Symbolický svět chemiků
Metody oddělování složek směsí
Kdysi bylo řečeno, že chemik přemýšlí na mikroskopické úrovni, provádí experimenty na makroskopické úrovni a obě tyto úrovně znázorňuje symbolicky. Chemici tak kromě makrosvěta a mikrosvěta pracují současně ještě ve třetím světě – světě symbolů, kde používají zkrácené zápisy, aby ušetřili nejen místo, ale i čas. Zahrnujeme sem chemické značky (takové, jaké naleznete v periodické tabulce prvků), chemické vzorce, chemické rovnice, ale také grafy, kresby nebo výpočty.
To, že voda je při normálních podmínek kapalná látka, při nižších teplotách zmrzne a vytvoří pevnou látku – led a při 100 °C vře za vzniku vodní páry, tedy plynu, je znalost, která je součástí makrosvěta. Chemici ale častěji přemýšlí o vodě jako o jednotlivých molekulách, které jsou složeny ze dvou atomů vodíku (H) a jednoho atomu kyslíku (O). Tato atomární představa je součástí mikrosvěta. Vzorec H2O, kterým může popsat vodu na makroskopické (kádinka plná molekul vody, tj. sloučenina) i mikroskopické úrovni (molekula vody), je potom příkladem symbolického světa. Symbolickou rovnicí
2 H2 + O2 → 2 H2O
chemici znázorňují, reakce vodíku a kyslíku za vzniku vody.
Každý prvek má český (národní) název a mezinárodní (většinou latinský) název. Prvky označujeme chemickou značkou (též chemickým symbolem) odvozenou z prvního a často i druhého písmene mezinárodního názvu prvku. Např. mezinárodní název vodíku je hydrogenium, a proto má vodík chemickou značku H. Podobně helium má mezinárodní název helium a značku He. První písmeno symbolu se vždy píše s velkým písmenem, druhé s malým (je to důležité rozlišovat, protože například Co je značka pro prvek kobalt, ale CO je vzorec pro oxid uhelnatý, tedy sloučeninu). Mezinárodní i české názvy prvků a jejich značky najdete v periodické tabulce prvků.
Chemická značka prvku určuje nejen daný prvek (zkracuje jeho název), ale označuje i jeden atom tohoto prvku (zápis H znamená jeden atom vodíku, zápis 2 H dva atomy vodíku). Zápis H2 potom znamená molekulu vodíku – dva atomy vodíku spojené chemickou vazbou.
Prvky a symboly
Každá chemická sloučenina má také svůj název a (chemický) vzorec. Chemický vzorec udává druh a počet atomů vázaných v molekule. Vzorce jsou sestaveny ze značek prvků, které sloučenina obsahuje, a arabských číslic (uvedených jako pravý dolní index u daného prvku) vyjadřujících počet atomů v dané molekule sloučeniny.
Příkladem je vzorec CO2 (Obr. 28). Ten označuje nejen sloučeninu uhlíku a kyslíku – oxid uhličitý, ale také molekulu dané sloučeniny. Jedná se o chemickou sloučeninu, která je dvouprvková (složená ze dvou prvků – uhlíku C a kyslíku O). Jednotlivé molekuly této sloučeniny obsahují jeden atom uhlíku vázaný chemickými vazbami se dvěma atomy kyslíku. Jednička se formálně nezapisuje.
Základem pro zapsání sloučeniny pomocí vzorce je znalost jejího složení (druhu a počtu zastoupených atomů) a struktury (jak jsou tyto atomy uspořádány). Různé vzorce (Obr. 29) sloučenin nám poskytují různé množství informací. Některé vzorce vypovídají jen o složení sloučeniny – stechiometrické (empirické) a molekulové (souhrnné, sumární vzorce). Jiné, tzv. strukturní vzorce, podávají hlubší informace o struktuře sloučenin.
Kolik je v molekule CO2 celkem atomů? A kolik vidíte prvků?
Kolik atomů najdete v molekule kyseliny sírové H2SO4 a kolik vidíte v tomto vzorci prvků?
Jednou z největších výzev chemie je rozumět vztahům mezi makrosvětem, se kterým máme reálnou každodenní zkušenost, a mikrosvětem atomů a molekul, který nemůžeme přímo pozorovat. Vše, co nás obklopuje, tvoří tzv. hmotu, která má dvě formy, a to látku, u které převládá částicový charakter a pole, kde převládá charakter vlnový. Objekty složené z látek nazýváme tělesa.
Rozdělení a složení hmoty ukazuje Obr. 27. Veškeré látky se skládají z malých, dále chemicky nedělitelných, základních stavebních částic – atomů. Vnitřní struktura atomů je tvořena jádrem a obalem, které jsou dále tvořeny menšími částicemi – jádro obsahuje protony a neutrony, obal je tvořen elektrony. Protony, neutrony a elektrony označujeme jako elementární částice. Atom je navenek elektroneutrální částice. Atomy se mohou, ale nemusejí, spojovat chemickými vazbami do větších celků – molekul.
Vlastnosti látek dělíme na a) kvalitativní a kvantitativní, b) chemické a fyzikální. Chemické vlastnosti se projevují při chemických dějích (chemických reakcích), což jsou děje, při kterých dochází ke změně ve složení látek.
Látky tvořené atomy stejného druhu se nazývají chemické prvky (stručně prvky, např. kyslík). Označujeme je chemickými značkami (chemickými symboly). Jsou složené z nesloučených atomů nebo homonukleárních molekul. Prvky obvykle najdeme uspořádané v periodické tabulce prvků. Látky tvořené různými atomy se nazývají chemické sloučeniny (stručně sloučeniny, např. voda). Označujeme je vzorci. Jsou tvořené buď samostatnými heteronukleárními molekulami, makromolekulami nebo ionty. Chemické prvky a chemické sloučeniny označujeme společně jako chemické látky (přesněji chemicky čisté látky či také chemická individua).
Většina látek není čistými prvky či sloučeninami, ale je směsí jednodušších chemických látek (např. vzduch). Směs je soustava složená z několika chemicky čistých látek, chemicky čistou látku ve směsi označujeme jako složku směsi. Jednotlivé složky směsi oddělujeme z ní oddělujeme nejrůznějšími separačními (izolačními) technikami (např. sedimentace, filtrace, krystalizace, sublimace, extrakce, destilace či chromatografie).
Sloučeniny a symboly
Obr. 28: Kuličkový model molekuly oxidu uhličitého (CO2)
