Rerenrcnli
pmC d r D R A G 0 GRDENIC
dr N I K O L A K A L L A Y
pmf, dr I V A N P l U A C
dr BOZIDAR GRABARIC
~.
Napisa1.i
Dl: IVAN FlLlPOVlC
redovni
roe
orolesor
Tehnolo5koe
SveuEiliSta
\
lakulteta
;Zagreb"
( Dr. STJEPAN LIPANOVIC
1
r e d o v n l prolesor T e h n o l o i k o g l a k u l t e t a
SveuEiliZta u Splitu
Odobrili: Odbor 2a ildavatku d~elalnoilS~cueiliilau Zagrebu odlukom br. 02-112813-1980.
u Splilu odlukom broj 013-13412-1981.
i Svcu€ili<le
I
O P ~ AI ANORGANSKA
KEMI JA
Nacionolan i s v c u ~ i l i i n lbibliakka, Zlgrcb
CIP Knl~lugizaeijna pllbliknriji
-
UDK 541(075.83
516(075.R)
FILIPOVIC. Ir;tn
Opfo i nnorcnnsks krl~lijuI nopirsll
Ivnn Filipavif, Shcp:m Lipanovlf ;
lcneic izmdia Krunorlnv $poljorie].
- 9.izd -Zagreb : Sk~lskaknligr.
1995. - 2 se : ilustr ; 25 cn,.
- (Udibn8ici SvcudiliiB 81 Zagrebu)
(Udtbel>ici S r c u i ~ l ~ i 18l oSplicu)
OPCA
I. DIO
KEMIJA
IX. i z d a n j e
&v;,la.
1
ISBN 953-0-30POS.S
I . Lipanovii. Sh;cpa,>
950321OS7
1
ISBN 953-0-30905-8
ISON KOMPLCI'A %;-n-309n74
SKOLSKAKNJIGA
ZAGREB 1995.
Iz predgovora pruom izdanju
-
Ovaj udtbenik o p t e i anorganske kemije za studente prve godine
kemije ~ l o dje dugogodignje nastave tog predmeta na TehnoloSkom fakultetu u Zagrebu i Kemijsko-tehnoloikom fakultetu u Splitu. Obradeno j e
gradivo koje se predaje i I , semestru (opta kemija) i 11. semestru (anorianska kemija) tih fakulteta. Kako su nastavni programi op6e i anorganske
kemije na ostalim kemijskim fakultetima u naSoj zemlji slifni, uvjereni smo
da b ova knjiga posluiiti i studentima ostalih kemijskih fakulteta pa i
kemiEarima opCenito u nastavi i praksi. OpCi dio udibenika napisao je
Ivan FilipoviC, a sistematiku anorganske kemije Stjepan LipanoviC.
Opseg gradiva je takav da omoguiuje nastavnicima i studentima
izbor prema konkretnom nastavnom programu. U optem dijelu (u I. semestru studija) upoznaje student kemijske zakone, strukturu tvari, strukturu i elektronsku konfiguraciju alomn, vrste kemijske veze, vrste kemijskih
reakcija, tijek kemijskih reakcija, kemijsku ravnoteiu i energetske promjene
pri kemijskim rcakcijama. Na kraju toga djela su nuklearne reakcije.
Slekavji La znanja student nioie u IT. semestru studijn znatno IakSe pristupiti proufavanju svojstava kemijskih elemenata i njihovih spojeva n a
temelju optih zakonitosti, elektronske konfiguracije i velifine atoma i
vrste veze izmedu atoma. Time se znatno smanjuje Eesto kritiziran opisni
karakter studija anorganbke kemije. Svim poglavljima u kojima se opisuju
clementi sistematizirani prema periodnom sistemu prethodi pregled njihovih zajedniEkih svojstava i svojstava njihovih spojeva. Takav Ce pristup
omogutiti d a udibenik posluii i za studij prema nastavnom programu
u kojem je manje naglaSena sistematika anorganske kemije. Pojam opCa
kemija u ovom udibeniku ima evropskoznaEenje, za razliku od amerifkog
gdje se uz elementarni prikaz anorganske kemije daju i elementi organske
kemije i biokemije.
Mornlno nnglasiti da r a s ~ o r e di razina gradiva u ovoj knjizi zahtijc\,a
lpredznnnje nlatclnntikc, fizike i kemije stcreno u srednjoj Zkoli. Nastojali
smo d3 razina udibcnika ne ~ r e l a z imogu6nosti studenata prve godine.
No, rbog toga Sto na naSem jeziku nema dovoljno lileraturc koja obraduje
tu rnatcriju na viSoj i-azini, knjiga jc prilagodena i poti.cbalna nnprednijili
studenata i kemiEara u praksi. Smatramo d a narin ria koji je iznesena
materija u ovoj knjizi omoguCuje studentima i nastavnicima d a se pieda,
vanja i seminari poveiu u ejelinu, tj. u predavanja seminarskog karaktera,
koja aktivno uklapaju studenta u nastavni proces, pobudujuti u njemu
interes za samostalan rad.
Zagreb. svibnja 1973.
Autori
Prerlgovo~~
perolil izdai?jl~
Premdi! su i u pretliodnim izdanjima bili navedeni brojni primjeri numeriikog
rjeiavanja problema vezanih za odredeni tekst, u ovom smo izdanju dali znatno
veCi broj rijelenih primjera i zadalaka s rjeSenjimn koje je sastavio profesor Stjepan
LipanoviC. Zbog toga je povecan i broj stranica pa je bilo potrebno ovo izdanie
tiskati u dvije knjige koje Cine jednu cjelino. N;ls[ojali s n ~ oda re isprave pogreSkc
uoEene u tekstu prollo:: ~zdanja.Strikuio je prove den;^ - koliko je bilo lnoguce
u nepreradenom izdanju - razlika lzmedu pojmova keniijski element i jedno-
I
stavna ili clemenlarna War. Smatralno da je lo bitno ne samo za nastavu kemije na
fakultetima, vet i za elementamu nastavu kemije u srednjoj Skoli.
i!
Zagreb, studenog 1984.
I
Autori
Predgovor sedmom izdanju
I
O v o izdanje je proiireno dodatkom na kraju I. dijela udibenika. Uvrstena su
dva nova poglavlja o kompleksnim spojevima 'i to krunasti kompleksi koji su u
novije vrijeme dntetizirani a teoretski i praktifki su intercsantni t e porfirinski
kompleksi koji su vaini u bioanorganskoj kemiji. Nadalje je dopunjeno poglavlje
o metalnoi vezi odlomkon~o leeurama i interrnetalnim sooievima.
U ~
o eul a v,l i uo
..
.
kcm:jskoj vc/t ohmdeoe su u/ d1j:lrnant I grafit dlljnje dvlje Rl~~tropskc
lnouifthifiiijc ugljiku. Osim toga i ~ r r i c l l :su nckc promjclle tckst3, proslrrno je k x a l o i
ispravljene su uofenepogreike iz prethodnih izdanja
-
Zagreb, svibnja 1988
1
I
1
'i
!
!
!
Autori
Sadrdaj
Predgovar
I.
.
2.
Predgovor osmom izdanju
1.1. Prirodne manorti i kemija
1.2. Medunarodni rurtav jediniw
1.3. Maretija, masa i energija.
Ckte Ivari
Vrsle rvati
Iako ie osnovno eradivo udihenika i u ovonl izdaniu ostalo nenromiienieno,
tions 1990). ~ a n a je' nova tablica periodnog ;uslava eleme'nata na temelju
predloiene nave definicije lantanida i aktinida. Provcdena je i revizija svih
nurneriEkih podnwka za fizitka i kemijsha svojstva elemenata i kelnijskih tvari na
temelju najnovije literature: J. Emsley, The E l e m e ~ l s , 1989.(atomski i ionski
radiusi, duljina kemijske veze, energija ionizacije i elektronski afiniteti, standardni
potencijali, taliita i vreliita); Tb. Moellcr i dr., Cl~onistrj~,
1981. (termodinamiCki
podaci, konstante ionlzacije kiselina i haza, produkti topljivosli); R. C. Weast
(ed.). C R C Ho,~dbookof Chemislr), and Phj>sics, 1982. (termodinamii.ki podaci,
jakost kemijske veze u diatomskim molekulama). U ovoln izdanju proiiren je
dodatak na kraju I. dijela udibenika poglsvljem o superkiselinama, zatin~lablicon,
opfih fizitkih konstanti i vatnijom literatl~rom s podrufja opEe i anorganske
kemije.
U pripremi osmog izdanja ovog udibenika nije, nat;!lost, sutljelovao zbog
iznenadne smrti profesor dr. Stjcpnn Lipinovit.
Zagreb, sijeeanj 1991.
Uvod '
Ivan FilipoviC
-
Rarlavljanje lvati na tiate tvati
Svoirtva Eincih tvari
vnie eislih tvari
2.4.1. Elernentame lvati i kemijrki apojevi
24.2. Atom i kemiiski element
24.3. Povijent poj&a elementa i kemijskog: simbola
ZIkoni kemijskog spajauja po masi
2.5.1. Zakon o odrtanju mase
2.52, Zakan slnlnih o m j e r r mars
2.5.3. Zskon umnoienih omiera mas.
~~
2.6. Daltanova tearija Goma
.
2.7. Zakon kemijskog spajanja po volun\enu i Avogadrov rakon
2.7.1. Cay-Lusaawv rakon spojnih volun~ena
2.7.2. Avogadrova hipotcza o molcku1am;t
3. Slruklura Eislih lvari
3.1. Alomska rlruktura Evratih o a r i
3.2. Molekulska struklura Curslih lvari
3.3. Priroda pliw
3.4. Prirada IekuClne
3.5 Pojam Umperaare
3 6 . Slrukrura aroma
.
3.6.1. Elckaon*
3.6.2. OrktiCe rcndgenikih iraka i radioak,ivnurri
3.63 Alomrka .icrcra
"
3.6.4. Proton
3.6.5. Rulllerlordov model alunla
3
Rendgenrke rrakc i strukrura krircaka
3.8. Suvremcni pojnm kemijskog elemenla
3 9. Irampi i nruklura Jlomskc jcrgre
3.10. Formule kcmijrkih spojeva i lorm~#l.kajcdinka
3.11. Kemijrke rcakcijc i jednad%bekcmijskil~renkcija
3.12. Prinlieri i rilrlrci
Relatirna atonuka i molekukka mars
4.1. Rclalivna alamrks mara (alomska telna) doncnala
4.2 Rdativna molckulska m w a
4.3. M o l i mara atoma i molrkula
4.4. Odnosi masa p r i ksmijrkim reksijama
4.5. Plinrki zakani i jcdnadlba aanja idealnih plioora
4.5.1. Boyls-Mariolsov zakon '
4.5.2. Charla-Gay-Lurracov m k o n
4.5.3. l d n a d t b a rtanja idcdoog plina.
4.5.4, Var. dcr Wadrava jcdnadtba rtanja
4.5.5. Parcijalni llak kamponcnata plinrke smjsw.
4.5 6 FTcrafunavanje volumsna plina na rlandardne okolnosli .
4.6. Odredivanje rslalivnih molckulrkih mara r
4.6.1. Odredivanjs rdalivnc molckulrke m a s plina .
4.6.2. Odredivanjc rslativnc molskvlrkc m a s pare - '
4.7. Odredivanjs rclalivnih atomrkih mars
4.7.1. Primjena Dulong-Pclilava pravila
4.7.2. Primjsna d'ilrakci* rcndgenskih =aka
4.7.3. Odredivanjc rrlativnih alomskih m w a pomotu rprkuogrda mara
4.8. Svrnavanjc elcmsnala i periodni d o n . .
4.9. Psriodni rurlav elemcnala4.9.1. Pcriodni swcav dugih pcrioda'
4.9.2. Periadni ~ u r l s vLialkih psrioda 4
4.10. Primjcri i zadaci
~~~~
6.7.
6.8.
~
6.9.
6.10.
6.11.
6.12.
.
-
Eleklronska m u n l l n n atoms
5.1. Emirija i epsorpcija rvjctloni
5.2. Kvanlna teoriia *
5.3. ~oloelektrifn<cfekli kvant rvjstlod ili laton
5.4. Nanajanje rendgsnrkih naka
I S . Kvantna tcorija ruukiurc atoma. Bohrov model aoma
5.6. Ensrgijc pobudivanja i iooizasije5.7. Speklar rendgcnskih n a k a r
5.8. Sommedddovo r a o d c n i c Bohrovr teoriicp
5.8.1. ~ t i m u u t di l ~ r p & c d n i kvantni b;oj
5.8.2. Ma@nctrkikvantni brai
5.8.3. ~ v k l n broj
i
5.9. Valovi mataije i dc Broglicova hipoleza
5.10. Kvanlna mchanika i nruklura alama
5.11. Rarpadjela clrktrona u krantnim niroima i Paulijcv princip
5.12. Slruklvra aloma i psriodni runav slemcnaia
5.13. Alomrka rlania
.
6.13.
6.14.
6.15.
6.16,
.
6.17.
7.
Olopine
7.1. Olopinc i njihova svajskva
7.1.1. Kvanlilalivno inaZaranjs ?aslava otopina
7.1.2. Otopinc b r d h lvari u tckutinama
7.1.3. Orapins lckutina u tckutinama
7.1.3.1. Trkutine se potpuno mijdaju
7.1.3.2. Tekuens x ns mijdaju
7.1.3.3. Teku6nc rc djdomifno M j d a j u
7.1.4. O l o p i r r plinova u tckutinama
7.1.4.1. Uljocaj prirade plina
7.1.4.2. Utjacaj tsmpralure
7.1.4.3. U t j a ~ a llaka
j
pEna
7.1.5. Tlak pare olapala nsd olopinom
71.6. D i l u i j a i osmola
7.2. Olopine slskuolila
7.2.1. Elcktroliti
7.2.2. Hidraacija i rolvalacija
7.23. l a k i i slabi slcktroliu
7.2.4. Dirocijacija koualcdnih rpojcva
12.5. Kiselinc i barc
7.2.6. Akliritcl iona
7.3. Primjsri i radaci
8.
KcmijsLe reakcije
8.1. Vrnc kemijrkih reakcija
8.2. Redoks.rcakcije
8.3. Rcakcije kamplcksa
8.3.1. Rsakcijc komplekra u utcm smirlu
8.3.2. Prololirifks rcakcije
8.3.3. Rsaksijc talofsnja i otapanja
8.4. Slotcnr rsakcijc
8.5. Rsakcijc u olopinama - ekvivalsnma jcdinka
~.
6.1. Elcktronrka teorija vdcncijc
6.2. lonrka veza
6.3. Kounlcntna vsra
6.3.1. Lcwirove ruuklurc
6.3.2. Kvanlnomshanitka lsarija valencijc
6.3.3. Teorija valsntnc verc
6.3.4. Teorija molekulskih orhilala
6.35 Gsamclrijrka rtruklwa molckulc
6.3.6. ViEsstrvka vcw
6.4. Rnonancija i delokalidrane orbitalc
6.4.1. Rezonansija ili memmcrija
6.4.2. Delokaliirans orbilalc
6.5. Djslomitni ionrki karaklcr kovaknlne v e u
6.5.1, Dioolns molckulc
6.5 2. ~l;ktroncga~ivnoaslemenara
6.6. Medumolckulrks rilc
6.61. Van dcr Waalsovo privlahs rilc
6.62 Londo~luvcprivlaenc silc
6.6.3. Vodikpvs veza
Fonnalni naboj alorna u mokkulama i m o l c k u l r k i i ionima
Vcza irmedu atoma u krirldnaj r d c t ~metala
6.8.1. Teatija dobodnag elekuana
6.8.2. Tsorija clekuonske npcc
6.8.3. Imlalori i poluvoditi
6.8.4. FTimjsna lsotije valcnlne verc
Vclitina alama i iona
Vlrls krirtalnih slrukura
Energija kovalcnlnc veas
Alaaopija i immarfija
6.12.1. AlaUopija
6.122. Immorfija i Evrsc alopinc
Komplekrni spojcvi
6.13.1. Komplckros ~ o ilkoordinacjrka vcra
6.13.1.1. FTimjsoa lconjr valcntnc vco:
6.13.1.2, Magnstska rvojava kampkksnih rpajsva
6.13.1.3. Tsorija Ligandnog polja
6.13.1.4. R i m b o a tcarijc molrkulskih orbitala i simcl
6.13.2 Koordinacijski braj i immcrija
6.13.3. Slabiloosk kamplckra
6.13.4. Reaklivnoa komplckra
6.13.5. Mstalni karbanili
413.6. Adukti i klatr+,
Boja aoorganskih wan I aprarpcijrki spckUi
Oksidmijrki braj i skchiomevijrh valencija
N a d v i anarganrkih kemijrkih rpojcva
6.16.1. Nadvi ioorkih spojcva
6.16.2. N a d v i kovalcntnih rpojcva
Rimjcri i lad&
8.6.
9.2.
8.5.1. PrototiliEks rakcije
8.5.2. Rcdoks-roakcijc
Kemijrka kincliks
8.6.1. Utjscaj prirodc reaktanata
8.6.2. Utjscaj ko-ntracijc
rsaktanala
8.6.3. Ulisd l c m p o a u r c
9 1 2 1 Stacm ~vr;+p-novlto
9 I2 I slncm h n t ~ c k ~ b
9 12 3 S u m tck~h-olonov~to
9.1.2.4. Siitem t c k u h i e k u b
9.1 3. Utpoaj promjclx temperawe na ravnolefu
Ravnolds u otopinama elekuolita
9.21. R a ~ n o l c t ui otopinama kirctina i bara
9.22. Ravnoletc u oroolnama komolekaa
9.23. Ravnatcta imdb otodne i ~cotopljejcnogkrinala
9.2.3.1. Uljccaj ionrke jakosti olopinc nr lopljivorci roli
9.2.3.2.
Utjosaj nanajanja kompkksa na topljivon mL
9.23.3. Uljssj irtovrsnog iona na 1opljivoP rob
9.2.4. Rdokr.ravnotdc
9.2.4.1. Elcktrodrd ili rdokr-gotcncijali
O3d2
9.3.
..-
L-I"C,."li..
9.2.4.3. Faktori koji odrsduju elcktrodns potcncijalc
Primicri i mdaei
l o En+j&e
promjenr kod kcmij&h rprkcijs
10.1. Toplina kcmijskc rcakcijc
10.2. Siobodna cnsrgija kcmijrke reakcijr
102.1 Spontanorl lokn kemijrks rcaLcijc
102.2. Gibbrova energija i kannaoca ravnotek
10.3. Rimjcri i zadaei
iI.K a l o l d n n d i ~ p c r m i
11.1.
11.2.
11.3.
11.4.
Koioidnc olopinc
Hidrolobrd koloidi
Hidrofilni koloidi
Nartajanje koloida
12. Nukleeme rpnkeije
12 1. Prirodne nuklearne rsakcijc
12.1.1. Prirodna radioaklivnort
12.12. Aparati za olkrivanje radioaktivnih n a h j a
12.13. w o n radioaktivnog pornaka
12.1.4. Brrina radioaklivnog rspada
12.15. Energlja radioaklivnog raspada
12.16. Fundamcnlalnc &nice i rtruktura atornrkc jcrgrc
12.2. Umjclnc nuklearne r~akcije
122.1 Akccltralori
12.2.2. Ntutroni
12.2.). Radioaktivni izotopi
12.21. Tranauranrki eluncnu
123. Nuklearne ianEane reakeije i proilvodnja nukiearnc eo~rgijc
123.1. Stabhost acornrkih jczgara
12.3.2. Nuklearne lantane reakcije
123.3. Nuklcarni reaktor
12.3.4. Atomrka bomba
123.5. Vodikova bomba
12.3.6. Stvaranjc cnngije u Suns" i z v j d a m a
12.4. Rimjeri i l a d x i
Srednje relativne atomrlie mare
Dodamk I
Alolropske modifikasije ugljika
Legure, errsre alopinc i inlermetalni spojevi
Krunasti komplcksi
PorGrinski komoieksl
Supcrkiseline
Dodauk I 1
Opic CriEkc konnanrc
Dodalak 111
Literatura
14.1. Opta rvq/rlva i raspronranjcno$
14.2. Dobivanls i svojrtva vodika
14.3. Spojsvi vodika
14.3.1. S p j c v i vodika r ncga6vnim aupnjun okridacjc
14.3.1.1. Hidridi solnor: karaktcra
14.1.1.2. Hidridi metalnog karaktera
14.3.1.3. kovalcnlnr hidridi - oolimcri
143.2, Spojcvi vodka s p o r i t i v n h rtupnjrm oksiduijs
14.4. lzaopi vadjka
14.5. Orlavodik i oararodik
14.6. Zadaci
IS. Elelntnli 18. (VIIIIO skupint
15.1. Plemcnili plinod
15.2. Zadaei
16. ~ l t n n e r ~17.
l i (VIIB) rkupinc. Halogmi elcmenli
16.1. Osobine skupine
16.1.1. Rcglsd r ~ j = r ahalogcrdh elcmenala
16.1.1.1. $ojevi stupnja okridacije - 1
16.1.1.2. Stupanj okridacijc 0
16.1.1.3. Spojcvi r polltivnim ~ l ~ ~ p ~ j e okridacije
vims
16.2. Fluor
16.2.1. Stupanj okridaeije -1
16.3. Klor
16.3.1. Stupanj oks8daeijc - 1
16.3.2, Slupanj oksldacijc
1
16.3.3. Scupanj oksidacijc +3 i +4
163.4. Stupanj okridacijs A5
161.5. Slvpanj akridvije + 7
16.4. Brom
164.1. Slvpanj oksidacijc - 1
16.42. S ~ O J E Yhrnma
I
r pozic#rn#nlscl8pnlcm ohridrcllu
16.5 Jod
16.51, Stupan) oksidaei* -I
16.52. SpOlcu8 lodil r pozltlrnlltl sl~pcllcnlilkhldil~~lC
16.6. M d u s o b o i rpojevi halogcdh clemcnala
16.7. Zadaei
+
17. Elrrlcn~i 16. (VIII) skuptnc. Halkoseni rlcnlenti
17.1, Osobinc rkupinc
171.1. Rcglcd rpojcva halkogcnih cicmenaca
17.1,1,1. Spolcri ,cupryr okridacije -2
D-8
D-II
D.11
D-12
D-I?
617
e