Előadó: Dr. Dóró Tünde 2011/12, I. félév III. előadás Műszaki kémia Előadó: Dr. Dóró Tünde 2011/12, I. félév III. előadás

A kémiai összetétel és a kémiai átalakulások minőségi és mennyiségi alaptörvényei 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Sztöchiometria A kémiának a kémiai reakciók tömegviszonyaival foglalkozó ágát nevezzük sztöchiometriának. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Anyagi világunk fő alkotói: 50 tömeg % oxigén 25 tömeg % szilícium 7,5 tömeg % alumínium 4,7 tömeg % vas 3,4 tömeg % kalcium 2,4 tömeg % nátrium 1,9 tömeg % magnézium 0,9 tömeg % hidrogén ______ 95,8 tömeg % 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Szilícium és alumínium van az agyagásványokban, kőzetekben Oxigén van a levegőben, vízben, kvarcban (SiO2), szilikátokban, az agyagásványokban, oxidokban Szilícium és alumínium van az agyagásványokban, kőzetekben Kalcium van a mészkőben,dolomitban Nátrium van a tengervízben Magnézium van a dolomitban és a tengervízben Hidrogén van a vízben és a szerves vegyületekben 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Vegyület: két vagy több különböző atomból felépülő molekulák vagy ionok halmaza, saját tulajdonságai eltérnek az alkotóelemekétől. Ion: elektromos töltésű részecske,ami atomból esetleg molekulából elektronleadással vagy elektronfelvétellel keletkezik. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Elem és vegyület Atom, molekula, ion Makrovilág Mikrovilág Elem és vegyület Atom, molekula, ion Kapcsolat, átmenet, átalakulás Kémiai kötés,kémiai folyamat 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Elemek ún. relatív atomtömegének(Ar) egysége: a 12C-nuklid relatív atomtömegének 1/12 része  Relatív molekulatömeg (Mr) = a molekulát alkotó atomok relatív atomtömegeinek a molekulaképlet szerinti összegével (egy dimenzió nélküli szám, mértékegysége nincs) Kémiai anyagmennyiség (n) egysége: mól és arányos az adott anyag megfelelő elemi, ún. sztöchiometriai – egyedeinek (atom, molekula, gyök, ion) számával A kémiai reakciók a felsorolt egyedek sokszorosának arányában mennek végbe. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

kg-ban kifejezett tömege. M= Mr · 10-3 kg/mól Moláris tömeg(M) = az illető anyag relatív molekulatömegének az SI mértékegységben kg-ban kifejezett tömege. M= Mr · 10-3 kg/mól MH2O= 18,016 · 10-3kg/mól = 18,016g/mól 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Avogadro-féle állandó Na=6,023 · 1023 molekula/mól Mól: az a kémiai anyagmennyiség,ami annyi elemi, sztöchiometriai egységet tartalmaz, ahány szénatom van a tiszta 12C-nuklid 12g = 0,012kg-ban Bármely anyag egy móljában 6,023 · 1023 db molekula (ill. atomokból álló rendszer esetén atom) van Avogadro-féle állandó Na=6,023 · 1023 molekula/mól 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Vegyjel az elem jele. A vegyületet képlettel jelöljük, mely az elemek vegyjeleiből áll, az egyes vegyjelek után írt alsó index az illető elem mólarányát jelöli. Kémiai képlet: Tapasztalati képlet(a kötések irányát nem jelöli) Szerkezeti képlet (a kötések irányát is jelöli) A tapasztalati képlet a vegyületnek igen fontos adata, mely kifejezi az egész vegyület minőségi és mennyiségi összetételét. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Pl. CH4 a metán tapasztalati képlete jelenti: A metán C-ből és H-ből áll Egy metán molekula 1 C atom és 4 H atomból áll A metán relativ molekulatömege 1 · 12+4 · 1=16 Egy mól metán tömege: 16 · 10-3 kg Egy mól metánban 12 · 10-3 kg C és 4 · 10-3 kg H van Mivel a metán gáz halmazállapotú,16 · 10-3kg metán térfogata normál állapotban 22,412 · 10-3 m3 A metán 12 · 100/16 = 75 tömeg % C-t és 4 · 1 · 100/16 = 25 tömeg % H-t tartalmaz A metán szerkezeti képlete: H I H - C - H 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Kémiai egyenletek vagy reakcióegyenletek: A kémiai reakciókat irják le,a bal oldalon a kiindulási anyagok, a jobb oldalon a végtermékek minőségét és mennyiségét kifejező képletek vannak A tömegmegmaradás törvénye érvényes a kémiai átalakulásokra Pl.: sósav (HCl vizes oldata) + nátrionlúg (NaOH vizes oldata) reakcióegyenlete: HCl+NaOH=NaCl+H2O A molekulákban bekövetkező változást mutatja, de anyagmérleg is, az egyes képletek az egyes vegyületek mólnyi mennyiségeit is jelentik: 36,5gHCl+40gNaOH=58,5gNaCl+18gH2O (76,5g) (76,5g) 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Ha a kémiai reakcióban nem egy, hanem több mól vesz részt, úgy ezt a képlet elé írt együtthatóval szokás kifejezni: 2 H2 +O2 = 2H2O Vagyis 2 · 2g H-ból és 32g O-ből 2 · 18g víz lesz A jobb oldalon és a bal oldalon szereplő összes tömegek egymással megegyeznek Az egyenletben csak egész számú sztöchiometriás számok feltüntetésének van értelme (legkisebb közös többszörös) Algebrai egyenletként kezelhetők 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Pl.: rezet tömény kénsavban melegítünk Cu +H2SO4 = CuO+SO2+H2O Ha a CuO-t több kénsavval tovább melegítjük, feloldódik és vizes rézszulfát oldat keletkezik: CuO+H2SO4=CuSO4+H2O Bruttó reakcióegyenlete: a 2 részfolyamat összegzése Cu +2H2SO4=CuSO4+2H2O+SO2 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Azonos tapasztalati képlet,eltérő fizikai és kémiai tulajdonságok Izomer vegyületek Azonos tapasztalati képlet,eltérő fizikai és kémiai tulajdonságok Oka:az alkotóelemek egymáshoz kapcsolódásának különböző sorrendje ill. különböző síkbeli vagy térbeli elhelyezkedése Speciális ún. dualisztikus képletek (szilikátok, kerámia anyagok, üvegek) CaO · SiO2 2CaO · SiO2 · Al2O3 FeO · SiO2 MgCl2 · KCl · H2O 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

A kémiai reakciók alaptípusai 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 17

I. A kémiai reakciók osztályozása a külső jegyek alapján Egyesülés (polimerizáció, addíció) Bomlás(disszociáció) Helyettesítés Cserebomlás 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

N2+3H2=2NH3 (katalizátor,nagy p és T) Egyesülés: két vagy több kiinduló elemből vagy vegyületből egyetlen új vegyület keletkezik Pl.: H2+Cl2=2HCl (kék fény,láncreakció) C+O2=CO2 (égés) N2+3H2=2NH3 (katalizátor,nagy p és T) O+O2=O3 (ózon, elektromos kisülés) H2C=CHCl (vinil-klorid monomer polimerizációja) (- CH2-CHCl -)n n=polimerizációs fok HCl + C2H2 = H2C = CH I Cl (hidrogén-klorid + acetilén addíciója vinil-kloriddá, ha nem ugyanazok a molekulák egyesülnek addícióról beszélünk) 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Bomlás: vegyületek lebomlása, többnyire hevítés hatására NH4Cl=NH3+HCl CaCO3=CO2+CaO (mészégetés) A bomlás különleges esete a disszociáció, reverzibilis bomlás: Zárt térben történik a hevítés, a CO2 nem távozik el, lehüléskor visszaalakul CaCO3=CaO+CO2 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Réz válik ki a vaslemezre. Helyettesítés: ha a kémiai reakció azáltal megy végbe,hogy egy elem kiűz a vegyületből egy másik elemet és helyére lép, helyettesíti azt. Cu SO4+Fe =FeSO4+Cu Réz válik ki a vaslemezre. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Pl.: 2NaCl + H2SO4 = 2HCl + Na2SO4 Cserebomlás: egyik leggyakoribb kémiai folyamat, főleg a szervetlen vegyületek előállítási módja. AB+CD=AD+CB Pl.: 2NaCl + H2SO4 = 2HCl + Na2SO4 (olvadékban lejátszódó reakció, konverzió) 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 22

II. Osztályozás a kémiai reakcióban átlépő részecskék alapján Protonleadással illetve protonfelvétellel járó sav-bázis (protolitikus) folyamatok Elektronfelvétellel illetve elektronleadással járó redukciós-oxidációs(redox-) folyamatok 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Sósav disszociációja: HCl +H2O = H3O+ +Cl- Protonleadással illetve protonfelvétellel járó sav- bázis (protolitikus) folyamatok Sósav disszociációja: HCl +H2O = H3O+ +Cl- HCl sav, mert vizes közegben H+-iont(protont) ad le, a keletkező H3O+(oxónium-) ion pedig bázis, ami NaOH jelenlétében nem marad meg szabadon: HCl +NaOH = NaCl +H2O H3O+ + OH- =2H2O A sav-bázis reakció: A sav protonleadása és a bázis OH- -nak egyidejü protonfelvétele révén, szükségszerűen együttjáró folyamatok. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

A redox-reakciók a kémiai folyamatok egyik legfontosabb fajtája Elektronfelvétellel ill.elektronleadással járó redukciós - oxidációs - (redox-) folyamatok A redox-reakciók a kémiai folyamatok egyik legfontosabb fajtája Oxidáció: oxigénfelvétel vagy hidrogénleadás Redukció: oxigénleadás vagy hidrogénfelvétel Szükségszerűen egymás mellett játszódik le a két reakció, egyik reakciókomponens szempontjából oxidációs, a másik komponens számára redukciós a folyamat: FeO + C = Fe + CO A FeO redukálódik, oxigént veszít és fém Fe keletkezik, míg a C oxidálódik, oxigént vesz fel Fe2O3 + 3 CO = 2Fe + 3 CO2 A Fe(III)-oxid redukálódik, oxigént veszít és fém Fe keletkezik, míg a CO oxigént vesz fel és CO2 –dá oxidálódik. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

OXIDÁCIÓ NÉLKÜL NINCS REDUKCIÓ ÉS VISZONT! Magas olvadáspontú fémek kinyerése: Cr2O3 + 2 Al = Al2O3 + 2 Cr Al oxidálódik, a Cr2O3 pedig redukálódik fém-krómmá. OXIDÁCIÓ NÉLKÜL NINCS REDUKCIÓ ÉS VISZONT! 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Fe oxidálódik Fe2+-ionná és a Cu2+-ion redukálódik fém rézzé. Tágabb értelemben a redoxi-folyamatokban : OXIDÁCIÓ= ELEKTRONLEADÁS (oxidációs száma nő - pozitív ion képződés) REDUKCIÓ=ELEKTRONFELVÉTEL(oxidációs száma csökken - negatív ion képződés) 0 +2 0 +2 Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 Fe oxidálódik Fe2+-ionná és a Cu2+-ion redukálódik fém rézzé. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 27

Pl.: H: +1 , O: -2 , alkáli fémek: +1 Oxidációs szám: A kémiai vegyület elemi összetevőinek töltését ill. annak számát értjük, mintha a molekula minden atomja ionos állapotban lenne jelen Stabilis állapotú semleges elemek, fémek és nemfémek atomjainak oxidációs száma: 0 Vegyületekben az elemek atomjainak oxidációs száma már nem nulla, hanem negatív vagy pozitív értékü . Egyatomos ionok oxidációs száma a vegyületben az ion töltésével egyenlő: Pl.: H: +1 , O: -2 , alkáli fémek: +1 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Összetett ionokban az oxidációs szám egyenlő az ion töltésével: Semleges vegyületekben az egyes alkotóelemek oxidációs számainak algebrai összege 0. Összetett ionokban az oxidációs szám egyenlő az ion töltésével: +1-1 +2 -1 +3 -2 +4 -2 KCl CaCl2 Fe2O3 CO2 +2+6-2 +1-2 +1+7-2 CuSO4 H2O KMnO4 +4-2 +1+5-2 +1+3-2 MnO2 H3PO4 H3PO3 AZ OXIDÁCIÓS SZÁM MEGMUTATJA AZ ADOTT VEGYÜLETEN BELÜL AZ ADOTT ATOM MILYEN OXIDÁCIÓS ÁLLAPOTBAN VAN: 0 ox. +1 ox +2 Cu ↔ Cu+ ↔ Cu++ red. red. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Az oxidációs szám segitséget ad a kémiai reakcióegyenlet rendezésében: +2 +7 +3 +2 FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O +2 +3 2Fe - 2Fe változás: +2 nő Oxidációs szám változás: legkisebb közös többszörös = 10 +7 +2 Mn - Mn változás: -5 csökken Eredmény: 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

3 K2MnO4 + 2 H2O = MnO2 + 2 KMnO4 + 4 KOH +6 +4 +7 Az oxidációs szám változással kapcsolatos redox-folyamatok speciális esete a diszproporcionálódás: A végtermékek között egy,a kiindulási anyag eredeti oxidációs számánál kisebb és egy annál nagyobb oxidációs számú gyök jön létre +6 +4 +7 3 K2MnO4 + 2 H2O = MnO2 + 2 KMnO4 + 4 KOH +6 +4 +7 A Mn diszproporcionálódik: Mn és Mn +6 red. +4 Mn → Mn +6 ox. +7 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

Köszönöm a figyelmet! 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde