Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Fizika BSc. Kémia Tarczay György. Felkészülés, számonkérés Segédanyagok: –Előadás diái (Ez csak ábraanyag, ezért saját órai jegyzettel kiegészítve!!!):

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Fizika BSc. Kémia Tarczay György. Felkészülés, számonkérés Segédanyagok: –Előadás diái (Ez csak ábraanyag, ezért saját órai jegyzettel kiegészítve!!!):"— Előadás másolata:

1 Fizika BSc. Kémia Tarczay György

2 Felkészülés, számonkérés Segédanyagok: –Előadás diái (Ez csak ábraanyag, ezért saját órai jegyzettel kiegészítve!!!): –Középiskolai kémia könyvek (Villányi Attila: Kémia, Összefoglaló középiskolásoknak, 7. kiadás, Műszaki Kiadó, Budapest, 2010) –Náray-Szabó Gábor: Kémia, Akadémiai Kiadó, 2006 Vizsga: írásbeli –Minimálkövetelmények és minta zh-k: Konzultáció: –igény szerint Elérhetőség –Kémia épület 542-es szoba és as labor

3 A tárgy tematikája A kémiai tudomány születése. Elemek keletkezése és eloszlása a világegyetemben és a földkéregben. Kémiai alapfogalmak. Vegyjel, képlet, anyagmennyiség, atom- és molekulatömeg. Tömegspektrometria. Kémiai kötés típusai. Izoméria. Konstitúció, konformáció, konfiguráció fogalma. Molekulák térszerkezete. VSEPR-elmélet. Szerkezetkutató módszerek. Spektroszkópia alapjai és diffrakciós módszerek. Kondenzált fázisú anyagok szerkezete. Kolloid rendszerek. Kémiai folyamatok energetikája, termokémia: reakciók entalpiája és képződési entalpia. Kémiai reakciók sebessége: elemi reakciók, reakciórend, kísérleti módszerek és elméleti leírások. Reakciótípusok: sav-bázis és redoxireakciók. Redoxireakciók térbeli szétválasztása: elektrokémia. Elemek és szervetlen vegyületek. Fémkomplexek és fémorganikus vegyületek. Szénvegyületek alapvető csoportjai, bioorganikus molekulák.

4 Ókori görög anyagelmélet Arisztotelész (i.e. 384–322) folytonos anyagelmélet Démokritosz (i.e. ~460–371) atomelmélet

5 Középkori anyagtudomány folytonos anyagelmélet ALKÍMIA Cillei Borbála (1392 – 1451) metallurgia, jatrokémia Theophrastus Bombastus von Hohenheim (Paracelsus) (1493–1541): minden anyag három elemből épül fel: Például ami a fában "... ég, az a Kén, ami füstöl, az a Higany, ami hamuvá lesz, az a Só". szélhámosság vagy tudomány???

6 A modern anyagelmélet felé Georg Ernst Stahl (1659 – 1734) Robert Boyle (1627 – 1691) 1661: „A szkeptikus kémikus” „alkímikus” szemlélet kritikája kísérletek: elrontott égési kísérlet → flogiszton-elmélet Johann Joachim Becher (1635 – 1682)

7 A modern anyagelmélet születése Antoin Laurent Lavoisier (1743 – 1794) Cavendish, Scheele, Priestley munkái alapján a flogisztonelmélet cáfolata: kémiai égés: oxigénnel való egyesülés ELEMEK és VEGYÜLETEK Anyag-, tömegmegmaradás törvénye Mihail Vasziljevics Lomonoszov (1711 – 1765) Boyle korábbi hibás égési kísérletének megismétlése → flogisztonelmélet cáfolata

8 A modern anyagelmélet születése Állandó súlyviszonyok törvényeTöbbszörös súlyviszonyok törvénye Joseph Louis Proust (1754 – 1826) John Dalton (1766 – 1844)

9 A modern anyagelmélet születése DALTON: 1)Az anyagok atomokból épülnek fel. 2)Elemek azonos atomokból épülnek fel. A különböző atomoknak eltérő tulajdonságaik (pl. tömeg!) vannak. 3)Különböző atomok kémiai reakciójában vegyületek keletkeznek. 4)A vegyületek pontos formulákkal leírhatók: egészszámok törvénye.

10 A vegyjelek Jons Jacob Berzelius (1779 – 1848) DALTON: Berzelius jelei szörnyűségesek; a vegytan ifjú hallgatói a hébert sem tanulnák meg nehezebben, mint ezeket. Mintha az atomok káoszát látnánk, [amely csak arra szolgál,]... hogy összezavarja a tudóst, elbátortalanítsa a tanulót és elhomályosítsa az atomelmélet szépségét. BERZELIUS: A kémiai jeleknek betűknek kell lenniük, mert ezeket könnyebb leírni, és nem formátlanítják el a nyomtatott könyveket. … Ezért én kémiai jelnek minden elem latin nevének kezdőbetűjét fogom használni.

11 A modern anyagelmélet születése Joseph Louis Gay-Lussac (1778 – 1850) Amedeo Carlo Avogadro (1776  1856) azonos nyomású és hőmérsékletű gázok egységnyi térfogata azonos számú részecskét tartalmaz ATOM és MOLEKULA fogalma (H 2, O 2, H 2 O!) többszörös súlyviszonyok törvényének alátámasztása gázokra

12 Mengyelejev-féle periódusos rendszer Dimitri Mendeleev (1834 – 1907)

13 Modern atomelméletek Joseph John Thomson (1856 – 1940) Ernest Rutherford (1871 – 1937) 1897: az elektron felfedezése 1906: fizikai Nobel-díj  - és  -sugárzás atommag 1908: kémiai Nobel-díj Niels Bohr (1885 – 1962) kvantumelméleten alapuló atomszerkezet 1922: fizikai Nobel-díj

14 A kémiai elemek keletkezése: nukleoszintézis Sir Arthur Stanley Eddington (1882 – 1944) 1920: Felveti, hogy a csillagok energiájukat hidrogén és hélium fúziójából nyerik. Francis William Aston (1877 – 1945) 1922: kémiai Nobel-díj 1919: 212 IZOTÓP pontos tömegének mérése tömegspektrográffal, egész-szám szabály 1927: „tömeghiány”

15 Atomok és molekulák tömegének mérése alapfogalmak: RENDSZÁM TÖMEGSZÁM ATOMTÖMEG RELATÍV ATOMTÖMEG mágneses tér (B) töltött részecskék elektronforrás legnehezebb könnyebb minta gyorsítás (U) elektromos térrel becsapódó elektronok ionizálnak minta elpárologtatása szeparáció jelölés: Newton: F=ma Lorentz: F=qv×B q=ze e: egységtöltés z: töltésszám a=(z/m)ev×B TÖMEGSPEKTROMETRIA MÓL (1 mol = 6,022∙10 23 db) (ÁTLAGOS) MOLÁRIS TÖMEG

16 A tömegspektrum relatív intenzitás Ma is az egyik legfontosabb szerkezetkutató módszer

17 A kémiai elemek keletkezése: nukleoszintézis Robert d'Escourt Atkinson 1898 – 1982 Friedrich Georg Houtermans 1903 – : Első elmélet elemek nukleoszintézisére proton és hélium illetve proton és nehezebb magok fúziójával csillagokban

18 A kémiai elemek keletkezése: nukleoszintézis Hans Albrecht Bethe 1905  2005 Nobel-díj: 1967 Ralph Alpher 1921  2007 Georgiy Antonovich Gamov 1904  1968 „  cikk”: Alpher, R. A., H. Bethe, G. Gamow, “The Origin of Chemical Elements,” Physical Review, 73 (1948), 803. Ősrobbanás, táguló világegyetem, de még hibás nukleoszintézis elmélet 1957: Burbidge, Burbidge, Fowler és Hoyle: nukleoszintézis helyes, átfogó elmélete

19

20 Csillagok evolúciója: Hertzsprung  Russel diagram

21 Csillagok fejlődése

22 A kémiai elemek keletkezése: nukleoszintézis – magreakciók típusai Exoterm reakciók: –Hidrogénégés proton-proton láncreakció CNO ciklus –He-égés –C(O,Ne)-égés –  -folyamat –e-folyamat Neutronbefogásos reakciók: –s-folyamat (slow, lassú neutronbefogás) –r-folyamat (rapid, gyors neutronbefogás) Egyéb reakciók: –p-folyamat (protonbefogás) –x-folyamat (kozmikus sugárzás-befogás)

23 A kémiai elemek keletkezése: nukleoszintézis – H-égés 1 H + 1 H → 2 H + e + + e + 0,42 MeV e + + e − → 2  + 1,02 MeV 2 H + 1 H → 3 He +  + 5,49 MeV 1.ág 3 He + 3 He → 4 He + 1 H + 1 H + 12,86 MeV 2. ág 3 He + 4 He → 7 Be +  7 Be + e − → 7 Li + e 7 Li + 1 H → 4 He + 4 He 3. ág 3 He + 4 He → 7 Be +  7 Be + 1 H → 8 B +  8 B → 8 Be + e + + e 8 Be ↔ 4 He + 4 He 4. ág 3 He + 1 H → 4 He + e + e + Naptömegű és könnyebb fősorozatbeli csillagokban domináns (Napban ~ 90%), kb. 1 ×10 7 K és 1,6 ×10 7 K között Első lépés a leglassabb (sebesség- meghatározó): ~10 10 év felezési idő, míg a második lépés felezési ideje mindössze 0,6 s Bruttó egyenlet (az 1. ágra): 4 1 H → 4 He + 2e e + 26,72 MeV A Napban 1 s alatt 600 × 10 9 kg 1 H konvertálódik át, ebből 0,7% tömeg→energia konverzió A  sugárzás kb év alatt jut ki a felszínre, eközben különféle kölcsönhatások következtében csökken az energiája (nő a hullámhossza) proton – proton láncreakció

24 A kémiai elemek keletkezése: nukleoszintézis – H-égés Főág 12 C + 1 H → 13 N +  +1,95 MeV 13 N → 13 C + e + + e +1,37 MeV 13 C + 1 H → 14 N +  +7,54 MeV 14 N + 1 H → 15 O +  +7,35 MeV 15 O → 15 N + e + + e +1,86 MeV 15 N + 1 H → 12 C + 4 He +4,96 MeV Mellékág (0,04 %) 15 N + 1 H → 16 O +  16 O + 1 H → 17 F +  17 F→ 17 O + e + + e 17 O + 1 H → 14 N + 4 He Nehéz, fősorozatbeli csillagokban domináns, 1,6 ×10 7 K fölött 4 He és  részecskék keletkezése (+ neutrino és pozitron) C, N és O katalizátor: visszatermelődnek 10 % H elégése után összehúzódás: hőmérséklet 2 ×10 8 K -re ugrik CNO ciklus

25 A kémiai elemek keletkezése: nukleoszintézis – He-,C-égés 4 He + 4 He ↔ 8 Be 8 Be + 4 He → 12 C +  + 7,367 MeV Nettó reakció: 3 4 He → 12 C +  + 7,275 MeV További reakciók: 12 C + 4 He → 16 O +  + 7,148 MeV 16 O + 4 He → 20 Ne +  + 4,75 MeV 20 Ne + 4 He → 24 Mg +  + 9,31 MeV 24 Mg + 4 He → 28 Si +  Vörös óriásokban, 1 ×10 8 K és 5 ×10 8 K közötti hőmérsékleten 16 O keletkezéséig nagy valószínűséggel, utána kevésbé 8 Be és 2 4 He között kicsi az energiakülönbség → egyensúly He-égés (Hármas  -folyamat) 12 C + 12 C → 24 Mg +  → + 13,85 MeV → 23 Mg + n → 23 Na + 1 H + 2,23 MeV → 20 Ne + 4 He + 4,62 MeV → 16 O He Csak nagyon nagy tömegű csillagokban, 5 ×10 8 K feletti hőmérsékleten C-égés

26 A kémiai elemek keletkezése: nukleoszintézis –  - és e-folyamat 20 Ne +  → 16 O + 4 He  4,75 MeV 20 Ne + 4 He → 24 Mg +  +9,31 MeV Nettó: 2 20 Ne + 4 He → 16 O + 24 Mg +  +4,56 MeV Hasonlóan: 28 Si, 32 S, 36 Ar, 40 Ca Fehér törpékben, 10 9 K hőmérsékleten  -folyamat Fősorozatbeli, nagy (1,4  3,5) naptömegű csillagok robbanásakor (szupernóva robbanás) 3 × 10 9 K körül elemi részecskék lehetséges kapcsolódásának statisztikus „egyensúlya” Ti – Cu elemek, különösen a legstabilabb 56 Fe, szintézise e-folyamat („egyensúlyi” folyamat)

27 A kémiai elemek keletkezése: nukleoszintézis – s- és r-folyamat Neutronok forrása a (Napnál nagyobb) csillagban végbemenő folyamatok  -bomlásnál (elektron kibocsátás) leggyakrabban lassabb, ezért  -bomló izotópoknál nem jut tovább: 209 Bi + n → 210 Bi +  210 Bi → 210 Po +   210 Po → 206 Pb + α A=63  209 (pl. 89 Y, 90 Zr, 109 Ba, 140 Ce, 208 Pb, 209 Bi) és az  -folyamatban nem keletkező A=23  46 izotópok szintézisének fő útja s-folyamat Neutronok forrása szupernóva robbanások, T~10 9 K  -bomló izotópoknál tovább juthat Neutronban gazdag izotópok szintézise pl. 36 S, 46 Ca, 48 Ca, illetve nehéz, instabil izotópok, pl. 232 Th Az utóbbiak relatív mennyisége lehetőséget ad a Naprendszer korának becslésére r-folyamat

28 A kémiai elemek keletkezése: nukleoszintézis – p- és x-folyamat Szupernóva robbanáskor keletkező nagy kinetikus energiájú protonok befogása Ritka, protonban gazdag magok szintézise, pl. 74 Se, 196 Hg p-folyamat Kozmikus részecskék becsapódása atommagokba → atommagok szétesése Könnyű, stabil, ritka magok 6 Li, 7 Li, 9 Be, 10 B, 11 B szintézise x-folyamat Cygnus Loop szupernova

29 Az anyag körforgása a galaxisban sűrűsödések forgó korongok csillagok, naprenszerek szupernóva robbanások diffúz felhőkcsillag körüli burok molekulafelhők szuper- óriások elemek szintézise a Fe-ig nehéz elemek molekulák

30 A kémiai elemek stabilitása A (tömegszám) Energia/nukleon /10 11 J

31 A kémiai elemek stabilitása

32 Elemek gyakorisága az Univerzumban

33 Az asztrofizikusok (asztrokémikusok) periódusos rendszere H He CN O Ne Mg Si S Ar Fe

34

35

36 A Föld szerkezete Sziderofil elemek: Vas-csoport, platina-csoport, Au, Ge, Sn (Pb), C, P, Mo, Re vasmagban. Kalkofil elemek: Szulfidképzők (kén, arzén, réz- és cinkcsoport) a kalkoszférában halmozódnak fel. Litofil elemek: oxidvegyület- képzők (alkálifémek, az alkáli földfémek, az alumínium, szilícium) szilikátkéregben Biofil elemek (H, C, O, N, P) a biomasszában. Atmofil elemek a légkörben: O, N, He, Ne, Ar, Kr, Xe, H, C

37

38

39

40

41

42 Átlagos moláris atomtömegek pontossága

43 „Szén-14-es kormeghatározás” A módszer kidolgozása: 1949, Willard Frank Libby (1908 –1980), kémiai Nobel-díj: 1960

44

45 Molekulák keletkezése csillagközi felhőkben Sűrű Diffúz

46 Molekulák keletkezése (sűrű) csillagközi felhőkben

47 Csillagközi térben észlelt molekulák (2007 november)

48 Bolygók atmoszférájának kémiai összetétele

49 Kémiai evolúció (?) Miller-Urey kísérlet (1953, University of Chicago)


Letölteni ppt "Fizika BSc. Kémia Tarczay György. Felkészülés, számonkérés Segédanyagok: –Előadás diái (Ez csak ábraanyag, ezért saját órai jegyzettel kiegészítve!!!):"

Hasonló előadás


Google Hirdetések