Szervetlen kémia Hidrogén

Az előadások a következő témára: "Szervetlen kémia Hidrogén"— Előadás másolata:

1 Szervetlen kémia Hidrogén
1. oszlop (alkálifémek), 1. sor – nem minden tulajdonsága illik az alkálifémekhez Elektronszerkezet: 1s1; rendszám: 1; atomtömeg: 1 Előfordulás: 93% a világegyetemben; 61% az emberi testben Vegyérték: 1; oxidációs szám: +1, -1 Elektronegativitás: 2.1 Természetes körülmények között kétatomos molekulákat alkot, kötési energia: -436 kJ/mol Természetes körülmények között gáz, legkönnyebb, 14,4-szer könnyebb a levegőnél Könnyen ad le elektront (oxidációs szám: +1), de szabad proton természetes körülmények között nem marad meg önállóan (H3O+, NH4+). Ez a gyakoribb ionos formája. EN<1 fémekkel sószerű hidrideket képez (oxidációs szám: -1). H--ion csak kristályban létezik, vízben oldva: H- + H3O+ = H2 + H2O Hasonló elektronegativitású elemekkel (nemfémes elemek) kovalens kötésű molekulákat képez (elsősorban a C: szerves vegyületek) Redukálószer: oxidokat, halidokat Előállítás: labor: Zn + HCl; ipari méretben: földgáz + vízgőz reakciójával Felhasználás: ammóniagyártás, hidrogénezés (pl. folyékony olajokat szilárd zsírokká), redukálószer (pl. ásványokból nyert oxidokat fémmé) Hidrogén alapú gazdaság: energiatermelés (gépjárműmotor, fúziós reaktor) !!!drága előállítás, oxigén jelenlétében robbanékony!!!

2 Szervetlen kémia Hidrogén
Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor (ITER) Cadarache (Franciaország) Építés: Kísérleti üzemeltetés: 20 év Hőmérséklet: 150 millió ºC Elektromos fűtés+mágneses térrel való összenyomás → plazma állapot Teljesítmény: 500 MW 400 s-on keresztül Ezalatt fél gramm deutérium/trícium keverék fúzionál.

3 Szervetlen kémia Alkálifémek
1. oszlop Elektronszerkezet: ns1 Vegyérték: 1; oxidációs szám: +1 Elektronegativitás: (ionvegyületeket képeznek, +1 töltésű ionjaik elektronszerkezete nemesgázszerű, nagyon stabil, ionizációs energia kicsi) Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak, térközepes kockarácsot alkotnak Oxigénnel, vízzel azonnal reagálnak, védőfolyadék (pl. petróleum) alatt tartják Sűrűségük, keménységük kicsi Nátrium Nagyon reaktív: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Természetben fő előfordulási formája: NaCl, Na2CO3 Előállítás: NaCl olvadék elektrolízisével Felhasználás: redukálószer, nátriumgőzlámpa Nátrium-hidroxid (NaOH) Fehér kristály (vizes oldata színtelen), nagyon erős bázis Kristályos állapotban rendkívül higroszkópos, levegőből H2O-t, CO2-t megköti Előállítás: NaCl-oldat elektrolízisével Felhasználás: textil- és papíriparban, szappan és mosószergyártás

4 Szervetlen kémia Na fontosabb vegyületei
Nátrium-klorid (NaCl) Színtelen kristály Előfordulás: tengervízben (2.7%), kősótelepeken, állati szervezetben (emberi vérben 0.85%) Előállítás: sóbányákból Felhasználás: fémnátrium, nátriumvegyületek, klór, klórvegyületek előállítására Olvadékelektrolízis: 2NaCl = 2Na + Cl2 (T< 700 ºC) Oldatelektrolízis: 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 Nátrium-hipoklorit (NaOCl, Hypo) Fertőtlenítő- tisztító-, illetve mosószer Előállítás: NaCl-oldat elektrolízisével: 2NaOH + Cl2 = NaOCl + NaCl + H2O Diszproporcionálódás: olyan redoxireakció, melyben egy elem adott oxidációs számú formája két különböző oxidációs számú formává alakul. A fenti reakcióban: Cl2 = OCl Cl- Szinproporcionálódás: két különböző oxidációs formából lesz egy. IO I- = 3I O2-

5 Szervetlen kémia Na fontosabb vegyületei
Nátrium-karbonát (Na2CO3.10H2O) Színtelen kristály → 100ºC-on hevítve fehér por (kristályvíz elvesztés) Előfordulás: talajban (sziksó); ha túl sok, terméketlenné teszi a talajt Felhasználás: szappan-, mosószer-, üveggyártás, vízlágyítás Oldata lúgos kémhatású: Na2CO H2O = 2NaOH + H2CO3 (hidrolízis) Nátrium-hidrogén-karbonát (NaHCO3, szódabikarbóna) Fehér kristály Felhasználás: gyógyászatban fölös gyomorsav lekötésére Oldata enyhén lúgos kémhatású: NaHCO3 + H2O = NaOH + H2CO3 (hidrolízis) Nátrium-foszfát (Na3PO4, trisó) Fehér kristály Vizes oldata lúgos: Na3PO H2O = 3 NaOH + H3PO4 (hidrolízis) Felhasználás: mosószerek, vízlágyítás Nátrium-tioszulfát (Na2S2O3.5H2O, fixírsó) Színtelen kristály Felhasználás: analitikában jodometriában: 2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O NaI ill. kép rögzítésére fényképészetben: AgBr + Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr

6 Szervetlen kémia K és fontosabb vegyületei
Kálium Nátriumhoz hasonló, de nála reakcióképesebb (kisebb EN miatt) Természetben fő előfordulási formája: KCl kősótelepeken NaCl kísérőjeként Előállítás: KCl, KOH vagy K2CO3 olvadék elektrolízisével Felhasználás: műtrágyagyártás, pirotechnika, robbanóanyag-gyártás Kálium-klorid (KCl) Jelentőség: növényi szervezetben Felhasználás: műtrágyagyártás, K és KOH előállítás, méreginjekció, gyógyászat:mániákus depresszió kezelése Kálium-hidroxid (KOH) Fehér kristály (vizes oldata színtelen), NaOH-nál is erős bázis Kristályos állapotban rendkívül higroszkópos, levegőből H2O-t, CO2-t megköti Oldja az üveget. Előállítás: KCl-oldat elektrolízisével Felhasználás: textil- és papíriparban, szappan és mosószergyártás, élelmiszer- iparban gyümölcs héjának eltávolítása Kálium-nitrát (KNO3) Felhasználás: műtrágya, feketelőpor, füstbomba, élelmiszer tartósítószer (E252)

7 Szervetlen kémia Alkáliföldfémek
2. oszlop Elektronszerkezet: ns2 Vegyérték: 2; oxidációs szám: +2 Elektronegativitás: (Mg-tól lefelé ionvegyületeket képeznek, +2 töltésű ionjaiknak nemesgáz elektronszerkezete van, ionizációs energia kicsi) Berillium nagyobb elektronegativitása (1.5) miatt inkább kovalens vegyületet képez, bizonyos esetekben a Mg is Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak Oxigénnel, vízzel reagálnak (kevésbé intenzíven mint az alkálifémek), aktivitásuk a rendszámmal nő (ahogy EN csökken) Sűrűségük, keménységük kicsi (nagyobb mint az alkálifémeké) Redukálószerek (gyengébbek mint az alkálifémek)

8 Szervetlen kémia Mg és fontosabb vegyületei
Magnézium Ezüstfehér, könnyű fém. Természetben csak vegyületben fordul elő: magnezit (MgCO3), a dolomit (CaCO3.MgCO3), Felületén védő oxidréteg (MgO) képződik Jellegzetes az égése, vakító fehér fényt bocsát ki (égéshő -603 kJ/mol) Előállítás: MgCl2 olvadék elektrolízisével, karbonát hevítésével kapott oxid redukciójával Felhasználás: villanófény, víz alatti fáklya, ötvözetek előállítása repülőgépekhez Magnézium ötvözetek: kis sűrűségű, de nagy szilárdságúak Magnálium: Al % Mg + nyomokban egyéb elemek kevés Mg: szilárd: repülőgép és autó alkatrészek sok Mg: törékeny, a por gyúlékony: pirotechnikában csillagszóró Duralumínium: Al + 4,5% Cu + 0,5% Mg + 0,6% Mn repülőgépek szerkezeti anyagának nagy része

9 Szervetlen kémia Mg és fontosabb vegyületei
Magnézium-hidroxid (Mg(OH)2) Gyenge lúg, vízben rosszul oldódik (Mg-O kötés erősen kovalens jellegű) Előállítás: természetben ásvány formájában előfordul Felhasználás: gyomorsav megkötő, konzerv gyümölcsök, zöldségek színének tartósítása (E528) Magnézium-klorid (MgCl2) Gyenge sav (savasan hidrolizál) Előfordulás: természetben ásvány formájában Felhasználás: Mg illetve Mg vegyületek előállítására, cementgyártás, USA-ban utak jégtelenítésére Hidrogéntárolás egy formája: Mg(NH3)6Cl2 formájában sok ammóniát köt meg, mely hevítés hatására könnyen távozik Magnézium-szulfát (MgSO4) keserűsó, Epson-só Előállítás: természetben heptahidrát formájában (MgSO4.7H2O) előfordul Felhasználás: nagy magnézium-igényű növények (burgonya, bors, rózsa) trágyázása, gyógyászatban bélmozgás elősegítő, hashajtó

10 Szervetlen kémia Ca és fontosabb vegyületei
Kalcium Ezüstfehér színű, könnyű fém. Lángfestés: téglavörös Természetben csak vegyületben fordul elő: mészkő, kalcit, márvány (CaCO3), dolomit (CaCO3.MgCO3), fluorit (CaF2) Előállítás: CaCl2 ill. CaCl2+CaF2 olvadék elektrolízisével Felhasználás: redukálószer, ötvözetek (csapágyfémben 0.7 %) fluorit kalcit kristályon

11 Szervetlen kémia Ca és fontosabb vegyületei
Kalcium-karbonát (CaCO3) Természetben leggyakrabban előforduló Ca-vegyület Felhasználás: építőipar, csiszolópor, tisztítószer CO2-t tartalmazó vízben hidrokarbonát képződése formájában oldódik, az analóg módon képződő Mg(HCO3)2-vel együtt a víz változó keménységét okozva. CaCO3 + H2O + CO Ca(HCO3)2 változó: forralással megszüntethető (visszaalakulás, CO2 gáz eltávozik) Állandó keménységet okozó sók: CaCl2, Ca(NO3)2, CaSO4, MgCl2, Mg(NO3)2, MgSO4 Megszüntetés (vízlágyítás): Ca2+ és Mg2+ ionokat csapadék formájában leválasztani, majd szűréssel eltávolítani: Ca Na2CO3 = CaCO Na+ 3Ca Na3PO4 = Ca3(PO4) Na+ Ioncserélővel: lágyvíz: lecserélni a Ca2+ és Mg2+-ionokat Na+-ionokra ionmentes víz: a víz összes idegen ionját lecserélni H3O+ illetve OH—ionokra.

12 Szervetlen kémia Ca és fontosabb vegyületei
1 2 Kalcium-szulfát (CaSO4.2H2O) = gipsz Természetben gipsz1 ill. evaporit2 ásványok formájában Felhasználás: építőipar (cement), iskolai kréta, gyógyászat (gipszelés), tűzálló fal ºC-ra hevítve a kristályvíz 75%-a távozik (cement, orvosi gipsz): CaSO4.2H2O → CaSO4.½H2O + 1½H2O (tűzálló falban lassan melegszik, mert előbb a kristályvíz távozására fordítódik a hő) teljesen kiégetett gipsz már nem tud vizet felvenni Kalcium-hidroxid Ca(OH)2 CaCO3 → CO2 + CaO (égetett mész) Égetett mészből vízzel (mészoltás): CaO + H2O → Ca(OH)2 (oltott mész) Felhasználás: építőiparban habarcs készítésre: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (megkötés a csapadékként kiváló CaCO3 miatt)

13 Szervetlen kémia Ba és Ra
Bárium (Ba) és fontosabb vegyületei: Természetben BaSO4 (barit) ill. BaCO3 formájában Lángfestés: sárgászöld Előállítás: BaCl2 elektrolízisével Felhasználás: kontrasztanyagként BaSO4 formájában (jól elnyeli a Röntgen sugarakat) és tűzijátékban. Rádium (Ra) és fontosabb vegyületei Ritka elem, urán és tóriumásványok mellett, mint azok radioaktív bomlásának terméke 28 izotópja van, mind radioaktív A szervezetbe került rádium a csontokba beépül Felhasználás: régebben sugárterápiára, ma már vannak olcsóbb sugárforrások neutronforrás: Be + a-sugárzás → neutronok