Szakmai kémia a 13. GL osztály részére 2016/2017.

Az előadások a következő témára: "Szakmai kémia a 13. GL osztály részére 2016/2017."— Előadás másolata:

1 Szakmai kémia a 13. GL osztály részére 2016/2017.
1. Atomok, molekulák

2 Az atomok és belső szerkezetük
Az atom fogalom Demokritosz – oszthatatlan. Érdekes elképzelések: édes – kerekded és kicsi atomok, savanyú – sokszögletű és nagy atomok, keserű – kicsi, kerekded, horgokkal, csípős – nagy és nem kerekded atomok köteléke Az atom mérete 10–10 m (0,1 nm) nagyságrendű. Az atom nem oszthatatlan, részei: atommag – nagy tömegű, „tömör”, pozitív töltésű, kis méretű (kb. 10–14 m); elektronburok – kis tömegű, „ritka”, negatív töltésű, nagy méretű.

3 Az atommag Az atommag alkotói (összefoglaló néven nukleonok):
proton (p vagy p+) – pozitív töltésű, neutron (n vagy n0) – semleges (töltés nélküli). Az elektronburokban negatív töltésű elektronok (e–) van-nak. Az elektron és a proton töltése egyenlő nagyságú. Semleges atomban a protonok és az elektronok száma megegyezik. Az atom protonszáma határozza meg annak kémiai tulajdonságait, ez a rendszám (Z). A proton és neutron tömege közel egyenlő, az elektron tömegének kb szerese. Emiatt az atom tömegének nagy részét az atommag teszi ki, a protonok és neutronok száma a meghatározó. Tömegszám: az atommagban található protonok és neutronok számának összege, mindig egész szám.

4 Izotópok Pl. a hidrogén (H) 3 izotópja:
H-1 vagy 1H = közönséges hidrogén könnyű hidrogén (prócium), atommagja egy proton, H-2 vagy 2H = nehézhidrogén vagy deutérium, atommagja egy proton és egy neutron, H-3 vagy 3H = tricium, atommagja egy proton és két neutron. Az 1-es és 2-es izotóp stabilis, a 3-as radioaktív, sugárzó. A szén (C) 3 izotópja: C-12 vagy 12C, atommagja 6 proton és 6 neutron, C-13 vagy 13C, atommagja 6 proton és 7 neutron, C-14 vagy 14C, atommagja 6 proton és 8 neutron. A 12-es és 13-es izotóp stabilis, a 14-es radioaktív, sugárzó, ez a radiokarbon.

5 Izotópos számolás 1. A klór relatív atomtömege A = 35,5 g/mol. Az atomok hány %-a 35- ös, illetve 37-es tömegszáma? Megoldás 100 mol Cl atom tömege 100 mol*35,5 g/mol = 3550 g A 100 molból x mol 35-ös, 100–x mol 37-es. Ezek tömege: 35*x, illetve 37*(100–x), ezek összege éppen a 100 mol Cl atom tömege (egyenlet): 35*x + 37*(100–x) = 3550 Felbontjuk a zárójelet (beszorzás) 35 x – 37 x = 3550 3700 – 2 x = / + 2x 3700 = x / – 3550 150 = 2 x / :2 x = 75 75 % 35-ös, 25 % 37-es.

6 Izotópos számolás 2. A szén relatív atomtömege A = 12,011 g/mol. Az atomok hány %-a 12-es, illetve 13-as tömegszáma? Megoldás 100 mol C atom tömege 100 mol*12,011 g/mol = 1201,1 g A 100 molból x mol 12-es, 100–x mol 13-as. Ezek tömege: 12*x, illetve 13*(100–x), ezek összege éppen a 100 mol C atom tömege (egyenlet): 12*x + 13*(100–x) = 1201,1 Felbontjuk a zárójelet (beszorzás) 12 x – 13 x = 1201,1 1300 – x = 1201,1 / + x 1300 = 1201,1 + x / – 1201,1 98,9 = x 98,9 % 12-es, 1,1 % 13-as.

7 Elektronszerkezet – atompálya
Régebben (Bohr): az elektron az atommag körül kering. Ez nem lehet! (A mozgó, töltött részecske sugároz!) Ma: nem tudjuk, adott pillanatban hol van az elektron, egy térrészben az előfordulás valószínűségét tudjuk. Atompálya: az a térrész, amelyben az elektron megtalálási valószínűsége 90%. Ez azt jelenti, hogy az elektronról, ha tudnánk képeket, fotókat készíteni, akkor 100 képből 90-en az atompálya valamelyik részén található.

8 Elektronszerkezet – atompályák
s-pálya p-pálya d-pálya f-pálya Kép: Bodonyi F. – Pitter Gy.: Kémiai összefoglaló (

9 Elektronszerkezet – alhéj, elektronhéj
Alhéj: az azonos nagyságú és alakú atompályák tartoznak egy alhéjba. Megkülönböztetünk s, p, d, és f alhéjat. (feltételezések szerint további alhéjak is lehetségesek). Elektronhéj: az atommagtól közel azonos távolságra lévő atompályák tartoznak bele (a magtól közel azonos távolságra lévő atompályák összessége). A héjak jelölése: K, L, M, N, … vagy számozás 1., 2., 3., 4.,… A héjon lehetséges elektronok száma: 2, 8, 18, 32, … 2 n2 szabály szerint. Kép:

10 Kvantumszámok Négy kvantumszám
Főkvantumszám, n: a főhéj sorszáma, az atom távol-sága a magtól. Értéke 1-től 7-ig terjed. Mellék kvantumszám, ℓ: egy alhéjat jelzi, a pálya alakját adja meg. Értéke 0-tól n – 1-ig terjedhet. Mágneses kvantumszám, m: a pálya irányultságát adja meg. Értéke – ℓ-től + ℓ-ig terjedhet. Spinkvantumszám, s: az elektron mágneses tulajdon-ságát jellemzi. Értéke +½ és – ½ lehet. Jelzése: ↑ és ↓

11 Atompályák kiépülése Három szabály
Pauli-elv (tilalmi elv) az atomban nem lehet két olyan elektron, amelynek mind a négy kvantumszáma megegyezik. Hund-szabály: egy alhéjon úgy helyezkednek el az elektronok, hogy közülük minél több párosítatlan legyen. Mivel a párosítatlan elektronok azonos spinűek, a feltöltődés úgy történik, hogy egy alhéjon minél több azonos spinű elektron legyen. („buszos hasonlat”) Ez a taszítás miatt van. Az energia-minimum elve: az elektronok a lehető leg-alacsonyabb energiájú szabad helyet foglalják el az atomban. Az elektronok mindig a legkisebb energia-szintű alhéjat kezdik feltölteni (ahogyan a pohár is alulról felfelé telik meg vízzel).

12 Néhány atom pályáinak kiépülése
Milyen lehet a következő atomok elektronszerkezete: Li, C, P? Hány párosítatlan elektron van bennük? Li Rendszám: 3 Elektronhéj: 2 1 s2 2s1 1 db párosítatlan elektron C Rendszám: 6 1 s2 2s2p2 2 db párosítatlan elektron P Rendszám: 15 Elektronhéj: 3 1 s2 2s2p6 3s2p3 3 db párosítatlan elektron ↓ ↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑

13 Atompályák kiépülési sorrendje
Az energia-minimum elve alapján Forrás:

14 Mengyelejev Atomtömeg szerint sorba rakta az elemeket.
Ismétlődés, helyenként cserék. (Végső rend: rendszám.) Hasonlóságok: függőleges, vízszintes, átlós. Bór – asztácium vonal: félfémek Hiányzók tulajdonságainak „jóslása”. Oszlop (csoport, fő- és mellék), sor, periódus. Rövid (és hosszú) periódusos rendszer. Vegyértékelektronok

15 Mengyelejev rendszere
Forrás:

16 Rövid periódusos rendszer

17 Hosszú periódusos rendszer
Végső rend: rendszám. Hasonlóságok: függőleges, vízszintes, átlós. Oszlop (csoport, fő- és mellék), sor, periódus. Rövid és hosszú periódusos rendszer. Mezők: s-mező: 1-2 külső elektron – fémek; p-mező: 3-8 külső elektron – fémek, félfémek, nemfémek; d-mező: 2 külső elektron, a külső alatti d alhéj épül, ezek az átmeneti fémek; f-mező: 2 külső elektron, 1 a külső alatti d alhéjban, a külső alatt kettővel lévő f alhéj épül, lantanidák és aktinidák. Bór – asztácium vonal: félfémek Vegyértékelektronok

18 A periódusos rendszer Forrás: Másik, még jobb:

19 Tulajdonságok a periódusos rendszerben
Fizikai tulajdonságok – növekedés irány oszlopon belül és perióduson belül Atomok átmérője: o – lefelé, p – balra Sűrűség: o – lefelé, p – két oldalról közép felé Olvadás- és forráspont: o – bal oldalon felfelé, jobb oldalon lefelé, p – két oldalról közép felé Keménység: o – bal oldalon felfelé, jobb oldalon lefelé, p – két oldalról közép felé Kémiai tulajdonságok Vegyértékelektronok (kötésben részt vevő) száma: oszlopszám Legnagyobb vegyérték oxigénnel szemben: oszlopszám Vegyérték hidrogénnel szemben: 8 – oszlopszám Reakciókészség: o – bal oldalon lefelé, jobb oldalon felfelé, p – középről a két széle felé.

20 A molekulák, ionok felépítése és szerkezete
több atomból álló, véges méretű/tömegű, képlettel megadható összetételű kémiai részecskék, töltésük nincs, az atomokat kovalens kötés tartja össze. Az ionok töltéssel (+ vagy –) rendelkező kémiai részecskék. Lehetnek egyszerű és összetett ionok. Az egyszerű ionok keletkezhetnek atomokból elektron felvétellel vagy leadással, molekulából proton leadással. Az összetett ionok keletkezhetnek egyszerű ionokból összekapcsolódással, molekulából proton leadással vagy felvétellel, molekulából ionok felvételével vagy leadásával.

21 A molekulák összetétele
Adjuk meg a molekula képletét az összetétel ismeretében: S 50%, O 50% SO2 S 40%, O 60% SO3 O 94,1%, H 5,9% H2O2 Cl 35,3%, H 1,0%, O 63,7% HClO4 C 80%, H 20% C2H6

22 Ionok képződése atomokból 1.
Pozitív ion = kation Ionizációs energia (1., 2., stb.), előjel

23 Ionok képződése atomokból 2.
Negatív ion = anion Elektronaffinitás (1., 2., stb.), előjel

24 Az ionok mérete Az ionok méretének változása oszlop, periódus,
töltésszám szerint, az atomhoz képest

25 A molekulák, képződésük, felépítésük, polaritásuk
Képződés: atomokból molekulákból. Felépítés: két vagy több atomból, kovalens kötéssel. A több atomosak alakja igen változatos lehet. A polaritás a kötés polaritástól és a molekula alakjától, szimmetriájától függ. Kötések és nem kötő elektronok A kötés polaritását a kapcsolódó atomok kémiai tulajdon-sága, pontosabban elektronegativitása szabja meg. Elektronegativitás: elektronvonzó képesség mértéke. A periódusos rendszerben fentről lefelé csökken, balról jobbra nő. Legnagyobb F, 4,0, legkisebb Cs 0,7.

26 A molekulák alakja, polaritása 1-2.
Három atomos egyenes síkháromszög poláris kötés apoláris molekula

27 A molekulák alakja, polaritása 3-4-5.
Öt atomos Négy atomos Három atomos tetraéder háromszög-gúla V alakú kötés: A molekula: A kötés: P molekula: P kötés: P molekula: P

28 A molekulák alakja, polaritása 6-7
Hat atomos pl. PCl5 Hét atomos pl. SF6 kettős háromszög-gúla oktaéder kötés: P molekula: A kötés: P molekula: A