SZILÁRD ANYAGOK OLDATOK 2005. 09. 28. SZILÁRD ANYAGOK OLDATOK

Szilárd anyagok Szerkezeti rendezettség alapján Kristályos anyagok Az alkotórészecskék szabályos periodikusan ismétlődő térbeli elrendeződésűek. Elemi cella: legkisebb térbeli egység, melyből a kristályrács felépíthető. Emiatt éles az olvadáspont. Keménységük, a kristály alakja a rácsszerkezettől függ.

Amorf anyagok Szabálytalan térbeli elrendeződésűek. Emiatt nincs éles olvadáspont (melegítéskor fokozatosan meglágyulnak). Gumiszerű anyagok (megszilárdult folyadékok). Folyadék kristályok átmenet a kristályos anyagok (anizotróp) és a folyadékok (folynak) között két dimenziós szerkezet

Kristályrácsok típusai kristályrács Rácspontokban levő részecskék kötőerő Fizikai tulajdonságok példa Ionrács Ellentétes töltésű ionok ionkötés Szilárd halmazállapot NaCl, KF Magas op. Fp MgCl2, Na2S Poláris oldószerekben jól oldódik Elektromos áramot és hőt nem vezeti, de!!! oldataik és olvadékaik igen Nem megmunkálhatók Atomrács atomok Irányított kovalens kötés Szilárd halmazállapot, Gyémánt, Nagyon kemény kvarc Op, fp. Magas (SiO2) Elektromos áramot és hőt nem vezeti bór Természetben előforduló oldószere nincs Fémrács Pozitív töltésű fémionok Fémes kötés Szilárd halmazállapot (kiv. A Hg) Vas Delokalizált elektronok Magas op. Fp nátrium Elektromos áramot és hőt jól vezetik Egymásban és magnézium cseppfolyós ammóniába oldódnak króm Jól megmunkálhatók alumínium Molekularács molekulák Másodrendű kötések Alacsony op., fp nemesgázok Könnyen szublimálnak H2, S8 Elektromos áramot és hőt nem vezeti, SO2, H2S de!!! a poláris vegyületek oldatai igen naftalin

Elemi cellák Szabályos, lapon centrált kockarács Az elemi cella csúcsai és lapjainak közepén is van részecske. Egy-egy részecske azonos távolságban 12 másik részecske vesz körül, tehát a koordinációs szám 12. Pl.: Cu, Ni, Al, Au, NaCl

Szabályos térben centrált kockarács Az elemi cella csúcsain és közepén is egy részecske található. Egy-egy részecske körül 8 másik részecske van, amelyek összekötve hexaéder (kocka) alakot ad, tehát a koordinációs szám: 8. Pl.: Fe, Ba, W, CsCl

Hatszöges (hexagonális), legszorosabb illeszkedésű rács Minden részecskét 6 másik vesz körül egy síkban, alatta és felette pedig 3-3 részecske található, a koordinációs szám tehát 12. Ez a kristályrács a legtömörebb szerkezetű, az ilyen kristályrácsot alkotó fémek sűrűsége viszonylag a legmagasabb. Pl.: Be, Mg, Zn,

Izomorfia: Különböző kémiai összetétel, azonos szerkezetű kristályrács. Polimorfia: Azonos kémiai összetétel, különböző kristályrács. Allotrópia: Elemek különböző kristályrácsba kristályosodnak. (O2 - O3, grafit - gyémánt - fullerének)

Két vagy több kémiailag egységes anyag homogén egyfázisú keveréke. 2005. 09. 28. Oldat Két vagy több kémiailag egységes anyag homogén egyfázisú keveréke. Az oldatok a nagyobb mennyiségű oldószerből és a kisebb mennyiségű oldott anyagból állnak. Elegy: Ha az oldott anyag és az oldószer mennyisége közel megegyezik. Az oldatok három halmazállapotban jöhetnek létre: gáz folyadék szilárd

Az oldatok típusai oldat oldott anyag – oldószer példa halmazállapota halmazállapota gáz gáz-gáz levegő folyékony víz-CO2 gáz-folyadék szódavíz alkohol-víz folyadék-folyadék vodka vízben-szirup folyadék-folyadék málnaszörp etilénglikol-víz folyadék-folyadék fagyálló jód-alkoholban szilárd-folyadék jódtinktúra vízben-cukor szilárd-folyadék cukoroldat szilárd platina-H2 gáz gáz-szilárd platinában oldott H2 gáz higany-ezüst folyadék-szilárd fogtömés ón-ólom szilár-szilárd forrasztóón cink-réz szilárd-szilárd bronz

Az oldódás folyamata Az oldódás fizikai folyamat, melynek során az oldandó anyagot az oldószerrel elegyítve az oldatot kapjuk. A hasonló a hasonlóban oldódik jól. A poláros oldószerekben a poláros anyagok és az ionvegyületek oldódnak. Az apoláros oldószerekben az apoláros anyagok. Az oldószer részecskéi és az oldott anyag részecskéi között hasonló kölcsönhatások alakulnak ki, mint az oldandó anyag részecskéi közötti kölcsönhatások.

Az ion vegyületek oldódásakor a dipólus momentummal rendelkező oldószer molekulák ellentétes töltéssel orientálódnak a kristály köré. Majd az ionokat folyamatosan kiszakítják a kristályrácsból. Az oldószer molekulákkal körbevett ionokat szolvatált ionoknak nevezzük. A folyamatot, melynek során szolvatált ionok jönnek létre, szolvatációnak nevezzük. Ha az oldószer víz, akkor hidratációról és hidratáltionokról beszélünk

Telített oldat: Egy adott hőmérsékleten, nem képes többet feloldani Telített oldat: Egy adott hőmérsékleten, nem képes többet feloldani. Ekkor az oldat az oldott anyagra nézve telített lesz. Oldhatóság: A telített oldat koncentrációját meghatározott hőmérsékleten. (az oldott anyag tömegét vonatkoztatjuk 100 g oldószerre)

Dinamikus egyensúly: Az oldatból folyamatosan kiválnak az ionok a kristály felületére, miközben a kristály felszínéről folyamatosan oldatba mennek az ionok. A kiváló és oldatba menő ionok száma megegyezik.

Túltelített oldatok: A telített oldatnál töményebb oldatokat, ezek az oldatok nagyon instabilak, s kis mechanikai hatásra (rázás, az edény falának megdörzsölése), már elindul a kristályosodás. Az oldódás mindig a szilárd anyag és oldat felületén játszódik le.

Koncentráció gradiensnek (koncentrációesésnek): Az oldás során az oldat koncentrációja mindig a kristály felületének környezetében a legnagyobb, távolodva a szilárd anyagtól folyamatosan csökken az koncentráció. Amint közeledik a koncentrációja a telítettségi koncentrációhoz, úgy csökken az oldódás sebessége. A diffúzió mindig a koncentráció gradiensnek megfelelő irányba halad. Minél kisebb a koncentráció különbség, annál kisebb a diffúzió sebesség is.

Az oldódás energia viszonyai Oldódáskor az oldószer részecskéinek le kell győznie a kristályrácsot összetartó rácsenergiát (Er). A hidratáció (szolvatáció) mindig energia (Eh) felszabadulással jár.

Az oldódás során a rácsenergia nagyobb, mint a hidratáció során felszabaduló hidratációs energia, akkor az oldódás endoterm (Er  Eh), vagyis az oldat energiát vesz fel a környezetétől. Ebben az esetben oldódás során az oldat lehűl. Ha a rácsenergia kisebb, mint a hidratációs energia, akkor oldódás közben az oldat energiát ad le, az oldódás exoterm (Er  Eh). Ilyenkor azt érezzük, hogy az oldat oldódás közben felmelegszik.

Hőmérséklet hatása az oldhatóságra Oldáshő 1 mol anyag oldódását kísérő hőváltozás. Az oldhatósá a hőmérdéklet növelésére nő (KI, NaNO3) csökken (Na2SO4, gázok) nem változik (NaCl)

Nyomás hatása az oldhatóságra Gázok oldhatóságát a nyomás is befolyásolja. Henry törvénye c = *P ahol P - az oldat feletti parciális nyomás  - hőmérséklettől és anyagi minőségtől függő állandó c - a gáz oldhatósága

Az oldódás sebességének növelése Keveréssel Megszüntetjük a koncentráció gradienst. Oldott anyag porításával az oldott anyag felületének megnövelése. Melegítéssel nő a diffúzió sebesség Hőmérséklet növelésével általában csökken a sűrűség az oldatban  egy spontán sűrűség különbségen alapuló cirkuláció alakul ki.

Az oldatok koncentrációja Százalékos összetételek Tömegszázalék megadja, hogy az oldott anyag tömege (moa) az oldat tömegének (mo) hány százaléka: tömegszázalék (m/m %)

Tömegtört (xm) a az oldott anyag tömegének és az oldat tömegének hányadosa (tömegszázalék századrésze) xm = Térfogatszázalék megadja, hogy az oldott anyag térfogata (Voa) az oldat térfogatának (Vo) hány százaléka: térfogatszázalék (v/v%)=

Molaritás (c) az oldott anyag moljainak (n) számát adja meg 1000 cm3 oldatban: molaritás (c)= [ mol/dm3 ] Molalitás (Raoult koncentráció cR ) megadja az oldott anyag moljainak (n) számát 1000 g oldószerre nézve: molalitás (cR)= [ mol/1000 g oldószer]

Moltört (xn) az egyik komponens moljainak (n1) száma az oldat összes moljainak (n1+...+nn) számához viszonyítva. x1= [ mol/mol ]