2017.04.04. KÉMIAI ALAPFOGALMAK.

Az előadások a következő témára: "2017.04.04. KÉMIAI ALAPFOGALMAK."— Előadás másolata:

1 KÉMIAI ALAPFOGALMAK

2 Követelményrendszer sikeres zárthelyi dolgozat, Az aláírás feltétele:
A két zárthelyi dolgozat eredményének átlaga legalább 50% legyen. 90% elérése esetén, megajánlott jeles. Pótolni egy-egy alkalommal lehet. (Hiányzásról orvosi igazolást kell hozni.) Zárthelyi időpontok: 2011. október december 8. Vizsgára bocsátás feltétele: sikeres zárthelyi dolgozat, beugró

3 Anyagok tulajdonságai
Fizikai tulajdonság: meghatározása a kémiai összetétel megváltoztatása nélkül elvégezhető. Ezek a tulajdonságok érzékszerveinkkel észlelhetők. Fizikai tulajdonságok: szín, szag, halmazállapot, olvadáspont, forráspont, vezetőképesség, mágneses tulajdonság, megmunkálhatóság. Kémiai tulajdonság: csak kémiai reakciók során figyelhetők meg, miközben az anyagok kémiai összetétele megváltozik. Kémiai tulajdonságok: reakciókészség, oxidáló tulajdonság

4 Anyagok csoportosítása
1. Tiszta anyagok: összetételük és tulajdonságaik állandóak. Elemek az azonos rendszámú anyagok halmaza. Vegyületekben az atomokat, ionokat kémiai kötés kapcsolja össze, s tulajdonságaik emiatt az alkotó atomok, ionok tulajdonságaiktól jelentősen eltérnek. A vegyületekben az őket alkotó atomok, ionok aránya mindig állandó. 2. Keverékek: Összetételük változó, a komponensek fizikai eljárásokkal (pl. szűrés, oldás, bepárlás, desztillálás) elválaszthatók. Homogén keverékek: komponensei nem megkülönböztethetők. Heterogén keverékek: alkotórészei jól megkülönböztethetők.

5 Anyagok csoportosítása
Tiszta anyagok Keverékek Elemek Vegyületek Homogén Heterogén Oxigén (O2) víz (H2O) oldatok vaspor - kénpor Hélium (He) vas(III)-oxid (Fe2O3) levegő bauxit Vas (Fe) cukor (C6H12O6) tengervíz Kén (S8) ecetsav (CH3COOH)

6 Vegyjel Vegyjel: az elem tudományos nevének rövidítése
egy, két vagy három betűből áll 103-nál kisebb rendszámú elemek magyar nevét használjuk 103-nál nagyobb rendszámú elemek nevét az IUPAC szabályozza. 0 = nil (n) 1 = un (u) 2 = bi (b) 3 = tri (t) 4 = kvad (k) 5 = pent(p) 6 = hexl (h) 7 = sept (s) 8 = okt (o) 9 = enn (e) 111-es rendszámú elem vegyjele: Uuu neve Unununium 108-as rendszámú elem vegyjele: Uno neve: Unniloctium

7 A vegyjelhez illesztett négy indexszel jelöljük a nuklid tömegszámát, rendszámát, az atomok számát és az iontöltését. Rendszám: bal alsó index Tömegszám: bal felső index Atomok száma: jobb alsó index Iontöltés jobb felső index kétszeresen negatív töltésű 16-os rendszámú 32-es tömegszámú szulfidion S nyolc kénatomot tartalmazó kén molekula.

8 Tapasztalati képlet: a vegyületet alkotó atomok aránya.
A vegyületek összetételét, az őket alkotó atomok százalékos arányával adhatjuk meg. Molekulaképlet: a molekulát alkotó atomok vegyjelét tüntetjük fel, s alsó indexben jelöljük a molekulában lévő atomok számát. (pl. NH3 egy nitrogén és 3 hidrogén atomból álló molekula). A képletben a vegyjelek sorrendje a relatív elektronegativitáson alapul, az elektropozitívabb előre kerül, az elektronegatívabb hátra. Szerkezeti képlet: Az atomok térbeli elrendeződését és a molekulabeli kapcsolódását tünteti fel. (kötő- és nemkötő elektronpárok feltüntetésével)

9 SiCl4 szilicium-tetraklorid Fe3O4 trivas-tetraoxid
A vegyületek elnevezésekor a leggyakrabban használt formája a következő: Az elektropozitív vegyjel az elektronegatív előtt helyezkedik el Az elektronegatív elnevezésekor az elem neve –id végződést kap. Ha egy-egy elemből több van, a vegyületben a megfelelő számnevet illesztünk az elem neve elé (mono-, di-, tri-, tetra-) Az elsőtagban a mono számnevet elhagyjuk Az elektropozitív illetve negatív nevet kötőjellel kapcsoljuk össze. CO2 szén-dioxid SiCl4 szilicium-tetraklorid Fe3O4 trivas-tetraoxid

10 Fe3O4 vas(II)-vas(III)-oxid FeSO4 vas(II)-szulfát
Oxidációsszám jelölése: az elem neve után kerek zárójelbe tett római számmal Az oxidációsszám lehet, pozitív, negatív és zérus is. A pozitív előjelet elhagyjuk. Az oxidációs állapot alkalmazásánál a számnévi előtagot elhagyjuk. N2O nitrogén(I)-oxid NO2 nitrogén(IV)-oxid Fe3O4 vas(II)-vas(III)-oxid FeSO4 vas(II)-szulfát Hg2Cl2 higany(I)-klorid HgCl2 higany(II)-klorid

11

12 Reakcióegyenletek Reakcióegyenletek: A kémiai reakciókat a képletek segítségével tudjuk ábrázolni. A reakcióegyenletek mindig tartalmazzák: a kiindulási anyagok (reaktánsok) képletét és mennyiségét az egyenlet bal oldalán, a keletkezett anyagok (reakciótermékek) képleteit és mennyiségét pedig az egyenlet jobb oldalán kiindulási anyagokban (reaktánsok) és a reakciótermékekben az atomok számának meg kell egyeznie.

13 folyékony (l) halmazállapot szilárd (s) halmazállapot
Sztöchiometiai együtthatóval a reakcióegyenletben a reagáló anyagok arányát a képlet elé írt számmal jelöljük. A reagáló anyagok halmazállapotát a képlet után írt zárójelben tüntetjük fel. gáz (g) halmazállapot folyékony (l) halmazállapot szilárd (s) halmazállapot (aq) hidratált állapot Ionegyenletek esetében az egyenlet jobb és baloldalán a töltésszámoknak meg kell egyezniük.

14 Reakciótípusok 4Al + 3O2 = 2Al2O3
Egyesülés: ha két vagy több reagáló anyagból egyetlen termék keletkezik. (A + B = AB) 4Al + 3O2 = 2Al2O3 Addíció: Az egyesülés egy speciális fajtája, mikor telítetlen kötést tartalmazó molekula -kötése felbomlik, és két újabb -kötést alakít ki.

15 Polimerizáció: Ha azonos, többszörös kovalens kötést tartalmazó molekulák (monomerek) hoznak létre óriás molekulát.

16 Elektrolitikus disszociáció NaCl(s)  Na+(aq) + Cl-(aq)
Bomlás: a reagáló anyag két vagy több molekulára, atomra, ionra disszociál. AB(C) = A + B + (C) Elektrolitikus disszociáció NaCl(s)  Na+(aq) + Cl-(aq) Termikus disszociáció (A -t akkor használjuk, ha a reakcióban hőre van szükségünk) 2HgO(s)  2Hg(l) + O2(g) CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g)

17 Mg(s) + 2HCl(aq) = MgCl2 (s) + H2(g) 2Na(s) + 2H2O(l) = 2NaOH + H2(g)
Helyettesítés (szubsztitúció): olyan reakció, amikor a hasonló jellemű alkotórészek helyettesítik a vegyületben. (AB + C = AC + B) Mg(s) + 2HCl(aq) = MgCl2 (s) + H2(g) 2Na(s) + 2H2O(l) = 2NaOH + H2(g)

18 NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2
4. Cserebomlás: a reagáló vegyületek hasonló jellemű alkotórészei kicserélődnek. csapadékképződés (oldat+oldat = csapadék+ oldat) AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3 közömbösítés (sav + bázis = só + víz) 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O gázképződésseljáró (karbonát + sav = só + víz + szén-dioxid) NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2

19 Anyagot felépítő építőelemek (részecskék)
Atom Az atom az anyag legkisebb, kémiai módszerrel tovább nem bontható része. Elektromosan semleges töltésű részecske. (A protonok és elektronok száma megegyezik.) Molekula A molekulák olyan semleges töltésű részecskék, amelyekben a meghatározott számú atomokat kovalens kötés kapcsolja össze. Ion Az ionok elektromos töltéssel rendelkező részecskék. Kationok: a pozitív töltésű ionok Anionok: a negatív töltésű ionok.

20 Atommodellek 1. Demokritosz (ie. 400.)
Minden anyag atomokból épül fel. Az atomok között üres helyek találhatók. Az atomok olyan kis méretűek, hogy szabad szemmel nem láthatók. Az atomok oszthatatlanok. (a-tomosz = oszthatatlan) Az egyes atomok atomjai minőségileg azonosak, de alakjuk, méretük különböző. Az atomok összenyomhatatlanok. Az atom határozza meg az anyag tulajdonságát. A világon minden jelenséget az atomok összeütközése és szétválása okoz.

21 2. Dalton (1808) Minden anyag kis építőkövekből áll, s ezeket atomoknak nevezzük. Az elemek olyan anyagok, amelyek csak egyfajta atomot tartalmaznak. (Jelenleg 118-at ismerünk.) A különböző elemek különböző atomokat tartalmaznak. A vegyületek olyan összetett anyagok, amelyekben az alkotó atomok kémiai kötéssel kapcsolódnak össze. Az atomok aránya mindig állandó. A kémiai reakció egy olyan változás, amelynek során új összetételű elemek vagy vegyületek keletkeznek.

22 3. Thomson (1900) az elektron az atom alkotórésze
Az atomot pozitív töltéssel rendelkező golyót, amelyben az elektronok lazán beágyazva helyezkednek el (mint a mazsola a kalácsban). Elképzelése szerint a különböző atomoknak eltérő számú elektronja van. S ezek szabályszerű minta alapján helyezkednek el.

23 4. Rutherford (1911) Az atom szerinte úgy épül fel, mint egy "mini" naprendszer. A pontszerű, m sugarú atommag körül keringenek az elektronok. A gravitációs erő helyett azonban a töltések közti elektromos vonzóerő az, ami az atomot összetartja. Ez a modell azonban elektrodinamikai okokból nem lehet stabil. A keringő elektronok állandóan sugározva és energiát veszítve a magba zuhannának. az anyagi részecskék nem töltik ki egyenletesen az atomok által elfoglalt teret. nagy tömegű, kis térfogatú és pozitív töltésű az atommag.

24 5. Bohr (1913) Az elektron az atommag körül csak meghatározott sugarú körpályán keringhet. Az adott pályán lévő elektronok energiája meghatározott, s ezeken a pályákon az elektron, sugárzás nélkül kering. Az egyik atom pályáról a másikra történő átmenetnél, az elektron által kisugárzott, vagy elnyelt energia a két pálya közötti energia különbséggel egyenlő.

25 6. Sommerfeld (1920) A körpályák mellett az ellipszis alakú pályák
A periódusos rendszer magasabb rendszámú elemeinek leírására is alkalmas. Az elektron állapotát modelljében már három kvantumszám jellemezte. Ezek a pályák az adott térrészben különböző irányokban helyezkedhetnek el.

26 7. Heisenberg, Schrödinger (1926)
Kvantummechanikai atommodell Olyan matematikai módszer, amely a részecskék mozgásának a valószínűségét vizsgálja.

27 Az atom felépítése Elemi részecskék az atomot felépítő elemek.
Az atom egy atommagból (nukleus) és őt körülvevő elektron felhőből áll. Nukleonok: protonok (p+) és neutronok (no)

28 Elemi részecske Tömeg(kg) Töltés(C) Tömeg(ate) Töltés(e)
elektron 9,109* ,60219* , proton 1,672* ,60219* , neutron 1,674* ,

29 Radioaktivitás felfedezése
Henri Becquerel Marie Curie Pierre Curie

30 Radioaktivitásnak: az a jelenség,
amely spontán sugárzással jár. Az -sugárzás pozitív töltésű részecskékből (He2+) áll. nagy energiájú, rövid hatótávolságú, kis sebességű és kis áthatoló képességű sugárzás. (Egy 0,05 mm vastag alumínium lemez már elnyeli.) tömege gyakorlatilag megegyezik a hélium atom tömegével kétszeres pozitív töltéssel rendelkezik

31 Bétasugárzás: negatív töltésű részecskékből álló sugárzás.
A bétasugárzást igen nagy sebességgel mozgó elektronok alkotják. Sebességük majdnem tízszeres az alfasugárzásnál. Áthatoló képességük is nagyobb. (5 mm vastag alumínium lemez sem nyeli el teljesen.)

32 A gammasugárzás az elektromos és mágneses erőtérben sem térül el, tehát elektromos töltéssel nem rendelkezik. nagy energiájú nagy sebességű nagy áthatoló képességű elektromágneses sugárzás Terjedési sebessége megegyezik a fény sebességével ( km/s). A gammasugárzás önmagában nem lép fel, mindig a béta vagy alfasugárzás kísérője.

33 Az atommag felfedezése
Rutherford aranyfóliás kísérlete Határozottan ez volt a leghihetetlenebb eredmény, amellyel életemben találkoztam. Majdnem olyan hihetetlen volt, mintha valaki egy 15 hüvelykes gránáttal egy selyempapír-darabkára tüzelne, és az visszatérve őt magát találná el.

34 Elemi részecskék felfedezése
Katódsugárcső kísérlet Az elektron felfedezése

35 Az elektron töltésének meghatározása
Millikan olajcsepp kísérlete (1909)

36 Rendszám Az atomokban található protonok száma. (jele: Z), ami kijelöli az atom helyét a periódusos rendszerben. Tömegszám Az atom nukleonjainak száma (jele: A). Protonok és neutronok számának összege. tömegszám(A) = rendszám(Z) + neutronszám(N)

37 Izotópok Izotópok Az azonos rendszámú, de eltérő neutronszámú (tömegszámú) atomok. Azonos kémiai tulajdonság Eltérő fizikai tulajdonság. ( Az izotópok elválasztása olyan fizikai módszereken (diffúzió sebesség, olvadáspont, forráspont) alapul.) A hidrogén izotópjai: 1H prócium 2H (2D) deutérium 3H (3T) trícium

38 Sztöchiometriai alapfogalmak
Relatív atomtömege (jele:Ar): 1 moljának természetes izotópokból álló tömege hányszorosa 1 mol 12C-izotóp tömegének 1/12-ed részének. Moláris tömeg (jele:M): 1 mol részecske tömege. Dimenziója: g/mol Avogadro állandó (jele:NA) 6.022*1023 db/mol Az anyagmennyiség (jele:n) [mol]