Studijní text


Studenti budou umět:

- používat fyzikální veličiny

- převádět jednotky veličin na dílčí a násobné

- chápat a umět používat vztahy mezi základními veličinami SI a odvozenými veličinami

- provádět základní výpočty odvozených veličin



Fyzikální veličiny a jednotky pro chemické výpočty

Tato kapitola je věnována fyzikálním veličinám a jednotkám, které budete potřebovat pro základní chemické výpočty k práci v laboratoři. Mezinárodní soustava jednotek SI (Système International d’Unités) je užívána již od roku 1960 a je závazná i pro naši zemi. Soustava SI obsahuje 7 základních veličin, z nichž je možné odvodit další používané odvozené veličiny. Nejčastěji používané veličiny pro chemické výpočty jsou:

Veličina

Teplota

Tlak

Objem

Hmotnost

Hustota

Látkové množství

Symbol

T, t

p

V

m

ρ

n

Základní jednotka

kelvin,

stupeň Celsia

pascal

metr krychlový

kilogram

kilogram na metr krychlový

mol

Symbol

K, °C

Pa

m3

kg

kg/m3
kg m–3

mol


Použitím předpon pak vytvoříme dílčí nebo násobné jednotky. Nejpoužívanější předpony shrnuje následující tabulka.

Název

Symbol

Násobek

Název

Symbol

Násobek

giga-

G

×1 000 000 000

mili-

m

×0,001

mega-

M

×1 000 000

mikro-

µ

×0,000 001

kilo-

k

×1 000

nano-

n

×0,000 000 001


Teplota - T, t

Základní jednotkou termodynamické (někdy také zvané absolutní) teploty je 1 kelvin (1 K)Vedlejší jednotkou teploty v soustavě SI je Celsiův stupeň °C pro Celsiovu teplotu se symbolem t. Obě stupnice lze mezi sebou přepočítat podle vztahu

t[°C] = T[K] - 273,15


Tlak - p

Tlak je odvozenou veličinou SI vzniklou z definice síly působící na jednotkovou plochu, p = F/S = m·g/S. Z tohoto vztahu lze odvodit hlavní jednotku (kg)·(m/s2)/(m2) = kg/m/s2.

 

1 pascal = 1 Pa = 1 kg m–1 s–2

 

V chemických výpočtech se můžete často setkat dílčími a násobnými jednotkami

1 megapascal = 1 MPa = 1 000 000 Pa

1 kilopascal = 1 kPa = 1000 Pa

1 milipascal = 1 mPa = 0,001 Pa


Objem - V

 Objem je odvozenou veličinou SI a značí se symbolem V. Hlavní jednotkou objemu je

1 krychlový metr = 1 m3

V chemických výpočtech se budete běžněji setkávat s násobnými jednotkami, v laboratoři pak spíš s dílčími jednotkami.

1 krychlový kilometr = 1 km3 = 1 000 000 000 m3

1 krychlový decimetr = 1 dm3 = 0,001 m3

1 krychlový centimetr = 1 cm3 = 0,000 001 m3

Vedlejší v praxi běžně používanou jednotkou je

1 litr = 1 l = 1 dm3 = 0,001 m3

a násobnými a dílčími jednotkami jsou

1 hektolitr = 1 hl = 0,1 m3

1 decilitr = 1 dl = 0,000 1 m3

1 centilitr = 1 cl = 0,000 01 m3

1 mililitr = 1 ml = 0,000 001 m3

 

 Hmotnost - m

 Hmotnost je základní veličinou soustavy SI, značí se symbolem m a její základní jednotkou je

1 kilogram = 1 kg

Dalšími používanými dílčími jednotkami jsou

1 gram = 1 g = 0,001 kg

1 miligram = 1 mg = 0,000 001 kg

1 mikrogram = 1 μg = 0,000 000 001 kg = 10–9 kg

Pro vyjadřování velkých hmotností se používá vedlejší jednotka

1 tuna = 1 t = 1000 kg

Ke zjišťování hmotnosti se obvykle používá vážení, při kterém se v principu porovnává silové působení gravitačního pole Země na zkoumaný referenční objekt – závaží. Proto se pojem „hmotnost“ občas zaměňuje za termín „váha“, který je v rozporu s českými normami a soustavou SI.

  

 Hustota - ρ

Hustota, někdy také nazývaná jako měrná hmotnost nebo specifická hmotnost je odvozenou veličinou, složenou ze dvou základních – kg a m (m3). Pomocí hustoty se vyjadřuje hmotnost objektu vzhledem k jeho objemu, například když budeme porovnávat krychličku zlata a krychličku hliníku o stejných rozměrech. Symbolem hustoty je řecké písmeno ρ a základní jednotkou je

1 kilogram na krychlový metr = 1 kg/m3 ≡ 1 kg m–3

Běžně používanými dílčími jednotkami jsou

1 gram na krychlový centimetr = 1 g/cm3 = 1 g/ml = 0,001 kg/m3

1 kilogram na krychlový decimetr = 1 kg/dm3 = 1 kg/l = 0,001 kg/m3

 

Jak již jednotka napovídá, hustota (ρ) se vypočítá podle vztahu

ρ = m/V.

Pokud hmotnost (m) vyjádříte v kg a objem (V) v m3, vyjde vám hustota v jednotkách kg/m3. Když do výpočtu použijete jednotky g a cm3, vyjde 1000× menší hodnota, která se běžně používá např. v laboratoři. Pro vyjádření hustoty kapalin se také používají jednotky g a ml (g/ml).

Správnost výpočtu hustoty můžete na první pohled posoudit tak, že jí porovnáte se známými látkami. Hustota vody při laboratorní teplotě ≈ 1 g/ml (= 1 kg/l), hustota železa ≈7,9 g/ml. Pokud vám z výpočtu vyjde hustota vodného roztoku například 9,5 g/ml nebo hustota mědi 0,5 g/ml, můžete již tušit, že výpočet nebyl správný.


Látkové množství - n 

Látkové množství je základní veličinou SI, značí se symbolem n a základní jednotkou je mol, který má totožný symbol (mol)

1 mol = 1 mol

Při chemických výpočtech se často používají násobné a dílčí jednotky

1 kilomol = 1 kmol = 1000 mol

1 milimol = 1 mmol = 0,001 mol

Látkovým množstvím vyjadřujeme počet entit (tj. částic, atomů, molekul, iontů, kávových zrnek, vodních kapek apod.) vzhledem k domluvenému číslu (dříve podle počtu atomů ve 12 g gramech uhlíku 12   6C). Toto číslo se nazývá Avogadrova konstanta (NA) a podle nové definice (ze dne 8. 1. 2018) má přesnou hodnotu 6,022 140 76 × 1023 pokud ji vyjádříme v jednotkách mol–1. Množství můžeme vyjádřit jak pomocí tuctů (např. 96 částic = 96/12 = 8 tuctů), tak při větším počtu v molech. Jednotka látkového množství 1 mol obsahuje Avogadrovo číslo částic, podobně jako tucet obsahuje 12 částic, kopa 60 částic.

 Látkové množství (n) je dáno podílem počtu částic (N) vydělených Avogadrovým číslem (NA)

n = N/NA

  

Molární hmotnost - M

Molární hmotnost je odvozenou veličinou ze soustavy SI, značí se symbolem M a její základní jednotkou je

1 kilogram na mol = 1 kg/mol

V chemických výpočtech a tabulkách se však budete častěji setkávat s dílčí jednotkou

1 gram na mol = 1 g/mol = 0,001 kg/mol

Molární hmotností vyjadřujeme hmotnost jednoho molu látky – například hmotnost Avogadrova čísla atomů mědi, molekul anilínu, draselných iontů. Látky, které se neskládají z molekul (například MgCl2), se molární hmotnost vztahuje k empirickému vzorci. Molární hmotnost takové látky je pak součet atomárních hmotností jednoho atomu hořčíku a dvou atomů chloru.

Látkové množství lze pomocí molární hmotnosti vyjádřit ze vztahu

n = m/M

Hmotnost jednoho molu atomů daného prvku se vyjadřuje pomocí atomové hmotnosti (A).






Last modified: Tuesday, 14 January 2020, 1:25 PM