Hemija

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu
Hemija proučava sastav, strukturu i osobine materije, kao i promene kroz koje ona prođe tokom hemijskih reakcija.
Hemija proučava i interakcije supstanci sa drugim supstancama i energijom.

Hemija je prirodna i eksperimentalna nauka. Bavi se proučavanjem građe, osobina i promena supstanci kao i zakona po kojima se te promene dešavaju. Klasično se izdvaja četiri polja u hemiji, mada postoji daleko veći broj usko specijalizovanih grana hemije i to: opšta hemija, neorganska hemija, organska hemija i biohemija. Hemija je jedna od elementarnih nauka, pored matematike bliska je i: fizici, biologiji, farmaciji, medicini. U mnogim poslovima kao i u svakodnevnom životu zastupljena je hemija.

Hemija zauzima centralno mesto među prirodnim naukama. Između ostalog, bavi se i molekulima, njihovom strukturom, osobinama i transformacijama, i principima na kojima se osobine molekula zasnivaju. Zbog ove svoje sveobuhvatnosti, hemija ima dosta zajedničkih tema sa drugim prirodnim naukama, kao što su fizika, geologija i astronomija, s jedne strane, i biologija, fiziologija i medicina, s druge.

Istorija hemije[uredi]

Nastanak hemije se može pratiti do opažanja fenomena gorenja koji je doveo do pojave metalurgije - veštine i nauke o dobijanju metala iz ruda. Međutim, zbog nedostatka naučnog objašnjenja, vatra je ostala samo mistična sila koja je mogla transformisati supstancu iz jednog oblika u drugi (spaljivanje drveta, ključanje vode), dok istovremeno proizvodi toplotu i svetlost. Filozofski napori da se razume zašto različite supstance imaju različite osobine (boju, gustinu, miris), postoje u različitim agregatnim stanjima (gasovita, tečna i čvrsta tela) i reaguju na drugačije načine kada su izložene nekim uticajima, poput vode, vatre ili promeni temperature, doveli su do postavljanja prvih teorija o prirodi i hemiji. Jedna od prvih teorija je bila da su voda, vatra, zemlja i vazduh četiri glavna elementa.

Grčki atomisti Demokrit i Leukip su tvrdili da su atomi najmanje, nedeljive čestice. Međutim, zbog nedostatka naučnih dokaza, postojanje atoma je bilo lako poreći, pa se teorija o četiri elementa dugo zadržala, jer ju je zastupao Aristotel (koji je dodao i peti element etar, kao božansku silu), a Crkva je kasnije prihvatila ovakvo učenje.

Želja za zlatom je dovela do procesa njegove purifikacije, iako tada osnovni principi nisu bili poznati - mislilo se da je to pre transformacija, a ne purifikacija. Mnogi učeni ljudi iz tog perioda su smatrali da je razumljivo verovati da postoji način za pretvaranje jeftinijih metala u zlato. Ovo je dovelo do pojave alhemije i potrage za Kamenom mudrosti, za koji se smatralo da vrši takvu transformaciju običnim dodirom.[1]

Alhemičarska laboratorija

Neki smatraju srednjovekovne muslimane za prve hemičare, koji su uveli precizno posmatranje i eksperimentisanje, i koji su okrili brojne supstance. Najuticajni muslimanski hemičari bili su Geber, al-Kindi, al-Razi i Abu Rajhan al-Biruni. Geberovi radovi su postali poznati u Evropi kroz latinske prevode pseudo-Gebera iz 14. veka, koji je takođe napisao nekoliko svojih knjiga pod imenom Geber. Doprinos indijskih alhemičara i metalurga je takođe značajan.[2]

Pojava hemije u Evropi je bila prvenstveno zbog stalnih pojava kuge i bolesti biljaka tokom ranog srednjeg veka. Ovo je dovelo do potrebe za lekovima. Verovalo se da postoji univerzalni lek nazvan Eliksir života, ali kao ni Kamen mudrosti, ni on nikada nije pronađen.

Paracelzus (1493—1541) je odbacio teoriju o 4 elementa (voda, vatra, vazduh i zemlja) i, uz vrlo malo znanje o svojim hemikalijama i medicini, stvorio je hibrid alhemije i nauke, što će vremenom dobiti ime jatrohemija. Takođe, uticaj filozofa kao što su Frensis Bekon (1561—1626) i Rene Dekart (1596—1650), koji su tražili više tačnosti u matematici i drugim naukama i u uklanjanju predrasuda iz naučnih opservacija, dovelo je naučne revolucije, koja je u hemiji počela sa Robertom Bojlom (1627—1691), koji je dobio jednačinu poznatu kao Bojlov zakon o osobinama gasovitih tela.[3] Moderna hemija je nastala kada ja Lavoazjeovim (1743—1794) otkrićem Zakona o održanju masa (1783), Prustovim otkrićem Zakona stalnih odnosa masa (1799) i modernom atomskom teorijom Džona Daltona (oko 1800). Zakon o održanju masa i teorija sagorevanja su reformulisali hemiju. Lavoazjeovi fundamentalni doprinosi hemiji su bili rezultat svesnih napora da rezultati dobijeni eksperimentima prilagode u jednu teoriju. Lavoazje je objasnio da je sagorevanje u stvari reakcija sa kiseonikom i time opovrgnuo flogistonsku teoriju i razvio je novi sistem hemijske nomeklature. Takođe je preveo arhaični i tehnički jezik hemije u nešto što su mogle da razumeju neobrazovane mase, što je povećalo interesovanje javnosti za hemijom. Zbog svih tih doprinosa, Antoan Lavoazje se smatra ocem moderne hemije. Kasnije otkriće Fridriha Velera da se mnoge susptance koje se nalaze u prirodi mogu dobiti u laboratoriji je pomoglo daljem razvoju hemije.

Otkriće hemijskih elemenata je imalo dugu istoriju još od vremena alhemije, a kulminiralo se stvaranjem periodnog sistema elemenata koji je načinio Dmitrij Mendeljejev i kasnijim otkrićem nekih sintetičkih elemenata.

Otkrića u hemiji su izvanredno doprinela razvoju moderne civilizacije. Jedan od najvažnijih pronalazaka 20. veka je veštačka fiksacija azota (sinteza amonijaka: Nobelova nagrada za hemiju 1918, Fric Haber i 1931, Karl Boš) iz koje je izrasla moderna industrija veštačkih đubriva. Procenjuje se da ishrana 40% svetske populacije zavisi od veštačkih đubriva na bazi sinteze amonijaka. (Nature 427, 498-499 (05 Feb 2004)) Druga važna otkrića vezana su za molekulske osnove života gde je hemija uspela da prodre duboko u molekulske mehanizme biohemijskih procesa i transfera genetičkih informacija u živim sistemima.

Podela[uredi]

Analitička hemija[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Analitička hemija
Laboratorija za hemiju na Istitutu za biohemiju Univerziteta u Kelnu.

Analitička hemija je nauka koja se bavi proučavanjem hemijskih i fizičkih procesa na osnovu kojih se može odrediti kvalitativni i kvantitativni sastav ispitivane supstance. Zbog toga se ova nauka deli na dve oblasti: kvalitativnu i kvantitativnu analizu. Kvalitativna analiza po pravilu prethodi kvantitativnoj i njome se utvrđuje iz kojih se elemenata, jona, atomskih (funkcionalnih) grupa i molekula sastoji ispitivana supstanca. Kvantitativna analiza se zasniva na utvrđivanju ili količina ispitivanih supstanci ili odnosa u kome se date supstance nalaze. Metode kojima se pri tome analitička hemija koristi se mogu podeliti na hemijske, fizičke i fizičko-hemijske.

Neorganska hemija[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Neorganska hemija

Hemija je zapravo nauka koja proučava sastav i osobine supstanci, kao i pojave koje se dešavaju kada supstance reaguju jedna sa drugom. Neorganska hemija predstavlja veliki deo hemije jer ona proučava hemijska svojstva i reakcije svih hemijskih elemenata i njihovih jedinjenja kao i hemijske procese koji se zbivaju među njima. Izuzetak čine jedinjenja (četvorovalentnog) ugljenika koje izučava organska hemija.

Organska hemija[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Organska hemija

Organska hemija je, najopštije postavljeno, hemijska disciplina koja se bavi proučavanjem ugljenika i njegovih jedinjenja.[4] Nešto konkretnije, to je nauka koja proučava svojstva, strukturu i reaktivnost organskih jedinjenja, kao i načine na koji se ta saznanja mogu primeniti u sintezi željenih jedinjenja. I pored sugestivnog naziva, spektar struktura kojima se bavi organska hemija nipošto nije ograničen na supstance poreklom iz živog sveta; naprotiv, organska sinteza bavi se dobijanjem novih organskih jedinjenja iz najrazličitijih prekursora. Ipak, za sva jedinjenja kojima se bavi organska hemija zajedničko je da sadrže četvorovalentni ugljenik.

Početkom 19. veka iz biljaka su izolovane organske supstance koje su po svojim osobinama bile potpuno drugačije od svih do tada poznatih jedinjenja. Doktrina vitalizma, koju je zastupao veliki broj hemičara tadašnjice, tvrdila je da je osobenost svih takvih jedinjenja prisustvo „životne sile“ (lat. vis vitalis), bez čijeg učešća je ujedno i nemoguće sintetisati organsku materiju. Ovakav rigidan stav po kojem sinteza organskih struktura (koje su tada smatrane posebno složenima) može da se odigra samo u živim organizmima, a nikako u reakcionoj smeši, efektivno je zakočio dalji razvoj organske hemije. 1828. godine, međutim, nemački hemičar Fridrih Veler je sasvim slučajno, u pokušaju da dobije amonijum-cijanat iz cijanatne kiseline i amonijaka, dobio supstancu koju je uspešno identifikovao kao ureju. Ureja je danas poznata kao značajan finalni produkt metabolizma sisara, ali je i u Velerovo vreme bila klasifikovana kao organsko jedinjenje, jer je ranije bila izolovana iz urina. Velerovom sintezom srušen je postulat da je nemoguće dobiti organsko jedinjenje iz neorganskih prekursora. Ovo otkriće predstavljalo je prekretnicu u razvitku organske hemije koje je dovelo do njene velike ekspanzije.

Tokom protekla dva veka naučna osnova organske hemije znatno je proširena, zahvaljujući i razvoju drugih hemijskih disciplina. Ima velike implikacije u brojnim drugim poljima nauke i privrede — petrohemiji, farmaciji, industriji plastičnih masa, prehrambenoj industriji, industriji boja i lakova...

Glavni akcenat u organskoj hemiji danas je na organskoj i hiralnoj sintezi, zatim zelenoj hemiji, mikrotalasnoj hemiji i hemiji fulerena.

Fizička hemija[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Fizička hemija

Fizička hemija je nastala kombinovanjem znanja iz fizike, hemije, termodinamike i kvantne mehanike da bi se opažene makroskopske pojave opisale na atomskom i molekulskom nivou, dakle, fizička hemija se bavi vezom između mikroskopskih i makroskopskih osobina materije. Na primer, veličina molekula u tečnosti može da se odredi na osnovu merenja njenog indeksa prelamanja i gustine, ili na osnovu toplotnog kapaciteta i površinskog napona.

Biohemija[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Biohemija
Kompjuterski prikaz molekula DNK

Biohemija je most između biologije i hemije koji proučava kako kompleksne hemijske reakcije stvaraju život. Biohemija je hibridni deo hemije koji konkretno proučava hemijske procese u živim organizmima. Ovaj članak diskutuje samo kopnenu biohemiju, koja počiva na ugljeniku i vodi. Kako svi oblici života koje danas imamo na planeti imaju zajedničko poreklo, prema tome imaju i slične biohemije, kao što su genetički kod i stereohemija mnogih biomolekula. Nepoznato je da li su naizmenične biohemije uopšte i moguće.

Biohemija proučava strukturu i fuknciju celularnih komponenti, kao što su proteini, ugljeni hidrati, lipidi, nukleinske kiseline i ostali biomolekuli. Iako postoji ogroman broj različitih biomolekula, oni se često sastoje od istih jedinica koje se ponavljaju monomera, ali koji se ponavljaju u različitim sekvencima. Nedavno, biohemija je počela da se fokusira na proučavanje reakcija u kojima su katalizatori enzimi, i na proučavanje osobina proteina.

Biohemija metabolizma ćelije i biohemija endokrinog sistema su dva domena koja su intenzivno studirana. Druge oblasti koje spadaju pod pojam biohemije su genetički kod (DNK, RNK), sinteza proteina, transport kroz ćelijsku membranu i transdukcija signala.

Teorijska hemija[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Teorijska hemija

Teorijska hemija je podoblast hemije koja koristi znanja iz fizike da se objasne ili predvide hemijski fenomeni. U prethodnim godinama činila ju je samo kvantna hemija, tj. primena kvantne mehanike da bi se rešili problemi u hemiji. Gruba potpodela teorijske hemije su elektronske strukture, dinamika i statistička mehanika. U procesu rešavanja problema, sve tri potgrane mogu biti uključene u različitom stepenu. Od kraja Drugog svetskog rata, razvoj računara je omogućio sistematski razvoj računske hemije, veštine ravijanja i primene računarskih programa za rešavanje hemijskih problema. Teorijska hemija se u velikoj meri preklapa sa (teorijskom ili eksperimentalnom) fizikom kondenzovane materije i molekularnom fizikom.

Osnovni pojmovi[uredi]

Atom[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Atom
Najprostiji model atoma helijuma, sa atomskim jezgrom koje se sastoji od dva protona i dva neutrona oko koga kruže dva elektrona.

Atom (grčki άτομον (atomon) - nedeljiv) je najmanji delić supstance, tj. hemijskog elementa koji ispoljava sve osobine tog hemijskog elementa. Atom se sastoji iz jezgra i elektronskog omotača.

Jezgro čine:

  • Protoni, sa pozitivnim naelektrisanjem i jediničnom masom i
  • Neutroni, koji imaju jediničnu masu ali nisu naelektrisani.

Omotač čine:

  • Elektroni, koji imaju negativno naelektrisanje i zanemarljivo malu masu.

Hemijske osobine atoma određuje broj protona u njemu (redni broj) i taj broj je jedinstven za svaki element, a masu broj protona i broj neutrona. Atom kao celina je neutralan jer sadrži isti broj elektrona i protona. Atom postaje naeletrisan tako što primi ili otpusti jedan ili više elektrona i postaje jon.

Hemijske osobine atoma ne zavise od broja neutrona, pa postoje atomi istog elementa sa različitim brojem neutrona - izotopi.

Molekul[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Molekul
Molekulska struktura vode.

Molekul je najmanja jedinica hemijskog jedinjenja koja zadržava hemijski sastav i svojstva. Molekul se sastoji iz više atoma, istog hemijskog elementa kao kod kiseonika, (O2), ili iz različitih elemenata kao kod vode (H2O).

Molekuli su suviše mali da bi se videli golim okom. Dimenzija su od 0,1 do 100 nanometara (0,0000000001 do 0,0000001 metara) mada ima i izuzetaka. Recimo makromolekul DNK kad bi se izvadio iz jedra ćelije i razmotao dostigao bi dužinu jednog do dva metra.[5]Međutim i tada bi bio nevidljiv jer bi njegovo 'vlakno' bilo prečnika svega 0,000000005 m. Zato se za određivanje veličine i oblika molekula koriste posebne metode fizičke hemije a naročito instrumentalne metode.

Odnos elemenata koji grade jedinjenje, izražava se empirijskom formulom. Na primer, vodu grade vodonik i kiseonik u odnosu 2:1, H2O, a etil alkohol, (etanol) ugljenik, vodonik i kiseonik u odnosu 2:6:1, C2H6O. Ovaj odnos ne mora uvek da određuje jedinstveni molekul - dimetil etar ima isti odnos kao etanol, na primer. Molekuli koji se sastoje od istih atoma, ali u različitom rasporedu se zovu izomeri.

Hemijska ili molekulska formula određuje tačnije redosled atoma koji grade molekul, pa je formula etanola CH3CH2OH a dimetiletra CH3OCH3. Za predstavljanje složenijih molekula gde atomi mogu biti različito raspoređeni u prostoru koriste se strukturne formule. Molekulska masa je zbir masa atoma koji čine molekul, i poput atomske, izražava se u atomskim jedinicama mase (atomska jedinica mase = 1/12 mase izotopa 12C). Dugo se mislilo da su dužine hemijski veza i njihovi uglovi u molekulu konstantni. Međutim, modernim strukturnim metodama nađeno je da se geometrija hemijske veze neznatno menja, naročito kod složenijih molekula.

Mol[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Mol (jedinica)

Mol (simbol: mol) je jedna od sedam SI osnovnih jedinica koja meri količinu supstance sistema. Jedan mol je količina supstance koja sadrži toliko čestica koliko ima atoma u tačno 0,012 kilograma ugljenika izotopa C12. Ova količina je poznata kao Avogadrov broj i približno iznosi 6,0221415 × 10²³.

Zbog veze jedinice atomske mase sa Avogadrovim brojem, praktični način iskazivanja ovoga za atome ili molekule je: Količina supstance koja sadrži isti broj grama kao i broj atomske mase supstance. Pošto gvožđe, na primer, ima atomsku masu od 55,845, u jednom molu gvožđa ima 55,845 grama (0,055845 kilograma).

Kada se mol koristi da bi se odredila količina supstance, potrebno je navesti i o kojoj vrsti čestica se radi, jer to mogu biti atomi, molekuli, joni... Na primer, 18 grama vode sadrži 1 mol molekula, 2 mola atoma vodonika, 1 mol atoma kiseonika ili ukupno 3 mola atoma.

Element[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Hemijski element

Hemijski element se karakteriše određenim brojem protona u jezgru njegovih atoma. Ovaj broj se naziva atomski broj elementa. Na primer, svi atomi sa 6 protona u svom jezgru su atomi hemijskog elementa ugljenika, a svi atomi sa 92 protona su atomi uranijuma. Izotopi nekog hemijskog elementa mogu imati različiti broj neutrona u svom jezgru, dok im je broj protona isti. Na primer, običan vodonik ima samo jedan proton u jegru, a njegovi izotopi deuterijum i tricijum imaju po jedan proton i po jedan, odnosno dva neutrona u svom jezgru.

Najpogodniji način za prikaz hemijskih elemenata je periodni sistem elemenata, u kom su elementi grupisani po svojim atomskim brojevima. Zahvaljujući njenom uređenju, grupe (vertikalne kolone) i periode (horizontalni redovi) elemenata u tabeli dele zajedničke hemijske osobine, ili prate određen trend u karakteristikama kao što su atomski radijus, elektronegativnost, itd.

Jedinjenje[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Hemijsko jedinjenje

Hemijsko jedinjenje je čista supstanca koja se sastoji iz dva ili više elemenata. Atomi koji sačinjavaju jedinjenje su međusobno vezani hemijskim vezama i čine molekul (ili kristalnu rešetku). Sastav hemijskih jedinjenja je stalan bez obzira na način njihovog postanka (to znači da je odnos atoma koji su povezani hemijskim vezama uvek isti). Tradicionalno se hemijska jedinjenja dele na organska i neorganska. Osim ovih, postoje i razne potpodele (na kiseline, baze, soli, okside itd.)

Smeša[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Smeša
Limunada je smeša.

Smeše su skupovi dve ili više različitih supstanci, za razliku od čistih (prostih) supstanci koje sačinjava samo jedan element ili jedno jedinjenje. Osobine smeša su aditivne, odnosno, ona zadržava osobine svih supstanci koje je čine. Tako će smeša gvožđa i sumpora imati osobine i jednog i drugog elementa (gvožđe će i dalje imati magnetna svojstva, a sumpor žutu boju). Smeše možemo podeliti na homogene i heterogene. One su obično heterogene, što znači da se jasno mogu uočiti razlike između supstanci koje ih čine. Međutim, dešava se da su sastojci neke smeše dovoljno mali da se ne mogu videti golim okom, pa takve smeše izgledaju homogeno. Takav je slučaj sa krvlju. Pod mikroskopom se vidi da krv sačinjava bezbojna tečnost sa suspendovanim česticama. Homogena je ona supstanca kod koje jedan deo ima potpuno isti sastav i osobine kao svaki drugi deo. Primeri za prave homogene smeše (jer se heterogenost ne može dokazati) su neki vodeni rastvori (šećera, soli itd.). Oslobađanje toplote, zračenja svetlosti ili stvaranje struje su pojave koje obično prate neku hemijsku reakciju. Ukoliko ne dođe do ovih pojava prilikom mešanja supstanci, pretpostavlja se da se nije desila hemijska reakcija, već da se napravila smeša. Sastojci u smeši se razdvajaju korišćenjem fizičkih promena supstanci. Pri tome se mogu koristiti različita fizička svojstva, kao što su magnetizam, specifična težina, (ne)rastvorljivost u odgovarajućim rastvaračima, tačka mržnjenja, kao i metode: destilacija, likvacija, difuzija, elutracija, flotacija.

Supstanca[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Supstanca

Supstanca je oblik postojanja materije koji je dostupan ljudskim čulima. Karakteriše je masa mirovanja. Sastoji se od veoma sitnih čestica - atoma. Danas je poznato više od 40 milona različitih supstanci, od kojih su neke supstance pronađene u prirodi, dok se druge proizvode veštačkim putem.[6]Bez obzira na koji od ta dva načina pronađene, veliki broj njih, oko 100 hiljada ima praktičnu primenu.[7]

Svaka supstanca ima karakteristična svojstva po kojima se manje-više razlikuje od drugih supstanci, na primer: boju, miris, gustinu, temperaturu topljenja, temperaturu ključanja. Navedena i slična svojstva supstanci, koja se određuju pomoću naših čula ili instrumenata, nazivaju se fizička svojstva. Hemijska svojstva supstanci ispoljavaju se pri njihovim reakcijama sa drugim supstancama.

Hemijske veze[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Hemijske veze

Hemijska veza je privlačna sila između dva atoma nastala interakcijom njihovih perifernih (valentnih) elektrona. Sila je mnogo jača od energije toplotnog kretanja tako da su atomi trajno vezani obrazujući stabilnu grupu - molekul. Elektroni su istog naelektrisanja pa bi trebalo da se odbijaju, međutim, u elektronskim orbitalama sparivanje njihovih spinova stabilizuje elektronske parove i ukupan efekat je obrazovanje stabilne veze. Dva osnovna tipa hemijske veze su jonska i kovalenta, ali se u prirodi sreću i 'mešane' veze, odnosno one koje imaju delimično jonski i delimično kovalentni karakter. U prilog tome ide i to što kovalentna veza može biti polarna i nepolarna. Poseban tip veze je metalna veza koja se stvara između atoma metala.

Joni[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Jon
Kristal kuhinjske soli

Jon je naelektrisana čestica (atom ili molekul) koja primila ili izgubila jedan ili više elektrona. Pozitivno naelektrisani katjoni (na primer natrijumov katjon Na+) i negativno naelektrisani anjoni (na primer hlorov anjon Cl) mogu da obrazuju kristalnu rešetku neutralne soli (na primer natrijum hlorid ili kuhinjska so NaCl). Primeri višeatomskih jona koji se ne raspadaju tokom kiselinsko-baznih reakcija su hidroksidi (OH) i fosfati (PO43−).

Jonizovani gasovi se često nazivaju plazma.

Hemijska reakcija[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Hemijske reakcije
Gorenje je jedna od najpoznatijih hemijskih reakcija

Hemijske reakcije predstavljaju trajne promene u strukturi polaznih supstanci (reaktanata ili reagujućih supstanci) i nastajanje novih supstanci (proizvoda) koje se po sastavu i svojstvima razlikuju od polaznih supstanci.

Hemijske reakcije se grubo mogu podeliti na:

  1. Oksido-redukcione reakcije;
  2. Komleksne reakcije;
  3. Hemijske reakcije pri kojima dolazi do disocijacije i asocijacije molekula, atoma i jona.

Hemijske reakcije odigravaju se sa promenom supstanci i sa određenim toplotnim efektom, pri čemu se oslobađa energija ili troši (vezuje ili otpušta). Ukoliko se prilikom reakcije troši ili oslobađa toplota onda se govori o termohemijskim reakcijama. Količina toplote koja se u toku hemijske reakcije oslobađa ili vezuje naziva se toplota reakcije.

Hemijske reakcije koje se odigravaju oslobađanjem toplote nazivaju se egzotermne reakcije. Hemijske reakcije koje se odigravaju sa vezivanjem toplote nazivaju se endotermne reakcije. Ako je hemijska reakcija u jednom smeru endotermna u drugom je egzotermna i obrnuto.

Energija[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Energija

Neku hemijsku reakciju uvek prati povećanje ili gubitak energije supstanci koje učestvuju u reakciji. Deo energije se razmenjuje između okoline i reaktanata u obliku toplote ili svetlosti, tako da produkti reakcije mogu imati više ili manje energije od reaktanata. Za reakciju se kaže da je egzotermna ako je ukupna količina energije proizvoda reakcije niža od početne energije reaktanata, dok je kod endotermnih reakcija situacija obrnuta.

Hemijske reakcije nisu moguće sve dok energija reaktanata ne pređe energetsku barijeru koja se naziva energija aktivacije. Brzina hemijske reakcije (na nekoj temperaturi T) je povezana sa energijom aktivacije E preko Bolcmanovog faktora e^{-E/kT} - što je verovatnoća da molekul ima energiju veću ili jednaku E na datoj temperaturi T. Ova eksponencijalna zavisnost brzine reakcije od temperature naziva se Arenijusova jednačina. Energija aktivacije potrebna za izvođenje hemijske reakcije može biti u obliku toplote, svetlosti, elektriciteta ili mehaničke sile u obliku ultrazvuka.[8]

Sa ovim je povezan koncept slobodne energije, koja uključuje i pojam entropije, a koje je vrlo korisno sredstvo za predviđanje izvodljivosti reakcije i određivanja stanja ravnoteže hemijske reakcije. Reakcija je izvodljiva samo ako je ukupna promena Gibsove slobodne entalpije negativna  \Delta G \le 0 \,; ako je jednaka nuli za hemijsku reakciju se kaže da je u ravnoteži.

Postoje samo ograničena moguća stanja energije elektrona, atoma i molekula. Ona su određena pravilima kvantne mehanike, koja zahteva kvantovanje energije. Za atome/molekule na višem energetskom stanju se kaže da su pobuđeni. Ti atomi/molekuli u pobuđenom stanju su često reaktivniji, što je preduslov za hemijske reakcije.

Agregatno stanje neke supstance je uvek određeno njenom energijom i energijom njene okoline. Kada su međumolekulske sile u supstanci takve da energija okruženja nije dovoljna da ih nadjača, supstanca se nalazi u uređenijim stanjima kao što su tečnosti i čvrsta tela, kao što je slučaj sa vodom (H2O), koja je tečnost na sobnoj temperaturi, jer su njeni molekuli povezani vodoničnim vezama.[9] Sa druge strane vodonik sulfid (H2S) je gas na sobnoj temperaturi i normalnom pritisku, jer su njegovi molekuli povezani slabijom dipol-dipol interakcijom.

Prelazak energije sa jedne supstance na drugu zavisi od veličine energetskog kvanta koji emituju supstance. Ipak, toplotna energija se lako prenosi sa skoro svake supstance na drugu jer su vibracioni i rotacioni energetski nivoi supstance smešteni vrlo blizu. Pošto elektronski energetski nivoi nisu blizu jedan drugog, ultraljubičasto elektromagnetno zračenje se ne prenosi istom lakoćom, a slično je i sa električnom energijom.

Postojanje karakterističnih linija energetskih prelaza različitih supstanci je korisno za njihovu identifikaciju analizom spektralnih linija različitih vrsta spektara, koja se često koristi u hemijskoj spektroskopiji, kao na primer u infracrvenoj ili mikrotalasnoj spektroskopiji, nuklearnoj magnetnoj rezonanciji, rezonanciji elektronskog spina, itd. Ovo se koristi za identifikaciju sastava udaljenih objekata, kao što su zvezde ili udaljene galaksije, analizom njenog spektra.

Emisioni spektar gvožđa

Termin hemijska energija se često koristi da se nagovesti potencijal supstance da izvrši tranformaciju putem hemijske rekacije odnosno sposobnost da preobrazi druge supstance.

Izvori[uredi]

  1. ^ Alchemy Timeline - Chemical Heritage Society
  2. ^ Will Durant (1935): Our Oriental Heritage: Simon & Schuster
  3. ^ BBC - History - Robert Boyle (1627 - 1691), Pristupljeno 29. 4. 2013.
  4. ^ K. Peter C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organska hemija — struktura i funkcija, 4. izdanje, Data Status, Beograd, 2004.
  5. ^ Length of a Human DNA Molecule, Pristupljeno 29. 4. 2013.
  6. ^ PubChem, Pristupljeno 29. 4. 2013.
  7. ^ „Emerald | Management of Environmental Quality: An International Journal | A Swedish overview of selecting hazardous substances as pollution indicators in wastewater“. Emeraldinsight.com. DOI:10.1108/14777830410523116 Приступљено 24. 6. 2010.. 
  8. ^ Reilly, Michael. (2007).
  9. ^ Changing States of Matter - Chemforkids.com

Literatura[uredi]

  • Parkes, G. D. & Fil, D. 1973. Melorova moderna neorganska hemija. Naučna knjiga. Beograd.
  • Rondović, D. 1991. Kvalitativna hemijska analiza. Naučna knjiga: Beograd.
  • Morris Hein, Susan Arena: Foundations of College Chemistry, 10th ed, Brooks/Cole Publishing Company, 2000.

Vidi još[uredi]

Sa drugih Vikimedijinih projekata :


Dobar članak Članak Hemija je izabran u kategoriju dobrih članaka.
Pozivamo Vas da ga unapredite i potom predložite kao kandidata za sjajan članak.