Због постојања међумолекулских водоничних веза, вода се одликује великом специфичном топлотом. Наиме, она има способност да апсорбује велику количину топлотне енергије, а б) в) да јој се при томе темпеСлика 5. – Модели молекула воде: а) чврсто, б) течно и ратура мало повиси. Из в) гасовито агрегатно стање истог разлога вода се одликује високом латентном топлотом топљења и високом латентном топлотом испаравања, односно великом количином енергије коју је потребно утрошити за топљење 1 g леда или испаравање 1 g воде. Тако, за испаравање воде троши се значајна количина топлотне енергије и тиме се омогућава ефикасно хлађење свих тела и површина које садрже воду. Вода делује и као изузетно моћан стабилизатор температурних колебања. Из ових својства воде произлази и велики температурни распон између тачке мржњења 273 K и тачке кључања воде 373 K. Захваљујући њему, највећи део воде на Земљи је у течном стању, што је изузетно важно за одржавање живота. Вода се одликује високим површинским напоном, који је резултат снажног међумолекулског деловања. Низак вискозитет воде омогућава да
молекули воде лако клизе један поред другог. Вода има и велику способност везивања за различите површине. Та својства заједно омогућавају лако кретање воде кроз уске канале у свим правцима, без утицаја силе гравитације, што условљава појаву капиларности. На својства капиларности заснива се кретање воде кроз земљишне капиларе и ткива живих организама, с места где воде има више ка месту где је има мање. Вода представља моћан растварач за велики број супстанци које у молекулу садрже поларизоване ковалентне везе. Својим диполима вода са поларним молекулима ступа у дипол-дипол интеракцију услед које може доћи до раскидања слабијих поларизованих ковалентних веза и ослобађања јона, који се затим хидратишу. Вода у додиру са кристалима соли има улогу изванредног растварача. Услед снажне дипол-јон интеракције савлдавају се силе електростатичког привлачења јона у кристалној решетци и врши хидратација јона. Вода се одликује и одређеном абнормалношћу повезаном с густином. Познато је да снижење температуре узрокује повећање густине супстанци. И заиста, густина воде се постепено повећава са снижавањем температуре до 4°C. На тој температури густина воде је највећа. При даљем снижавању температуре густина воде се постепено смањује све до 0°C, када се формира савршено уређена кристална структура леда, који је знатно мање густине у односу на воду. На 0°C су течна вода и лед у равнотежи. Захваљујући овој специфичности воде, у воденим срединама на већим дубинама као најгушћа се налази вода која има температуру 4°C, док се лед задржава на површини воде, што омогућава наставак живота и током хладног зимског периода године (дијаграм 1). Важна својства воде, која утичу на њен квалитет, јесу pH и количина раствореног кисеоника. Вода је неутрална и има pH 7, с pH мањим од 7 је кисела, а с pH већим од 7 је базна. За живот у води неопходан је кисеоник. Ако је концентрација кисеоника у води ниска, водени организми могу да угину. Удео кисеоника у води смањује се с порастом температуре воде. Вода веома слабо апсорбује светлост, због чега је прозирна. Светлост при проласку кроз водену средину, са порастом дубине, мења се по спектралном саставу и слаби по итензитету. Дијаграм 1. – Густина воде на различитим температурама Тешка вода (D2O) састоји се од изотопа водоника, деутеријума 21D и има нешто вишу тачку топљења и кључања и нешто већу густину од воде (H2O), (таб. 7). Разлике између воде H2O и тешке воде D2O још увек су предмет многих истраживања, али се зна да деутеријум ступа у све реакције као протијум 11H, само с различитом брзином. Трећи изотоп водоника релативне атомске масе 3 је с два неутрона, трицијум 31T. 21
Физичка својства
Вода, H2O
Тешка вода, D2O
температура топљења
0◦C
3,8◦C
температура кључања
100◦C
101,4◦C
1,0 g/cm3
1/cm3
4◦C
11◦C
густина темпераура на којој достиже максималну густину
Табела 7. – Физичка својства воде и тешке воде Из три изотопа водоника и три изотопа кисеоника формира се велики број различитих молекула воде. Садржај појединих врста молекула воде може се користити за одређивање старости воде. Различите врсте молекула воде различито испаравају.
Примена воде У домаћинству вода се користи за пиће и одржавање хигијене, у индустрији за хлађење постројења, као реагенс и растварач, а у пољопривреди за наводњавање. Готово да нема привредне гране у којој се вода не користи.
Хемијски састав воде на Земљи Све воде на Земљи садрже већу или мању количину растворених минерала, органских једињења, гасова и слабо растворљивих чврстих супстанци. Стога на Земљи нема потпуно чисте воде. Чак и у води која је присутна у ваздуху у виду микроскопски ситних капљица растворени су кисеоник, угљен-диоксид, оксиди азота и сумпора. Атмосферска вода садржи и прашину, чађ, микроорганизме, споре и сл. Вода при отицању с површине земљишта или при проласку кроз земљиште раствара супстанце (сл. 6). На тај начин вода хемијски и физички разлаже стене и испира земљиште. Основне разлике у хемијском саставу природних, антропогено ненарушених вода огледају се у врсти и концентрацијама растворених соли. У води су најчешће присутни катјони натријума, калијума, калцијума и магнезијума, као и анјони бикарбоната, сулфата и хлорида. Концентрација соли растворених у води снажно Слика 6. – Циклус кружења воде у природи утиче на живи свет у животним за22
једницама. У природи нема потпуно чисте воде. Најчистија природна вода је кишница, јер је прошла природан процес дестиловања. Слатке копнене воде одликују се ниским концентрацијама раа) б) створених соли. У овим водама доминирају бикарбонати калцијума и магнезијума изражени као калцијум-карбонат, који одређује тврдоћу воде. Из практичних разлога степен тврдоће воде се може представити: мека вода – од 0 до 50 mg/l, средње тврда – од 50 до 150 mg/l, тврда – од 150 до 300 mg/l и веома тврда вода > 300 mg/l. Укупну тврдоћу воде чине стална и пролазна тврдоћа воде. Хлориди, сулфати, нитрати, фосфати, силикати и хумати чине сталну или некарбонатну тврдоћу воде, а карбонати и бикарбонати чине пролазну или карбонатну тврдоћу. Карбонатна тврдоћа воде се може смањити прокувавањем воде (дестилована вода сл. 7.а). Површинска вода је мекша од подземне услед мањег контакта с минералима и појаве падавина. Тврде воде нису погодне за употребу. Отежана Слика 7. – а) Дестилована је примена сапуна јер граде соли калцијума и магнезијума које су вода, б) деминеранерастворне. У парним котловима ствара се каменац, што узрокује лизована вода губитак топлоте, а често и експлозију котла. Из истих разлога знатно се скраћује рок трајања кућних апарата, па се за њих користи деминерализована вода (сл. 7.б). Због оваквих и сличних последица проблеми појаве високих вредности тврдоће воде могу се елиминисати дигитални контролер омекшивачима воде. Системи јонске измене користе принципе по којима се одређени нежељени јони ад- јоноизмењивачка смола сорбују и замењују другим јонима. Омекшивачима воде замењују се најчешће јони магнезијума и калцијума, и јонима натријума у јоноизмењивачу (сл. 8). Највицентрална цев ше кућних и школских омекшивача воде раде на овом усисни пловак принципу. доња дизна таблетирана со Подземна вода понекад избија на површину као изворска вода. Ако изворска вода садржи већу количину извесног састојка у раствореном облику, који јој даје изразити укус или неко друго специфично својство, она је минерална вода. Минералне воде су природне воде Слика 8. – Јоноизмењивач за омекшавање воде богате сумпором, гвожђем, цинком, хромом, селеном или неким другим микроелементом. Те воде имају лековита својства. Копнене воде могу да буду додатно оптерећене неким минералима, првенствено катјоном калијума (K+), нитратним (NO3–) и фосфатним анјоном (PO43–). У природне воде минерали доспевају спирањем с околног земљишта, чиме се успоставља природан контакт са стенама и земљом. Спирање с урбаних подручја је с већим доприносом загађењу воде, тако да је квалитет воде у знатној мери нарушен деловањем човека. Просечан салинитет површинских морских вода исказан је у промилима, наиме износи око 35‰ (око 35g/l соли растворено је у 965 g воде), мада вода не само различитих мора и океана већ и у оквиру истог мора или океана није уједначеног салинитета (сл. 9). Салинитет у нај23
Морска вода Вода
35 g Растворене соли
Морске соли калијум 1,1% калцијум магнезијум 1,2% 3,7% натријум 30,6% хлор 55%
965 g елементи у ниским концентрацијама сулфати 0,7% 7,7%
Слика 9. – Просечан салинитет морске воде Слика 10. – Хемијски састав морске воде (35g/kg) већој мери зависи од односа испаравања и количине падавина, као и од интензитета мешања дубинских и површинских вода. На местима где се реке уливају у море, бракична вода, као и у северним морима, где постоји прилив слатке воде пореклом из леда који се топи, вода је мањег салинитета од просечног (Балтичко море има салинитет око 6‰). Насупрот томе, топла мора, која се налазе у суптропској зони и која се одликују интензивним испаравањем, малом количином падавина и непостојањем уплива слатке воде пореклом из река, имају нешто већи салинитет (салинитет Црвено море је око 40‰). Копнене слане водене масе могу имати изразито висок салинитет (Мртво море 342‰). Слане морске воде садрже катјоне: натријума (30,6%), магнезијума (3,7%), калцијума (1,2%) и калијума (1,1%), затим анјоне хлора (55%) и сулфата (7,7%) и око 50 других елемената чија је концентрација ниска (око 0,7%; сл. 10). Вода је врло реактивна супстанца: с оксидима већине метала гради базе (хидроксиде), а с већином оксида неметала гради киселине. Хемијска својства воде биће предмет изучавања у поглављу 3. Хемијске реакције и периодичност. Водоник и хидриди. Кисеоник. Оксиди и пероксиди. За људску употребу вода се углавном добија из бунара, река или језера. Вода може да садржи поред растворених минерала и суспендоване честице и патогене бактерије, па се пре употребе пречишћава. Слатка вода често се сматра обновљивим ресурсом. Међутим, у деловима света где је клима сува, резерве чисте воде су ограничене. У тим деловима света морска вода се десалинизује да би се обезбедила вода за пиће. Већина постројења за десалинизацију загрева воду прикупљену из океана да би добијену водену пару сакупила и кондензовала у воду за пиће. Као вода за пиће у појединим деловима света користи се и вода која се у замрзнутом облику налази у ледницима. Око 10% копна покривено је ледницима, који садрже 70% резерви слатке воде. Они представљају велики резервоар чисте воде. Као последица глобалног загревања, све загађенијих водених система и пораста светске популације у будућности ће доступност чисте воде представљати све већи проблем. Као 24
што су нафта и природни гас имали најважнију улогу у светској привреди током 20. века, предвиђа се да ће у годинама које долазе то бити пијаћа вода. Србија спада у државе средње богате водом. Према подацима ФАО (Организације Уједињених нација за храну и пољопривреду), Србија се налази на 47. месту, од 195 држава у свету, по количини и квалитету воде. Резерве пијаће воде у Србији су ограничене, као и у свету. Ако вода није чиста, организми који је користе неће бити здрави. Без чисте и здраве воде нема живота.
Супстанца од опште важности – ваздух Атмосфера је гасовити Земљин омотач, смеша гасова (сл. 11). Састав ваздуха није свуда исти, али се претежно састоји од око 78% азота, око 21% кисеоника и око 1% осталих гасова (CO2, H2O, CH4, O3, H2,Ar, He, Ne, Kr...). Азот, кисеоник и аргон чине 99,96% укупне запремине ваздуха. У састав ваздуха улазе и гасовите загађујуће супстанце: амонијак, водоник-сулфид, оксиди азота и сумпора. Хемијски састав ваздуха прилично је уједначен до 60 km изнад површине Земље. Људи активно користе атмосферу до висине од 100 km. Као граница атмосфере и свемира често се узима Карманова линија на удаљености од 100 km од површине мора (Карманова линија је замишљена висина коју је Међународна ваздухопловна федерација прихватила као границу разграничења Земљине атмосфере и космоса). Ваздух у космосу, на висини већој од 100 km од Земље чине 70% водоник, око 29% хелијум и 1% остали гасови (сл. 12). Услед сунчевог зрачења у атмосфери, молекули гасова су јонизовани, па рефлектују радио-таласе. Присуство ваздуха омогућава преношење звука и живот на Земљи. Захваљујући атмосфери, просечна температура ваздуха на површини Земље износи око 14°C, а без ње би била –18°C. Постојаност температуре ваздуха обезбеђују гасови: првенствено водена пара, па угљен-диоксид, метан и озон. Значај атмосфере је вишеструк. Она обезбеђује живом свету кисеоник за дисање, угљен-диоксид за фотосинтезу, штити нашу планету од претераног загревања током дана и хлађења током ноћи, омогућава кружење воде у природи, слојем озона штити нас од штетног зрачења са Сунца, а помоћу кисеоника из ваздуха омогућава процесе сагоревања и производњу енергије. азот 78%
остали гасови 1%
водоник 70%
кисеоник 21% азот
кисеоник
остали гасови
Слика 11. – Састав атмосфере
остали гасови 1%
хелијум 29%
Слика 12. – Састав космоса 25
надоморска висина (km)
26
Тропосфера је најнижи слој атмосфере и простире се до висине од 10 km изнад Земље. Дебљина овог слоја најмања је око полова (8 km), док је у појасу око екватора највећа (16 km). Тропосфера садржи око 80% укупне масе атмосфере и скоро сву количину водене паре. Сила гравитације привлачи молекуле гаса и они остају близу површине Земље. Захваљујући присуству водене паре, образују се магле, облаци, падавине и друге појаве које утичу на временске прилике и живот на Земљи. Земљина површина главни је извор топлоте у тропосфери, јер се атмосфера не загрева директно од Сунца. Највећи део Сунчеве топлоте троши се на загревање Земљине површине, која рефлектује део топлоте у ваздух и на тај начин загрева тропосферу. У њој температура опада с порастом висине за 0,6°C на сваких 100 m. Температура ваздуха у тропосфери највиша је на површини Земље: на граници са стратосфером изнад полова износи око –50°C а изнад екватора око –80°C. У тропосфери се струјањем ваздуха локално мешање гасова одиграва за недељу дана. Глобално мешање ваздуха између северне, загађеније хемисфере и јужне хемисфере траје и до годину дана. Промене атмосферског притиска веома су битне у атмосферским процесима који 500 одређују време и климу. У атмосфери се концентрација молекула гаса смањује с 400 порастом надморске висине, наиме густина ваздуха се смањује с повећањем надморске висине (дијаграм 2). Ваздушни 300 притисак зависи од судара молекула гагустина са, тако да мања густина ваздуха значи 200 ваздуха да је у њему мање молекула гаса, а самим молекули тим је и притисак нижи. С порастом виваздуха сине опада притисак ваздуха тако што се 100 ваздушни на сваких 6 km висине смањује за 50%. притисак Узрок појаве ветра на Земљи су разлике 0 висок низак у ваздушном притиску. Ветар је кретање притисак притисак ваздуха од поља високог према пољима Дијаграм 2. – Промена ваздушног притиска с ниског притиска. Уколико је разлика променом висине у атмосферским притисцима већа, ветар ће имати већу брзину. Кретање ваздуха на глобалном нивоу представља општу циркулацију атмосфере и резултат је неједнаког загревања Земље. Сталним струјањем ваздуха топлота из екваторијалних области преноси се до високих географских ширина, а хладнији ваздух се враћа према екватору. За разлику од промене притиска и густине, промене температуре ваздуха нису правилне. Подела атмосфере на слојеве заснована је на промени температуре с повећањем надморске висине. У неким слојевима температура расте с повећањем надморске висине, а у другим се снижава. Стратосфера је други слој атмосфере, а простире се до висине од 50 km. Температура ваздуха у стратосфери је стабилна до око 20 km висине, а онда расте због апсорпције ултраљубичастог зрачења. За разлику од тропосфере, ваздух у стратосфери је стабилан јер се топлији ваздух, мање густине налази изнад хладнијег ваздуха веће густине. Као резултат тога мало је мешања ваздуха унутар слоја.
Стратосфера је значајна по томе што садржи озон, гас који се налази у слоју на надморској висини од 15 km до 30 km. Дебљина озонског слоја варира, али концентрација озона је много већа у озонском омотачу него у остатку атмосфере. Озонски омотач изузетно је важан јер озон адсорбује већину штетног ултраљубичастог зрачења. У природним околностима исте количине озона се стварају и уништавају, па тако количина озона у озонском слоју остаје непромењена.
Компоненте ваздуха Азот је инертан и слабо растворан гас, ког група микроорганизама и биљке легуминозе везују из ваздуха. Изузетно је важан у биосфери за синтезу протеина. Кисеоник је гас без боје, мириса и укуса, не гори (потпомаже горење) и није отрован. Највећим делом је биолошког порекла. Потиче из процеса фотосинтезе. Највећи произвођачи кисеоника су сувоземне биљке, посебно шуме, затим алге које живе у води и фитопланктони с водених површина. Апсорбује се у текуће и стајаће воде, па омогућава опстанак живота у воденим екосистемима. Озон настаје услед фотодисоцијације молекула кисеоника. Он апсорбује ултраљубичасто зрачење високе енергије и штити живе организме од штетног деловања. Мноштво загађивача разлаже озон и тањи слој у стратосфери стварајући „озонске рупе”. Водене паре у ваздуху има до 4%. Вода испарава из живог света, с водених површина, из влажног земљишта и из падавина које не стигну до површине Земље. Водена пара апсорбује део инфрацрвеног зрачења од Сунца и део зрачења које рефлектује Земља, па тако највише доприноси ефекту „стаклене баште”. Угљен-диоксид, као и кисеоник, непрекидно се троши и ствара. Сталан је састојак ваздуха, који у атмосферу доспева као последица сагоревања, дисања, ферментације и међусобног дејства минерала у земљи. Неопходан је за процес фотосинтезе у биљкама. Иако представља само 0,034% атмосфере, он игра изузетно важну улогу у контроли климе. Неопходан је за живот. Угљен-диоксид апсорбује топлоту и служи као изолатор који контролише температуру ваздуха у близини површине Земље. Сматра се да је око 60 пута веће присуство овога гаса у води него у ваздуху. Повећање садржаја CO2 у атмосфери доприноси глобалном загревању површине Земље, а тиме и климатским променама. Угљен-моноксид се у великој количини емитује у ваздух из морске воде. Ствара га водени живи свет оксидацијом метана. Шумски пожари и вулкани су додатни извори овога гаса. Метан је угљоводоник који у атмосферу доспева деградацијом органских супстанци деловањем микроорганизама, емисијом из рудника, с нафтних поља и из геотермалних извора. Аеросоли су дисперговане чврсте честице или капљице које лебде у ваздуху. Природни морски аеросолови имају састав сличан морској води и погодују здрављу људи. Аеросоли пореклом из индустрије и саобраћаја садрже разна загађења: бактерије, споре биљака, плесни, гљивице, гасове, тешке метале и штетни су по здравље човека. Честице аеросоли су веома мале, лебде у ваздуху и споро падају на површину Земље. Већина тих честица доспе на површину Земље ношена кишом и снегом. У ваздух доспевају и услед природних појава као што су вулканске ерупције и пожари изазвани муњама (пепео, прашина, дим). Јаки 27
ветрови односе песак и прашину на велике удаљености, па није редак случај да у Европи пада прашина пореклом из Сахаре. Биолошки аеросоли и собна прашина су посебно неугодни за осетљиве особе јер изазивају алергију. Оксиди сумпора се у великој количини емитују у ваздух. Потичу из процеса сагоревања фосилних горива и од оксидације биогеног водоник-сулфида. Азотови оксиди у атмосфери потичу углавном из саобраћаја и индустрије. Биљке су чистачи ваздуха, односно „фабрике кисеоника”. Користе угљен-диоксид из ваздуха, воду и минералне састојке из земљишта и под дејством сунчеве светлости и хлорофила, фотосинтезом, стварају угљене хидрате (глукозу C6H12O6(s)) и ослобађају кисеоник. E
6CO2(g) + 6H2O(l) C6H12O6(s) + 6O2(g)
Физичка и хемијска својства ваздуха Ваздух је смеша гасова без боје, мириса и укуса. При нормалним условима (температура од 273,16 K и притисак од 101,3 kPa) има густину од 1,29 kg/m3. Слабо је реактиван. Повећава се реактивност ваздуха кондензацијом (физичка промена из гасовитог агрегатног стања у течно). Фракционом дестилацијом ваздуха добијају се технички гасови, лакше испарљиви азот (Tk 77,4 K) и кисеоник (Tk 90,2 K). Течни ваздух се добија у поступку наизменичног сабијања, хлађења и ширења гаса. Свеж течан ваздух је безбојан, али стајањем добија плаву боју. Удео кисеоника у течном ваздуху је знатно већи, па има јаче изражено оксидационо дејство. О питкој води и плодном земљишту углавном размишљамо као о нечему што нам је природа дала у ограниченим количинама. Ваздух се не може потрошити, али се небригом човека његов састав може променити тако да он постане мање погодан за нормално функционисање животних процеса.
Елементи од опште важности – биогени елементи У природи се налазе 92 хемијска елемента, од којих су макроелементи (Na, K, Ca, Mg, P, Cl, S), који су неопходни за живот човека на Земљи. Важно је напоменути да нису свим организмима потребни исти елементи. Тако су неки елементи и једињења отровни за ниже организме, биљке и животиње, али не и за људе и обратно. За животну активност људског организма неопходно је 18 елемената, који се могу поделити на неметале (анјоне Cl–, I– и F–) и метале. Метали се могу поделити на оне са сталним оксидационим стањем (катјони Li+, Na+, Ca2+ и Mg2+) и метале с променљивим оксидационим стањем (Fe, Co, Cu, Mo, Mn и Zn). Количина метала у траговима, с променљивим оксидационим стањем (U, Ni, Cr, V и W) занемарљива је, али није занемарљива и функција коју обављају. Основна улога катјона метала у организму, осим што су конституенти појединих ткива, јесте да неутралишу наелектрисање негативних јона (нпр. Na+ и K+ неутралишу PO43– и SO42–), регулишу осмотски притисак (Na+ са Cl–) и преносе атоме или групе атома (Fe2+, Cu+, Co2+, Mn2+ и Mo2+). Одређени јони метала (Zn2+ и Ni2+) улазе у састав биокатализатора, металоензима, који убрзавају бројне метаболичке процесе.
28
Улога елемената у организму биљака, животиња и човека Осим угљеника, све друге елементе биљка користи углавном у раствореном облику, као минералне соли из земљишта. У хлорофилу зелених биљака налази се магнезијум, у облику Mg2+ јона и има важну улогу у процесу фотосинтезе. Према закону минимума (сл. 13), биљка ће се развијати и расти докле јој дозвољава резерва најмање заступљеног елемента у земљишту (азота, фосфора или калијума).
Слика 13. – Закон минимума Минерали круже у биосфери. Биљке су у стању да користе воду из земљишта и у њој растворене минералне соли (само неке бактерије могу користити азот из ваздуха). Када се постојеће количине минерала исцрпе, земљиште је испошћено. Ради добијања високих приноса, додају се природна и вештачка ђубрива. У животињском и људском организму катјони: натријума Na+, калијума K+, магнезијума Mg2+ и калцијума Ca2+ су у одређеном односу, иначе се јављају болести. Недостатак ових соли надокнађује се правилном и редовном исхраном, а препаратима и инфузијом уколико је организам оболео. У људском организму највише су заступљени неметали. Од укупне телесне масе човека, кисеоник заузима 65%, угљеник 18%, водоник 10% и азот 3%. Међутим, удео од 4% чине заједно метали, одређени неметали: фосфор, сумпор и хлор с минералним елементима. Највећи део водоника и кисеоника налази се у облику воде, која чини око 65% укупне телесне течности. Заступљеност катјона метала у људском организму дата је у следећем низу: Ca2+ > K+ > Na+ > Mg2+ > Fe2+,3+ > Zn2+. Од прелазних метала, несумњиво је да најважнију улогу у човековим животним процесима има гвожђе. Гвожђе учествује у процесима оксидо-редукције. У људском организму мањак гвожђа у крви изазива анемију, малокрвност, а вишак таложење у крвним судовима, сидерозу. Хлориди у спрези с Na+ регулишу осмотски притисак у ћелији и изван ње.
29
Јод је важан за функционисање тироидне жлезде. Недостатак јода изазива појаву гушавости и гојазности. Због тога је у исхрани пожељније користити морску или јодирану камену со. Минерални елементи уносе се у организам храном, у облику растворљивих соли. Градивне су компоненте зуба, костију, косе, ноктију и ензима. Неопходна је редовна, разноврсна и умерена исхрана да би нормално функционисао организам и да бисмо превентивно деловали на болести. ПИТАЊА И ЗАДАЦИ 1. Опишите како настаје најчистија вода у природи. 2. Која је разлика у физичким својствима H2O и D2O? 3. Упоредите састав атмосфере и васионе и објасните које их супстанце загађују и на који начин. 4. Представите хемијском једначином реакцију фотосинтезе. 5. Од укупне телесне масе човека, кисеоник чини: а) 18%, б) 10%, в) 3%, г) 65%.
Тест 1. Неорганске супстанце у неживој и живој природи 1. Колико елемената има у природи? 2. Која су три елемента најзаступљенија у Земљиној кори? , и 3. Која су три елемента најзаступљенија испод Земљине коре? , и 4. Дефинишите појмове минерал, руда и легура. Минерал Руда Легура 5. Поред минерала упишите назив производа који га садржи. 1. графит 2. аметист 3. талк 4. флуорит 30
5. халит 6. кварц (Тачан одговор написати на црти поред минерала: стакло, кухињска со, паста за зубе, пудер, накит, графитна оловка.) (упи6. Тврдоћа и постојаност минерала може се изразити применом сати назив скале). 7. Дата су по три примера стена заједничког порекла. Поред наведених примера стена напишите врсту стене по пореклу. 1. гранит, дијабаз, базалт 2. шљунак, кречњак, гипс 3. гнајс, мермер, кварцит 8. Поред драгог камена напишите број испред одговарајуће боје: 1. рубин 2. сафир 3. смарагд 4. топаз 5. аметист 6. тиркиз Понуђени одговори: 1. плав, 2. зелен, 3. жут, 4. црвен, 5. љубичаст и 6. светлоплав. 9. Допуните започету реченицу. и . Челик је легура Наведите примену челика у свакодневном животу. 10. Допуните започете реченице. . Злато се Златан новац, накит и посуђе су израђени од легира с и има црвенкастожуту боју, а с има светложуту боју. 11. Потребе за чистом водом у свету су све веће, а ње је све мање због небриге човека. Размислите и предложите два решења тог проблема. 1. 2. 12. Да ли се растворљивост кисеоника повећава с порастом температуре воде? (Заокружите тачан одговор.) ДА НЕ 13. Наведите по три својства воде на 0°C и на 4°C. Својства воде на 0°C: 1. 2. 3.
31
Својства воде на 4°C: 1. 2. 3. 14. Израчунајте проценат водоника и кисеоника у води.
у води је % водоника, у води је % кисеоника. , , , , (Наведи15. Основне компоненте ваздуха су: те пет компоненти које улазе у састав ваздуха). 16. Прикажите хемијском једначином реакцију фотосинтезе којом биљке чистачи ваздуха стварају кисеоник, 17. Како гласи закон минимума (Либигов закон)?
18. Завршите започету једначину хемијске реакције којом животиње и човек у присуству кисеоника претварају угљене хидрате у угљен-диоксид и воду уз ослобађање енергије: 6CO2 + __ H2O + C6H12O6 + __ 19. Јони Fe2+ и Mg2+ су важни састојци живих бића. Размислите и одговорите која је улога Fe2+ у људском организму, а која Mg2+ у организму биљака. Улога Fe2+ Улога Mg2+ 20. Исхраном се може деловати на спречавање појаве болести. Наведите три начина превентивног деловања. 1. 2. 3.
32