Sveobuhvatne Bilješke za Prijemni Ispit iz Hemije - Medicinski Fakultet

Atomska Struktura i Elementarne Čestice

• Elementarne čestice u atomu:

  • Neutron: Čestica bez električnog naboja, smještena u jezgri atoma. Ima masu gotovo jednaku atomskoj jedinici mase ($1\,u$). Sastavni je dio jezgri svih elemenata osim običnog vodika ($^1H$).
  • Proton: Pozitivno naelektrisana čestica u jezgri. Broj protona u jezgri odgovara rednom (atomskom) broju elementa ($Z$).
  • Elektron: Negativno naelektrisana čestica koja se kreće u elektronskom omotaču. Elektroni se u orbitalama razlikuju prema spinu ($s$).

• Elektronski omotač i konfiguracija:

  • Raspodjela elektrona: Naziva se elektronska konfiguracija i određuje hemijska svojstva elemenata.
  • Ljuske i podljuske:
    • $L$-ljuska sadrži maksimalno $8$ elektrona.
    • $M$-ljuska su elektroni koji su u trećem energetskom nivou.
    • Kvantitet elektrona u podljuskama: U $d$-podljusci maksimalan broj elektrona je $10$, u $p$-podljusci $6$, a u $f$-podljusci $14$.
  • Valentni elektroni: Elektroni u vanjskoj (posljednjoj) ljusci koji direktno učestvuju u građenju hemijskih veza.
  • Specifične konfiguracije:
    • Kalcij ($_{20}Ca^{2+}$ jon) u valentnoj ljusci ima $8$ elektrona (konfiguracija plemenitog gasa argana).
    • Natrij ($_{11}Na^{+}$ jon) u valentnoj ljusci takođe ima $8$ elektrona.
    • Azot ($N$) u $p$-orbitalama druge ljuske ima tri nesparena elektrona (Hundovo pravilo).

• Izotopi i Izobari:

  • Izotopi: Atomi istog elementa koji imaju isti atomski broj ($Z$), ali različit maseni broj ($A$) zbog različitog broja neutrona. Imaju ista hemijska svojstva.
  • Izobari: Atomi različitih elemenata koji imaju isti maseni broj ($A$), ali različit atomski broj ($Z$). Primjer su $^{14}C$ i $^{14}N$.
  • Izotopi vodika:
    • Protij: $^1H$ (1 proton, 0 neutrona).
    • Deuterij: $^2H$ ili $D$ (1 proton, 1 neutron). Javlja se u prirodi u smjesi sa protijem.
    • Tricij: $^3H$ ili $T$ (1 proton, 2 neutrona). Radioaktivan je.

Periodni Sistem Elemenata (PSE)

• Organizacija PSE:

  • Periode: Horizontalni redovi. Karakteristika periode je da svaki element ima po jedan elektron više od prethodnog.
  • Grupe: Vertikalne kolone. Elementi iste grupe imaju isti broj valentnih elektrona i slična hemijska svojstva.

• Periodični trendovi:

  • Atomski radijus: Unutar periode opada s lijeva na desno, a unutar grupe raste odozgo prema dole. Francij ($Fr$) ima najveći atomski radijus.
  • Energija jonizacije: Energija potrebna da se otkloni elektron iz atoma u gasovitom stanju. Raste unutar periode od 1. do 18. grupe, a smanjuje se unutar grupe od vrha prema dnu. Druga energija jonizacije je uvijek veća od prve.
  • Afinitet prema elektronu: Promjena energije pri dodavanju elektrona neutralnom atomu. Najveći je kod halogenih elemenata.
  • Elektronegativnost: Sposobnost atoma da privuče elektronski par. Nemetali imaju veći afinitet i elektronegativnost od metala.

• Klasifikacija elemenata:

  • Metali: Nalaze se na lijevoj strani PSE. Dobri su provodnici toplote i elektriciteta, posjeduju metalnu rešetku.
  • Alkalni metali (1. grupa): Veoma reaktivni, u jedinjenjima su jednovalentni, čuvaju se pod uljem ili petrolejem (nikako pod vodom).
  • Zemnoalkalni metali (2. grupa): Dvovalentni metali, u posljednjoj ljusci imaju dva elektrona.
  • d-elementi: Prelazni metali kod kojih se popunjava $d$-podljuska.
  • Nemetali: Imaju veliku energiju jonizacije i afinitet prema elektronima.
  • Plemeniti gasovi (18. grupa): Hemijski inertni elementi sa popunjenim valentnim ljuskama.

Hemijske Veze i Interakcije

• Jonska veza: Nastaje elektrostatičkim privlačenjem suprotno naelektrisanih jona (metala i nemetala). Karakteristična je za soli poput $NaCl$.
• Kovalentna veza: Nastaje dijeljenjem elektronskih parova između atoma nemetala.
  • Polarna kovalentna veza: Nastaje između atoma različite elektronegativnosti (npr. $H-Cl$).
  • Nepolarna kovalentna veza: Nastaje između istih atoma (npr. $Cl-Cl$, $O_2$).
• Vodikova veza: Međumolekulska sila privlačenja između vodika vezanog za jako elektronegativan atom ($F$, $O$, $N$) i slobodnog elektronskog para drugog takvog atoma. Odgovorna je za manju gustinu leda u odnosu na tečnu vodu.
• Metalna veza: Karakteristična za metale, gdje su pozitivni joni metala uronjeni u "elektronski oblak".
• Dipol-dipol interakcije: Nastaju zbog razlike u elektronegativnosti vezanih atoma unutar molekule, što dovodi do stvaranja dipola.

Supstance, Smjese i Agregatna Stanja

• Čiste supstance: Imaju definisan hemijski sastav (elementi i jedinjenja). Primjeri: kiseonik, destilovana voda, 24-karatno zlato.
• Smjese: Sastoje se od dvije ili više čistih supstanci koje zadržavaju svoja svojstva (npr. vazduh, legure, krv).
  • Homogene smjese: Istog sastava u svim dijelovima (rastvori).
  • Heterogene smjese: Vidljive granice faza (krede u vodi).
• Agregatna stanja:
  • Čvrsto (s): Označava se sa $(s)$ od latinskog solidus.
  • Tečno (l): Označava se sa $(l)$ od liquidus.
  • Gasovito (g): Označava se sa $(g)$. Standardni uslov za gasovito stanje podrazumijeva pritisak od $101325\,Pa$.
• Fazni prelazi:
  • Sublimacija: Direktan prelaz iz čvrstog u gasovito stanje.
  • Ključanje: Endoterman proces koji zavisi od vanjskog pritiska. Snižavanjem pritiska tačka ključanja opada.

Rastvori i Koligativna Svojstva

• Tipovi rastvora:
  • Zasićeni: Sadrže maksimalnu količinu rastvorene supstance na datoj temperaturi.
  • Nezasićeni: Mogu još rastvarati supstancu.
• Elektroliti: Supstance koje u rastvoru ili rastopu disociraju na jone i provode struju.
  • Jaki elektroliti: Potpuno disociraju (npr. $NaCl$, $H_2SO_4$, $NaOH$).
  • Slabi elektroliti: Djelimično disociraju, u rastvoru su većinom u obliku molekula (npr. $CH_3COOH$, $NH_3$).
• Koligativna svojstva: Svojstva koja zavise isključivo od broja čestica rastvorene supstance, a ne od njihove prirode:
  1. Sniženje pritiska pare.
  2. Povišenje tačke ključanja.
  3. Sniženje tačke mržnjenja.
  4. Osmoza: Prolazak molekula rastvarača kroz polupropusnu membranu. Osmotski pritisak ($\pi$) zavisi od temperature i broja čestica ($\pi = i \times c \times R \times T$).
  5. Izotonični rastvori: Rastvori sa istim osmotskim pritiskom.
• Koloidi: Čestice veličine između $1$ i $100\,nm$.

Hemijska Kinetika i Termohemija

• Brzina hemijske reakcije: Promjena koncentracije reaktanata ili produkata u jedinici vremena. Brzina opada tokom napredovanja reakcije jer se troše reaktanti.
• Faktori koji utiču na brzinu: Koncentracija, temperatura, priroda reaktanata i prisustvo katalizatora.
• Katalizatori: Supstance koje ubrzavaju reakciju snižavanjem energije aktivacije, a same se ne troše. Biološki katalizatori proteinske strukture su enzimi.
• Energetske promjene:
  • Egzotermni procesi: Sistem oslobađa toplotu u okolinu ($\Delta H < 0$).
  • Endotermni procesi: Sistem apsorbuje toplotu iz okoline ($\Delta H > 0$).

Kiseline, Baze i pH Vrijednost

• Definicije:
  • Kiseline: Supstance koje u vodenom rastvoru povećavaju koncentraciju $H^+$ jona. One daju protone.
  • Baze: Supstance koje primaju protone ili povećavaju koncentraciju $OH^-$ jona.
• pH i pOH skala:
  • $pH = -\log[H^+]$
  • $pOH = -\log[OH^-]$
  • Na $25\,^{\circ}C$ važi: $pH + pOH = 14$.
  • Kisela sredina: $pH < 7$, $pOH > 7$.
  • Neutralna sredina: $pH = 7$.
  • Bazna (alkalna) sredina: $pH > 7$, $pOH < 7$.
• Puferi: Smjese slabe kiseline i njene soli ili slabe baze i njene soli. Služe za održavanje konstantne pH vrijednosti. Glavni puferski sistem krvi je bikarbonatni pufer ($H_2CO_3 / HCO_3^-$). Ljudska krv je blago alkalna ($pH \approx 7.4$).
• Neutralizacija: Reakcija kiseline i baze pri čemu nastaju so i voda.
• Hidroliza soli: Reakcija jona soli sa vodom. Soli nastale od jake kiseline i slabe baze reaguju kiselo, a soli od slabe kiseline i jake baze reaguju bazno.

Oksido-redukcioni Procesi i Elektroliza

• Oksidacija: Proces gubitka elektrona (povećanje oksidacionog broja).
• Redukcija: Proces primanja elektrona (smanjenje oksidacionog broja).
• Oksidaciono sredstvo: Supstanca koja prima elektrone i pritom se sama redukuje.
• Redukciono sredstvo: Supstanca koja daje elektrone i pritom se sama oksiduje.
• Elektroliza: Proces razlaganja supstanci djelovanjem električne struje.
  • Katoda (-): Na njoj se vrši redukcija.
  • Anoda (+): Na njoj se vrši oksidacija.
  • Faradayeva konstanta: $96500\,C$ je količina elektriciteta potrebna za izlučivanje jednog ekvivalenta supstance.

Organska Hemija

• Ugljikovodici:
  • Alkani: Zasićeni, opšta formula $C_nH_{2n+2}$. Podliježu reakcijama supstitucije.
  • Alkeni: Nezasićeni sa dvostrukom vezom ($C=C$), formula $C_nH_{2n}$. Podliježu adiciji.
  • Alkind: Nezasićeni sa trostrukom vezom, formula $C_nH_{2n-2}$.
  • Aromati (Arenima): Derivati benzena ($C_6H_6$).
• Funkcionalne grupe:
  • Alkoholi: Sadrže $-OH$ grupu. Oksidacijom primarnih nastaju aldehidi, a sekundarnih ketoni.
  • Aldehidi i Ketoni: Sadrže karbonilnu grupu ($C=O$). Aldehidi se dalje oksiduju do karboksilnih kiselina.
  • Karboksilne kiseline: Sadrže karboksilnu grupu ($-COOH$). Sirćetna kiselina ($CH_3COOH$) je tipičan primjer.
  • Esteri: Nastaju reakcijom kiselina i alkohola (esterifikacija).
  • Amini: Organske baze, derivati amonijaka.
  • Izomerija: Pojava da različita jedinjenja imaju istu molekulsku formulu, a različitu strukturu (strukturna, geometrijska cis-trans, optička).

Biohemija

• Ugljeni hidrati (Saharidi):
  • Monosaharidi: Glukoza (aldoheksoza), fruktoza (ketoheksoza), riboza i deoksiriboza (pentoze).
  • Disaharidi: Saharoza (glukoza + fruktoza), maltoza (glukoza + glukoza), laktoza (glukoza + galaktoza).
  • Polisaharidi: Skrob (rezervna hrana biljaka), glikogen (rezervna hrana životinja), celuloza.
• Lipidi (Masti i ulja): Esteri glicerola i viših masnih kiselina (trigliceridi). Saponifikacijom masti sa bazama nastaju sapuni (soli masnih kiselina) i glicerol.
• Proteini (Bjelančevine): Makromolekule izgrađene od aminokiselina povezanih peptidnom vezom ($-CO-NH-$). Mogu se denaturisati toplotom ili teškim metalima.
• Nukleinske kiseline (DNA i RNA): Sadrže šećer (pentoza), fosfatnu kiselinu i heterociklične azotne baze.

Hemijski Proračuni (Stehiometrija)

• Avogadrova konstanta: $N_A = 6.022 \times 10^{23}\,mol^{-1}$. Predstavlja broj jedinki u jednom molu supstance.
• Molarna zapremina gasa: Pri standardnim uslovima ($0\,^{\circ}C$, $101325\,Pa$), jedan mol bilo kojeg idealnog gasa zauzima $22.4\,dm^3$.
• Koncentracija:
  • Količinska koncentracija (molaritet): $c = \frac{n}{V}\,(mol/dm^3)$.
  • Maseni udio: $w = \frac{m_{supstance}}{m_{rastvora}}$.
• Opšta gasna jednačina: $P \times V = n \times R \times T$, gdje je $R = 8.314\,J/(mol K)$.