ŽDU

Čarovný svet chémie

Deti, rozmýšľali ste už niekedy, o tom z akých "základných kameňov" je poskladaný vesmír, Zem a všetko na nej? Poďme o tom pouvažovať...

Predstavte si, že na poskladanie celého vesmíru, a teda aj našej Zeme, ktorá je len malým zrnkom v ňom je treba len niečo vyše sto rôznych "základných kameňov", ktoré voláme chemické prvky. Niektoré z nich už určite aj poznáte. Napríklad základom vzduchu je kyslík a dusík, voda je zložená z kyslíka a vodíka. Vedci predpokladajú, že v jadre našej zemegule je železo a nikel a tiež zistili, že jej kamenný obal obsahuje veľa kremíka a hliníka.

V lese rastú stromy. Drevorubači ich zotnú, stolár urobí stôl a málokto objaví v tom stole dub alebo buk. A predsa je to ešte vždy drevo, ktoré je - ako môže chemik v laboratóriu zistiť - najmä z uhlíka, vodíka, kyslíka a dusíka ako všetko živé na Zemi.

Základnou stavebnou čiastočkou každého chemického prvku je atóm. Je taký maličký, že do bodky by sa vošlo veľa miliónov atómov. To si ťažko dokážeme predstaviť. A predsa atómy nie sú najmenšími čiastočkami, skladajú sa ešte z menších častíc. V strede majú jadro zložené z protónov a neutrónov, okolo jadra je obal z elektrónov. Protóny a elektróny sú "zelektrizované" častice. Majú elektrický náboj, protóny kladný (+), elektróny záporný (-). Ale preto, že ich je v atóme rovnaký počet kladných aj záporných, zvonku sa zdá, ako keby nemali elektrický náboj.

Znázornenie stavby atómu dusíka Obr. 1 Znázornenie stavby atómu dusíka - v strede jadro (červené, má kladný náboj +),
okolo elektróny (čierne bodky, majú záporný náboj - )

Napríklad atómy vodíka majú len jeden protón v jadre, atómy kyslíka majú osem protónov. Všetky atómy toho istého prvku majú rovnaký počet protónov.

Keď chemici rozpoznali viacero prvkov, zdalo sa im, že je v nich akýsi neporiadok. Rôzne prvky mali rôzne vlastnosti, ale niektoré zasa podobné. A nebolo jasné, prečo sa niekedy podobajú a niekedy nie. Ale keď chemici "usporiadali" známe prvky podľa veľkosti ich atómov, vznikol "veľký poschodový dom", ktorý sa nazýva periodická sústava prvkov (Obr. 2).

Periodická sústava prvkov Obr. 2 Periodická sústava prvkov

Tento dom má sedem poschodí, ale otočený je akosi naopak. Prvé poschodie je hore, siedme poschodie dole. A viete od čoho závisí "ubytovanie" prvkov na jednotlivých poschodiach? Každý prvok má pridelené poschodie podľa toho, na koľkých vrstvách majú jeho atómy umiestnené svoje elektróny.

Dom pre prvky má aj osem hlavných vchodov (I.A - VIII.A) a osem vedľajších vchodov (I.B - VIII.B). V tom istom vchode bývajú prvky s podobnými záujmami - podobne sa správajú, často majú podobných kamarátov. A všimli ste si "menovky na dverách" jednotlivých prvkov? Majú tam len krátke značky, ale podľa nich ich poznajú na celom svete. Aj vy sa mnohé z nich časom naučíte.

Väčšina obyvateľov nášho poschodového domu má veľa kamarátov, ich atómy majú radi spoločnosť. Nájdu sa však aj úplní samotári. Sú to prvky, ktoré bývajú v ôsmom hlavnom vchode periodickej sústavy. Asi by sa aj chceli s niekým kamarátiť, ale nejde to, ich atómy nemôžu nikomu (ani sebe navzájom) "podať ruku".

Vráťme sa teraz k prvkom, ktoré sa radi kamarátia, teda, ako tomu hovoríme v chémii, ich atómy sa často spájajú chemickými väzbami. Spôsobov takéhoto skamarátenia sa je niekoľko. Bolo by zložité a zdĺhavé hovoriť o všetkých. Spomenieme si dva, a aby sme lepšie porozumeli, povieme si k tomu "chemické rozprávky".

O chudobnom Sodíkovi a bohatom Chlórovi

V siedmom hlavnom vchode poschodového domu pre prvky, na treťom poschodí býval Chlór. Na dverách mal menovku "Cl". Jeho najväčším bohatstvom bolo sedem elektrónov na tretej, vonkajšej vrstve elektrónového obalu jeho atómov (Obr. 3).

Zjednodušená stavba atómu chlóru Obr. 3 Zjednodušená stavba atómu chlóru

Aj keď chlór patril medzi najbohatšie prvky v periodickej sústave, nebol spokojný, lebo bol veľký závistlivec. Celý svoj čas venoval myšlienke, ako získať ešte jeden elektrón, aby sa bohatstvom vyrovnal svojmu susedovi, známemu boháčovi Argónovi. Nevidel inú možnosť ako hľadať po celej periodickej sústave niekoho, od koho by mohol získať chýbajúci elektrón.

Po dlhom hľadaní prišiel chlór aj do prvého hlavného vchodu a tam na treťom poschodí našiel bývať Sodíka. Každý ho poznal pod značkou "Na". Sodík bol chudobný, pretože jeho atómy mali na vonkajšej vrstve elektrónového obalu len jeden elektrón (Obr. 4).

Zjednodušená stavba atómu sodíka Obr. 4 Zjednodušená stavba atómu sodíka

Napriek svojej chudobe bol však veľmi šľachetný a veľkodušný. Vytušil, že keď daruje Chlórovi svoj jediný elektrón, stanú sa veľké veci ... Chlór teda získal Sodíkov elektrón, a tým doplnil svoje aj tak rozsiahle bohatstvo na dlho očakávaný a vysnívaný počet, osem elektrónov.

Na a Cl

Lenže v tomto momente sa obaja zmenili. Sodík sa stal kladne nabitým, lebo mu prevyšovali protóny, Chlór záporne nabitým. Takto pozmeneným atómom hovoríme katión a anión. Sodík a Chlór sa stali nerozlučnými priateľmi. Vy už viete, že je to preto, lebo rozdielne elektrické náboje sa navzájom priťahujú. Pri priateľstve katiónu a aniónu chemici hovoria o iónovej väzbe (Obr. 5).

Katión sodíka a anión chlóru Obr. 5 Katión sodíka a anión chlóru

Takto sa stal "chemický zázrak". Z dvoch prvkov Sodíka a Chlóru vznikla chemická zlúčenina NaCl - chlorid sodný (kuchynskú soľ), ktorá má celkom iné vlastnosti ako pôvodné látky (Obr. 6):

Ako v skutočnosti vyzerá sodík, chlór a chlorid sodný Obr. 6 Ako v skutočnosti vyzerá sodík, chlór a chlorid sodný

O tom, ako sa Kyslík skamarátil s Vodíkom

Na druhom poschodí, v šiestom hlavnom vchode poschodového domu pre prvky žil aj Kyslík. Na dverách mal menovku "O". Bol oveľa bohatší ako Sodík, ale chudobnejší ako Chlór. Kyslíkove atómy mali vo svojom elektrónovom obale na vonkajšej druhej vrstve šesť elektrónov (Obr. 7). Šestka je síce párne číslo, ale tieto elektróny boli usporiadané tak, že dva z nich boli osamotené a Kyslíka to trápilo.

Zjednodušená stavba atómu kyslíka Obr. 7 Zjednodušená stavba atómu kyslíka

Kyslík nebol chamtivý ako Chlór, a preto nechcel riešiť osamotenosť dvoch svojich elektrónov tak, že by dva elektróny niekomu zobral a privlastnil si ich. Rozmýšľal skôr o tom, že by vo veľkom dome našiel kamaráta, ktorý má tiež dva osamotené elektróny, a tak by dva jeho a dva kamarátove elektróny vytvorili dva spoločné páry a nebolo by im smutno. Tak by pomohol aj sebe, aj kamarátovi.

Pri usilovnom hľadaní "zablúdil" Kyslík aj do posledného hlavného vchodu. Hneď na prvom poschodí zbadal menovku "He". V byte bývalo Hélium. Keď Kyslík zistil, že má práve dva elektróny, veľmi sa potešil. Jeho radosť však netrvala dlho, lebo sa s ním nechcelo kamarátiť. Jeho dva elektróny tvorili pevný pár. Nechceli a nemohli sa rozlúčiť a skamarátiť sa s Kyslíkovými elektrónmi. Kyslík teda smutný hľadal ďalej. Pre zmenu vošiel do prvého hlavného vchodu. Na prvom poschodí, za dverami s menovkou "H" býval Vodík. Bol to najchudobnejší prvok z celej periodickej sústavy. Každý jeho atóm mal vo svojom elektrónovom obale len jeden jediný elektrón (Obr. 8).

Zjednodušená stavba atómu vodíka Obr. 8 Zjednodušená stavba atómu vodíka

Vtedy si Kyslík uvedomil, že vo vyriešení problému s osamotenými elektrónmi by mu mohol pomôcť aj Vodík. Dva atómy Vodíka môžu predsa vytvoriť s jedným atómom kyslíka dva spoločné elektrónové páry, dve kovalentné väzby (Obr. 9). Pozrite sa ako!

Zjednodušená stavba molekuly vody Obr. 9 Zjednodušená stavba molekuly vody

Kamarátstvo kyslíka s vodíkom (presnejšie jedného atómu kyslíka s dvomi atómami vodíka) prinieslo úžitok celej našej Zemi. Zasa sa konal "chemický zázrak". Z týchto dvoch plynných prvkov vznikla voda (H2O), veľmi dôležitá zlúčenina, bez ktorej by nemohlo byť na Zemi nič živé.

Čo povedať na záver? Ak by sa atómy prvkov "nekamarátili", vesmír by sa vôbec nepodobal na ten náš, ak by vôbec nejaký mohol byť...

Na chémii sa budete učiť o mnohých ďalších "chemických zázrakoch" a spoznáte, že svet chémie je čarovný.


Naspäť