Megismerhető világ. Bevezetés a kémiába. Hullámok. Ismert kölcsönhatások. EM sugárzás fajtái (spektruma) Az atom felépítése

Átírás

1 Megismerhető világ Bevezetés a kémiába Általános kémia tudományos módszer reprodukálható kísérletek, mérések Világegyetem építőkövei anyagi testek (korpuszkulák)» nem fednek át, véges a sebességük, tömegük fizikai mezők (terek) hullámjelleg» átfedhetnek, fénysebességgel terjednek, tömeg Hullámok Közegben terjed (pl. hang) Közeg nélkül is terjed, pl. elektromágneses (EM) hullámok Transzverzális (pl. fény) Longitudinális (pl. hang) Hullámhossz, frekvencia, terjedési sebesség Ismert kölcsönhatások Gravitáció (tömegvonzás)» gyenge, de nagyon messze hat Elektromágneses kölcsönhatás» közepes erősségű, mikrovilágban és emberi léptékben kémiában ez a MEGHATÁROZÓ! Magerők (erős és gyenge kölcsönhatás)» nagyon erős, de nagyon rövidtávú 3 4 EM sugárzás fajtái (spektruma) Rádió (TV, mobil) mikro Infravörös (IR) Látható (VIS) Ultraibolya (UV) Röntgen Gamma Kozmikus Az atom felépítése atommag + elektronburok elemi részek: proton, neutron, elektron méret- és tömegarányok 5 6

2 Az atommag Rendszám Z Tömegszám A=Z+N Neutronszám N Izotópok (nyomjelzés Hevesy György) Atommagok stabilitása Radioaktív bomlás Alfa bomlás Béta bomlás negatív pozitív fordított (elektronbefogás) Sugárzások Alfa Béta Gamma 7 8 Radioaktív bomlás Bomlási sebesség Felezési idő izotópok életkora kormeghatározás Radiokarbon módszer Sugárvédelem Atommagok átalakítása Nukleonok kötési energiája Magreakciók Atommaghasadás Magfúzió 9 10 Atomok elektronszerkezete Elektron különleges viselkedése Hullámtermészet Atomi színképek vonalasak Bohr atommodellje Kvantummechanika 1926 Erwin Schrödinger és Werner Heisenberg Hullámfüggvény és értelmezése Heisenberg-féle határozatlansági reláció Kvantumszámok Főkvantumszám: n=1, 2, 3, Mellékkvantumszám: l=0,1, n-1 Mágneses kvantumszám: m=-l,..0,1,..l-1,l Spin kvantumszám: m s =-1/2, +1/2 Pauli-elv: Egy atomban bármely két elektronnak legalább egy kvantumszámban különböznie kell

3 Elektronpályák betöltése Elektronpályák, elektronhéjak, alhéjak Betöltés: Pauli-elv + energiaminimum elve Aufbau-elv 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p Kvantumkémia Spektroszkópia Hund szabály: Adott alhéjra az azonos spinű elektronok épülnek be először. (Minél több párosítatlan elektron legyen.) Maximális multiplicitás elve A periódusos rendszer A kémiai kötés Mengyelejev 1869 Sorok (periódusok) Oszlopok (fő- ill. mellékcsoportok) Ionizációs energia Elektronaffinitás Atomok mérete (kovalens és nemkötő sugár) Elektronegativitás 15 Elsőrendű Ionos (szilárd) Kovalens Fémes (szilárd) Másodrendű dipólus-dipólus diszperziós Hidrogén-kötés 16 A kovalens kötés Molekulák geometriája Molekulák elektronszerkezete kötő lazító nemkötő elektronpárok Homo- és heteronukleáris kötések Datív kötés Hibridpályák Delokalizált kötések AX 2 AX 3 AX 2 E AX 4 AX 3 E AX 2 E 2 Kötésrend 17 18

4 Kovalens kötések Kötéstávolság Kötési energia Kötésrend Polaritás (poláris-apoláris) Izoméria konstitúciós izoméria térizoméria (sztereoizoméria) cisz-transz kiralitás Konformáció 19 Halmazállapotok gáz folyékony szilárd (plazma) Halmazszerkezet 20 Gázok Folyadékok Jellemzőik (rendezetlenség) Ideális gáz modellje Gáztörvények Boyle-Mariotte: pv= áll. Gay-Lussac: p/t = áll. Egyesített gáztörvény: pv=nrt Rövidtávú rend Hosszútávú rendezetlenség Viszkozitás (belső súrlódás) Felületi feszültség Szilárd testek Fázisátalakulások Kristályos rend Amorf anyagok (üvegek) Kristályrácsok Triklin Monoklin Rombos Tetragonális (négyzetes) Romboéderes (trigonális) Hexagonális Köbös (szabályos) Olvadás, párolgás Fázisdiagramm Kritikus pont Hármaspont 23 24

5 Oldatok Oldat, oldószer fogalma Összetétel megadási módjai móltört, százalékok, molaritás (koncentráció) Kolligatív tulajdonságok Forráspont emelkedés Fagyáspontcsökkenés Ozmózis Elektromos vezetés Fémes vezetők Szigetelők Félvezetők sávelmélet (vezetési sáv, tiltott sáv) Kémiai reakciók Definíció Csoportosítás Fázis Aktiválás Reakciópartnerek száma Reakciósebesség Megfordítható reakciók egyensúly, K Reakcióhő exoterm endoterm Termodinamika (Hőtan) 1. főtétel munka, hő, belső energia energiamegmaradás ΔU=Q+W entalpia: H=U+pV 2. főtétel entrópia spontán folyamatok iránya S=Q/T szabadenergia, szabadentalpia F=U-TS G=H-TS Termokémia - Hess-tétel Sav-bázis reakciók Brönsted-féle sav protont ad le bázis protont vesz föl Sav-bázis párok (konjugált) Víz öndisszociációja (autoprotolízis) ph, poh, kémhatás Erős és gyenge savak, bázisok Hidrolízis Sav-bázis indikátorok Redoxi reakciók Redukció elektronfelvétel Oxidáció elektronleadás Oxidációs számok (fiktív töltés előjeles!) csökkenés redukció növekedés oxidáció Egyenletrendezés Pufferoldatok 29 30

6 Elektrokémia Galvánelemek Daniell-elem (Zn, Cu) Elektródok Anód oxidáció Katód redukció Elektromotoros erő, elektródpotenciál Nernst-egyenlet Elektrolízis Akkumulátorok Korrózió 31