Elektrokemija
=============
<https://sl.wikipedia.org/wiki/Elektrokemija>
* Napetostna vrsta:
- Na začetku so dobri reducenti - predvsem kovine, na koncu dobri oksidanti - predvsem nekovine
- Kovine pred vodikom se raztapljajo v kislinah, povine za vodikom pa ne - so žlahtne
- Močnejši oksidant ima večjo elektronegativnost, je bolj na desni
- Boljši oksidant mora biti v ionski obliki, da poteče reakcija
+ Pri reakciji med halogeni pa mora biti v ionski obliki halogen, ki je nižje v PSE
- Polčlen z nižjim potencialom bo prevzel vlogo anode, na njem bo potekala oksidacija.
* Elektrokemijski člen: galvanski/voltaični člen
- Standardna vodikova elektroda: H2 1 atm, 1 M H3O+, 0 volt, 2H+ + 2e- => H2
- Na katodi poteka redukcija, na anodi pa oksidacija. Med njima je elektrolit, v katerem so ioni.
- Kovinski kationi na katodi (Cu2+ + 2e- => Cu(s)) sprejemajo elektrone. Oksidacijsko stanje jim gre na 0, postanejo atomi, ki se odložijo na elektrodo.
- Na anodi (Zn(s) => Zn2+ + 2e-) poteka oksidacija, pri čemer nastajajo kovinski kationi (oksidacijsko stanje postane večje od nič), elektroda pa se raztaplja.
- Elektrodi sta povezani z električnim krogom, električni tok (iz anode- na katodo+) pa opravlja delo.
- Elektrolitski ključ med obema elektrolitoma omogoča prehod ionov.
- Celični diagram Danielovega člena: Zn(s)|Zn2+(1M)||Cu2+(1M)|Cu(s)
- Koncentracija elektrolitov je pomembna, saj z njo izvemo končno napetost.
* Standardni elektrodni potencial:
- SHE je 0 voltov. Če ima drugi polčlen večji potencial glede na SHE, na njem poteka redukcija, SHE pa je anoda. V nasprotnem primeru SHE deluje kot katoda, na drugem polčlenu pa poteka oksidacija.
- Napetost člena je seštevek redukcijskega potenciala katode in oksidacijskega potenciala anode.
## Elektroliza
* Tu pa katodo prisilimo na nižjo napetost od anode in obrnemo reakcijo. Še vedno bo na katodi redukcija, na anodi pa oksidacija.
* Na anodi bo pogosto nastajal plin, tam anioni oddajajo elektrone, na katodi pa kationi sprejemajo elektrone - obe snovi gresta v elementarno stanje.
* Elektroliza vode: oksidacija: O 2- => O2 + 4e-; redukcija: 2H+ + 2e- => H2
* Količina snovi, izločene pri elektrolizi:
- Q = It = Fzn, kjer je z število e-
## Redukcijsko-oksidacijske reakcije
* Razlika med številom elektronov in protonov je oksidacijsko stanje. Izračun: protoni-elektroni.
* Atom/ion, ki elektron odda, se oksidacijsko stanje poveča, sprejemniku pa se zmanjša.
* Oddajanje elektrona je oksidacija, sprejemanje pa redukcija (oksidacijsko število se reducira).
* Reducent reducira sprejemnika - sprejemnik sprejme el. Sebe reducent oksidira - odda elektron.
### Oksidacijska števila
* So po večini zgolj magija in religija - predstavljamo si, da je neka zvrst v celoti v ionski povezavi
* Prva skupina ima +1, druga ima +2, tretja +3, kisik ima -2, fluor -1 (je najbolj elektronegativen), kisik, razen kadar ne, pogosto -2, halogeni elementi, poleg flora, so, razen v zvezi z O, N ali drugimi halogenimi, -1.
* Pač veš, da je SO4 vedno -2. O fak kemija je tak ~~~~
* Pač veš, da je CN vedno -1.
Koordinacijske spojine
======================
* Centralni ion/atom in ligandi, **koordinacijsko število je število ligandov**.
* Enovezni ligandi in njihova imena:
- **F-**: fluorido, **Cl-**: klorido, **Br-**: bromido, **I-**: jodido, **OH-**: hidroksido, **CN-**: cianido, **H2O**: akva, **NH3**: amin, **C6H6**: benzen, **NO**: nitrozil, **CO**: karbonil
* Koordinacijska vez nastane tako, da ligandi svoje elektrone donirajo centralnemu ionu/atomu.
* Razporeditev ligandov: linearna - 2L, tetraedrična - 4L, kvadratno planarna - 4L, oktaedrična - 6L, ...
* Nomenklatura: Grški števnik za število ligandov, ime liganda po abecedi, ime centralnega atoma
- zvrst brez naboja: [PtCl2(NH3)2]: diamindikloridoplatina(II) (ali 2+)
- zvrst brez naboja: [CrCl3(OH2)3]: triakvatrikloridokrom(III) (ali 3+)
- pozitivno nabita zvrst: [Fe(OH2)6]3+: heksaakvaželezov(III) ion (ali 3+)
- pozitivno nabita zvrst: [CrCl2(OH2)4]+: tetraakvadikloridokromov(III) ion (ali 3+)
- pri negativno nabitih zvrsteh dobi centralni ion latinsko ime (jebeš vse kemičarke)
+ **Fe**: ferat, **Sn**: stanat, **Ag**: argentat, **Au**: avrat, **Hg**: merkurat, **Cu**: kuprat, **Pb**: plumbat, **Pd**: paladat, **Pt**: platinat, **Co**: kobaltat
- negativno nabita zvrst: [Fe(CN)6]4-: heksacianidoferatni(II) ion (ali 2+)
- negativno nabita zvrst: [UF8]2-: oktafluoridouranatni(VI) ion (ali 6+)
- negativno nabita zvrst: [CuCl4]2-: tetrakloridokupratni(II) ion (ali 2+)
- K4[Fe(CN)6]: kalijev heksacianidoferat(II)
- [CoCl(NH3)5]Cl: pentaaminkloridokobaltov(II) klorid
* koordinacijski ion je samo zadevica (no prav, recimo temu *zvrst*) v oglatih oklepajih
Organska kemija
===============
* Formule: skeletna, strukturna, molekulska (C2H4O2), racionalna (CH3COOH), empirična (brezvezna)
* Elektronska konfiguracija: 1s, 2s, 2px, 2py, 2pz
- 6C v osnovnem stanju: AV AV A_ A_ __
- štiri proste vezi, vendar neenakovredne: AV A_ A_ A_ A_
- hibridizacija: turns out da so 2s in 2p enakovredne v CH4, sike yeet
+ rečemo jim štiri sp3 hibridne orbitale (ker zakaj ne, am i rite)
- Paulijevo izključitveno načelo: imamo po dva elektrona v orbitali
- Hundovo pravilo: elektroni zasedajo energijsko enakovredne orbitale posamično. px2 py1 je napačna razporeditev
- vez je prekrivanje orbital: čelno: sigma, bočno: pi. dvojna vez: pi in sigma, 3: pi, pi, sigma
- enojna vez: sp3 hibridizacija, dvojna vez: sp2 hibridizacija, trojna vez: sp hibridizacija
- koti pri hibridizaciji: enojna vez: 109,5, planarna-dvojna vez: 120, trojna vez: 180
## Nomenklatura
* Števniki: 1: met, 2: et, 3: prop, 4: but, 5: pent, 6: heks, 7: hept, 8: okt, 9: non, 10: dek
* enojna vez: alk**an**, dvojna: alk**en**, trojna alk**in**
* stranske verige sortiramo po abecedi, pozicijske številke pa naj bodo čim nižje
* poskrbimo, da je dvojna/trojna vez vselej na glavni verigi, drugače dobimo etilene, ...
- prav tako naj ima dvojna/trojna vez prednost glede majhnih števil - štejemo iz strani z njo
* radikal ima končnico -il. pri sortiranju po abecedi ne štejemo števnika (dimetil => metil)
* Števnost C atomov: primarni: CH3, sekundarni: CH2, terciarni: CH, kvartarni C (ostale vezi obdane s C)
* Ciklični pred osnovni obroč dobijo predpono ciklo-: metil[ciklobutan](http://instagram.com/ciklobutan)
* navajanje pozicije dvojne vezi: heks-2,3-dien
* profesor na radikal ne bo dal dvojne vezi: 3-etil**en**penta-1,4-dien - dvojno vez damo v glavno verigo
* ogljikovodike delimo na dve skupini:
- alifatski se delijo še na dve podskupini: nasičeni ((ciklo)alkani)/nenasičeni ((ciklo)alken/in)
- aromatski: nenasičeni: benzen
* halogenirani ogljikovodiki: primarni halogenid (R-X), sekundarni (R-C-R, kjer je na C povezan še X), terciarni (R-C-X, kjer sta na C povezana še dva Rja)
- R: radikal, C: ogljik, X: F, Br, Cl, I
- CH3Cl: primarni/klorometan, sekundarni/2-kloropropan, ...
* funkcionalne skupine: nosi funkcijo spojine in od nje so odvisne fizikalne in kemijske lastnosti
- -OH: hidroksilna skupina: R-OH: alkohol **butan-2,3-diol**
- -O-: etrska funkcionalna skupina: R-O-R': etri - simetrični (R=R')/asimetrični (R!=R')
- R-O-C-R', kjer je na C še z dvojno vezjo povezan O: estrska. estri
- R-C-R', kjer je na C še z dvojno povezan O: karbonilna-ketoni. aldehid ima namesto enega R en H
- R-C-O-H, kjer je na C še z dvojno povezan še en O: karboksilna skupina. karboksilne kisline
- aldehidi: CH3CH2CHO **propanal**, C6CHOCHO **cikloheksan-1,2-dikarbaldehid**
- ketoni: **pentan-2,4-dion**
- karboksilna: metanojska kislina HCOOH, etandiojska OOHCCOOH, cikloheksankarboksilna C6COOH
- etri: CH3-O-CH2CH3: etilmetileter oziroma metoksi (krajša veriga ima -oksi) etan
* Funkcionalna skupina ima po številih prednost - torej je na koncu
* Več funkcionalnih skupin na isti spojini. Tisti z najvišjo prioriteto je v končnici.
- od najvišje do najnižje prioritete: karboksilna kislina, aldehid, keton, alkohol, alkilna skupina, halogenid
# tretji test
## ogljikovodiki
* izomerije:
- verižna
- položajna: položaj funkcionalne skupine ali multiple vezi
- funkcionalna
- cis-trans
- optična
* vrelišča in tališča alkanov naraščajo s številom C atomov
* vrelišča in tališča alkanov padajo z razvejanostjo
### radikalska substitucija
* homolitska, heterolitska cepitev, metil kation, metil anion, metil radikal
* ob povišani temperaturi ali UV halogen zamenja H v alkanu, nastane halogenoalkan
* CH4 + Cl2 -> (delta) CH3Cl + HCl
* CH3Cl + Cl2 -> (delta) CH2Cl2 + HCl
### radikalska adicija
* adicija vodika - hidrogeniranje: CH3-CH=CH2 + H2 -> (katalizator Pt/C) CH3-CH2-CH3
### elektrofilna adicija
* adicija halogena - halogeniranje: CH3-CH=CH2 + Br2 -> CH3-CHBr-CHBr-CH2Br
* adicija vodikovega halogenida - hidrohalogeniranje: CH3-CH=CH2 + HCl -> CH3-CHCl-CH2Cl
- markovnikovo pravilo: H atom se veže na C atom, ki ima več H atomov
* adicija vode - hidriranje: CH3-CH=CH2 + H-OH -> (v kislem) CH3-CHOH-CH3 (alkohol)
* na alkine adicije potekajo v dveh stopnjah
- hidriranje: CH3-CH2-C≡CH + H2O -> (HgSO4/H+) CH3-CH2-C(-OH)=CH2 <-> CH3-CH2-C(=O)-CH3
### aromatske spojine
* na benzenu pretežno potekajo substitucije
* 4n+2 delokaliziranih pi elektronov
* forki benzena:
- piridin ima namesto enega Cja N
- pirol je petkoten in ima namesto enega Cja N-H
- furan je petkoten in ima namesto enega Cja O
- tiofen je petkoten in ima namesto enega Cja S
* nomenklatura:
- metilbenzen=toluen etilbenzen=feniletan propilbenzen=1-fenilpropan benzil=-CH2-B fenil=-B
- na benzen vezan halogen/nitro skupina: -F fluorobenzen, -Cl klorobenzen, -NO2 nitrobenzen
- če -CH3 v toluenu zamenjamo: -OH=fenol, -NH2 anilin, -SO3H benzensulfonska kislina, -CHO=benzaldehid, -COOH benzojska kislina, -CN benzonitril
- abecedni vrstni red: 2,3,4-trikloro-1-nitrobenzen
- substituent, ki spremeni ime, je 1: 3,3-diaminobenzaldehid, 3-nitrobenzojska kislina
- orto (poleg), meta (vmes), para (nasproti): meta-nitrotoluen, orto-klorofenol
### elektrofilna substitucija
* značilna za aromatske spojine
- nitriranje - uvedba nitro skupine -NO2: B + HNO3 + H2SO4 -> B-NO2 + H2O
- sulfoniranje - uvedba sulfonske skupine -SO3H: B + H2SO4 -> B-SO3H + H2O
- halogeniranje - uvedba atoma halogena -Cl, -Br, ...: B + Cl2 + FeCl3 -> B-Cl + HCl
- alkiliranje - uvedba alkilne skupine -CH3, -C2H5, ...: B + R-Cl + AlCl3 -> H-Cl
- aciliranje - uvedba acilne skupine -CO-CH3: B + R-CO-Cl + AlCl3 -> R-C(-B)=O + HCl
* na substituirane benzene: od obstoječega substituenta je odvisen položaj novosubstituiranega elem.
- na orto in para usmerjajo: halogeni, alkilne -CH3, amino -NH2, hidroksi in alkoksi skupine
- na meta položaj usmerjajo: nitro skupina -NO2, sulfonska skupina -SO3H, karbonilne skupine -CHO, karboksilne skupine -COOH, estrske -COOCH3, ciano karbonilna skupina -CN
## organski halogenidi
* organske skupine z enim ali več atomov halogenov
### nomenklatura
* dvojna vez prednost, bromo, fluoro
* preproste monohalogenirane spojine: etil klorid=kloroetan, benzil klorid=(klorometil) benzen
* vsi vodikovi atomi so zamenjani z atomi istega halogena: **per**fluoropropan, **per**klorobenzen
* fizikalne lastnosti
- halogenoalkani imajo višja vrelišča kot alkani brez halogenov
- vrelišča naraščajo z molsko maso halogena ob isti dolžini verige
- vrelišča naraščajo s številom ogljikovih atomov
- gostota narašča z molsko maso halogena
- gostota pada s številom C atomov
- gostota narašča s številom halogenov ob isti dolžini verige
### nastanek organskih halogenidov
* z radikalsko substitucijo alkanov, z elektrofilno adicijo alkenov in alkinov, z elektrofilno substitucijo benzena
### nukleofilna substitucija
* -(-)C(-)-X + Nu- -> -(-)C(-)-Nu + X-
* CH3-Br + OH- -> CH3-OH + Br- | bromometan + hidroksidni ion -> metanol + bromidni ion
* CH3-Br + NaOH -> CH3-OH | bromometan + natrijev hidroksid -> metanol
* CH3-(-CH3)C(-CH3)-Br + H-**OH** -> CH3(CH3-)C(-CH3)-**OH** + HBr | 2-bromo-2-metilpropan + voda -> 2-metilpropan-2-ol + vodikov bromid
* CH3-CH2-I + CH3O- -> CH3-CH2-O-CH3 + I- | jodoetan + metoksidni ion -> etil metil eter + jodidni i
* CH3-CH2-CH2-BR + CN- -> CH3-CH2-CH2-CN + Br- | 1-bromopropan + cianidni -> butannitril + bromidni i
* CH3-CH2-CH2-Br + NH3 -> CH3-CH2-CH2-NH2 + HBr | 1-bromopropan + amonijak -> propan-1-amin + vo. br.
+ nastali HBr je kisel in reagira z amonijakom v NH4Br, zato mora biti NH3 v presežku
* shema nukleofilnih substitucij (X in Y sta halogena). R-X -> :
- OH- ali H2O -> R-OH alkohol
- NH2- ali NH3 -> R-NH2 amin
- CN- -> R-CN nitril
- R'O- -> R-O-R' eter
- Y- -> R-Y halogenoalkan
### eliminacija vodikovega halogenida: dehidrohalogeniranje
* eliminacije: izločanje manjše molekule iz organske molekule
* dehidrokloriranje, dehidrobromiranje, ...
* v etanolu, treba segrevati, z neko bazo, tukaj je KOH, izloči se -HX (-HBr), lahko je več produktov
* CH2(-Br)-CH(-H)-CH3 + KOH -> (v etanolu, delta) CH2=CH-CH3 + HCl | 1-bromopropan + KOH -> propen
* CH2(-H)-CH(-Br)-CH(-H)-CH3 + KOH -> (etanol, d) CH2=CH-CH2-CH3 + CH3-CH=CH-CH3 {cis,trans}-but-2-en
* pretvorba halogenoalkana v alkohol z nukleofilno substitucijo ali v alken z eliminacijo
- R-CH2-CH(-X)-R' + KOH(aq) -> R-CH2-CH(-OH)-R'
- R-CH2-CH(-X)-R' + KOH -> (v etanolu, delta) R-CH=CH-R'
## organske kisikove spojine
* seznam
- alkohol -O-H: metanol CH3-O-H
- eter -O-: dimetil eter CH3-O-CH3, etil metil eter CH3CH2-O-CH3 (po abecedi), metoksietan
- aldehid -C(=O)-H: metanal H-C(=O)-H. skupina: kot karbonilna, le da je en radikal H)
- keton -C(=O)-: propanon CH3-C(=O)-CH3
- karboksilna kislina -C(=O)-O-H-: metanojska kislina H-C(=O)-O-H. skupina: -C(=O)-O-H
- ester -C(=O)-O-: etil metanoat H-C(=O)-O-CH2CH3. skupina: -C(=O)-O-. nome.: glej *nastanek*
- amid -C(=O)-NH2: metanamid H-C(=O)-NH2. skupina: kot karbonilna, le da je en R NH2
### funkcionalna izomerija
* alkohol-eter, keton-aldehid, karboksilna kislina-ester
### fizikalne lastnosti
* z naraščanjem števila ogljikovih atomov se topnost alkoholov v vodi manjša-nepolarnost veča
* z večanjem števila hidroksilnih skupin -OH se poveča vrelišče in topnost v vodi
### intramolekulska eliminacija vode iz alkoholov: dehidriranje
* etanola: CH2(-H)-(HO-)CH2 -> (konc. H2SO4, 170 °C) CH2=CH2 (eten) + H20
* CH2(-H)-(CH3-)C(-OH)-CH(-H)-CH3 -> (H2SO4, delta) CH2=C(-CH3)-CH2-CH3 + CH3-C(-CH3)=CH-CH3 + H2O
### intermolekulska eliminacija vode
* nastanek simetričnih etrov z dehidriranjem
- CH3CH2-O-H (etanol) + H-O-CH2CH3 -> (H2SO4, delta) CH3CH2-O-CH2CH3 + H2O
* shema pretvorbe etanola v eten oz. v dietil eter. CH3CH2OH -> (H2SO4, delta) :
- presežek H2SO4, 170 °C -> intramolekulsko dehidriranje CH2=CH2 (eten)
- presežek CH3CH2OH, 140 °C -> intermolekulsko dehidriranje CH3CH2-O-CH2CH3 (dietil eter)
### nastanek nesimetričnih etrov
* v poglavju *nukleofilna substitucija* je ena enačba izdelave etra.
* eter lahko dobimo z reakcijo med alkoksidnim ionom in halogenoalkanom, alkoksidni ion dobimo z reakcijo med alkoholom in natrijem.
* dva koraka: za nastanek etil metil etra iz **metan**ola in bromo**etana**
1. **CH3O**H + Na -> CH3O-Na+ + 1/2 H2 | metanol + natrij -> natrijev metoksid + vodik
2. **CH3CH2**-Br + CH3O-Na+ -> CH3CH2-O-CH3 + NaBr | bromoetan + natrijev metoksid -> e.m.e.
- lahko pa tudi obrnemo in uporabljamo **etan**ol in bromo**metan**
### oksidacija
* shema pretvorb alkoholov:
- alkohol ---(eliminacija vode)---> eter ali alken
- alken ---(adicija vode)---> alkohol
- alkohol ---(oksidacija)---> aldehid (s primarnim alkoholom) ali keton (s sekund. alkoholom)
- aldehid ---(oksidacija)---> karboksilna kislina
- karboksilna kislina ---(+alkohol)---> ester
* oksidacija etanola: CH3-CH2-OH -> (rea.) CH3-C(=O)-H (etanal) -> (rea.) CH3-C(=O)-OH etanojska kis
- rea.: reagent je kalijev dikromat(VI) K2Cr2O7/H+, etanal je aldehid, etanojska kis je karb.
* oksidacija propan-2-ola (sekundarnega alkohola): CH3-CH(-OH)-CH3 -> (rea.) CH3-C(=O)-CH3 (propanon)
- rea.: reagent je enak. propanon (nekateri mu pravijo tudi aceton) je keton.
* razlikovanje aldehidov in ketonov: fehlingov in tollensov reagent.
- aldehide lahko oksidirata v karboksilne kisline, s ketoni pa ne reagirata
* oksidacija propena v propan-1,2-diol: alkeni ob hladni bazi KMnO4 oksidirajo do diolov.
- na C atoma ob = se vežeta dve -OH: CH3-CH=CH2 -> (KMnO4/OH-) CH3-CH(-OH)-(HO-)CH2
* jodoformska reakcija ?
* oksidacija etilbenzena: B-CH2CH3 -> (KMnO4, delta) B-COOH
### redukcija
* redukcija butanala: CH3-CH2-CH2-C(=O)-H -> (H2/Ni) CH3-CH2-CH2-CH2-OH
* redukcija butanona: CH3-Ch2-C(=O)-CH3 -> (H2/Ni) CH3-CH2-CH(-OH)-CH3
* hkrati se adira vodik: primer: cikloheks-2-enon -> (H2/Ni) cikloheksanol (dvojna vez tudi odpade)
* redukcija propanona (keton) v propan-2-ol: CH3-C(=O)-CH3 -> (LiAlH4) CH3-CH(-OH)-CH3
* redukcija propanojske kisline (karboks.) v propan-1-ol: CH3-CH2-C(=O)-OH -> (LiAlH4) CH3-CH2-CH2-OH
* redukcija metil propanoata (estra) v propan-1-ol in metanol:
- CH3-CH2-C(=O)-O-CH3 -> (LiAlH4) CH3-CH2-CH2-OH + HO-CH3;
* redukcija propanamida v propanamin: CH3-CH2-C(=O)-NH2 -> (LiAlH4) CH3-CH2-CH2-NH2
* z uporabo LiAlH4 redukcije karboksilne kisline ne moremo ustaviti na stopnji aldehida, vselej poteče do stopnje alkohola. pomni: DIBALH.
### nukleofilna adicija
* značilne za spojine s karbonilno skupino, torej za aldehide in ketone. Nu- napade C *od zadaj*.
* adicija vodikovega cianida na propanon v 2-hidroksi-2-metilpropannitril:
- CH3-C(=O)-CH3 + HCN -> CH3-(HO-)C(-CN)-CH3
* adicija HCN na etanal in sledeča kislinsko katalizirana hidroliza v 2-hidroksipropanojsko kislino
- CH3-C(=O)-H + HCN -> CH3-(HO=)CH-C≡N -> (H2O/H+ kislinsko katali. hidrol.) CH3-(HO=)CH-COOH
* katalizirana adicija vodika na 2-hidroksipropannitril v 1-aminopropan-2-ol
- CH3-(HO-)CH-C≡N -> (H2/Pt) CH3-(HO-)CH-CH2-NH2
* adicija natrijevega hidrogensulfata(IV): CH3-CH2-C(=O)-H + NaHSO3 -> CH3CH2-(HO-)C(-SO3Na)-H
### nastanek estrov
* R-C(=O)-O-H (karboksilna kisl.) + H-O-R' (alkohol) <-(H2SO4)-> R-C(=O)-O-R' (ester) + H2O (O iz kk)
* CH3-C(=O)-O-H (etanojska kisl.) + H-O-CH3 metanol <-(H2SO4)-> CH3-C(=O)-O-CH3 (metil etanoat) + H2O
* -il dobi po alkoholu - metil iz metanola, -oat dobi po karb. kislini - etanoat po etanojski kislini
