Kémiai alapismeretek 4. hét

Átírás

1 Kémiai alapismeretek 4. hét Horváth Attila Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Kémia Intézet, Szervetlen Kémiai Tanszék szeptember / /2014 I. félév, Horváth Attila c

2 kötőerő: A molekulák között fellépő gyenge kölcsönhatás, ami az anyagi halmaz fizikai tulajdonságait befolyásolja. Semleges molekulák között jön létre, 2 fajtája van: van der Waals-féle kölcsönhatások: 1 Dipól-dipól kölcsönhatás: Dipólusmomentummal rendelkező molekulák között létrejövő másodlagos kötés, amelyben az ellentétes részleges töltésű felei a molekuláknak egymás közelében igyekeznek elhelyezkedni. Pl.: (HCl, kondenzáció 85 C-on.) Energetikailag: 0,1 10 kj/mol. 2 Dipól-indukált dipól kölcsönhatás: Egy poláris és egy apoláris molekula közt létrejövő kölcsönhatás úgy, hogy a poláris molekula enyhén polarizálja az apoláris molekulát. Pl.: HCl-Ar kölcsönhatás. Energia: kj/mol. 3 London-féle erők (pillanatnyi dipólus-indukált dipólus kölcsönhatás): Az elektronok mozgásából adódó pillanatnyi dipólus által létrehozott erő. Pl.: CH-ek. Energia: 4 40 kj/mol 2/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

3 Hidrogén-híd kötés: Nagy elektronegativitású atom nemkötő elektronpárja és egy másik molekula H-atomja között fellépő kölcsönhatás. Energia: kj/mol 1 Intermolekuláris: Molekulák között fellépő. Pl.: H 2 O, HF, NH 3 2 Intramolekuláris: Molekulán belül fellépő. Pl.: orto-hidroxi-benzaldehid. Következmény: magas op. fp. Hangyasav fp-je: 100 C, míg metil-formiát fp.-je: 34 C. o-hidroxi-benzaldehid (fp=1,5 C)[intramolekuláris], p-hidroxi-benzaldehid (fp=115,5 C) [intermolekuláris] biológiai jelentősége: RNS, DNS (bázispárok, T-A 2 db C-G 3 db H-híd) 3/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

4 Kémiai kötések segítségével értelmezni tudjuk a szilárd anyagok fizikai tulajdonságait. Szilárd anyag (Molekulárisan szilárd, fémesen szilárd, ionosan szilárd, kovalensen szilárd). Op., fp. 1 Magas: ionos, kovalens (NaCl, gyémánt) 2 Változó: fémes (lsd.: Hg, W) 3 Alacsony: molekulárisan szilárd (szilárd CO 2 ) Keménység, ridegség 1 Molekuláris: lágy, rideg (nem alakítható) 2 Fémes: változó, formálható 3 Ionos: kemény, rideg 4 Kovalens: kemény, rideg Elektromos vezetés: Fémek, jó vezetők. Kovalens, ionos általában nem vezetők (Kiv.: grafit). Ionosan szilárd anyagok olvadékaik, vizes oldataik jó vezetők. Oldhatóság: Fémesen és kovalensen szilárd vízben nem oldódnak, ionosan szilárd változó (Pl.: NaCl BaSO 4 ) 4/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

5 Köbös rács: Kocka alak. (Pl. NaCl, Cu) Hasáb rács: Négyzet alapú hasáb. (TiO 2, Sn(fehér)) Ortorombos rács: Téglatest alak. (CaCO 3, BaSO 4 ) Monoklin rács: Paralelogramma alapú egyenes hasáb. (Bórax, PbCrO 4 ) Hexagonális rács: Szabályos hatszög alapú egyenes hasáb. (grafit, ZnO) Romboid rács: Romboéder. (HgS) Triklin rács: Paralelepipedon alakú. (K 2 Cr 2 O 7, CuSO 4 5H 2 O) 5/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

6 Szolvatáció: Azon jelenségek összesége, mely azt eredményezi, hogy az oldószer molekulák körülveszik az oldott anyagot. Oldat: Olyan (általában) biner elegy, amelyben az egyik komponens mennyisége jelentősen kisebb (oldott anyag), mint a másiké (oldószer) vagy valami miatt kitüntetett szerepe van az egyik komponensnek. Koncentráció típusok: 1 tömegtört: w oa = m oldott anyag m oldat 2 tömeg%-os összetétel: w oa %=100 w oa 3 móltört (anyagmennyiségtört): x oa = n oldott anyag n összes 4 mól%-os összetétel (anyagmennyiség %-os): x oa %=100 x oa 6/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

7 5 térfogattört: φ oa = V oldott anyag V oldat 6 térfogat%-os összetétel: φ oa %=100 φ [ ] oa mol 7 moláris koncentráció (molaritás) dm 3 : c= n oldott anyag V oldat 8 tömegkoncentráció [ ] dm 3 9 hígítás : V= 1 mol c [ g dm 3 ] : ρ oa = m oldott anyag V oldat [ mol 10 molalitás (Raoult koncentráció) kg m oa = n oldott anyag m oldószer ] : 7/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

8 1. feladat: 100 g vízben 22,0 g CaCl 2 oldható fel. Az oldat sűrűsége 1,15 g/cm 3. Mekkora a CaCl 2 tömegtörtje, móltörtje, koncentrációja, tömegkoncentrációja, molalitása, hígítása, a tömeg%-os és mól%-os százalékos összetétele? M r(cacl 2 )=111, M r(h 2 O)=18 Megoldások: m CaCl2 22g 1 w CaCl2 = m CaCl2 +m víz = 22g + 100g =0, w CaCl2 %=100 w CaCl2 =100 0,1803=18,03% 3 n CaCl2 = m CaCl 2 M r(cacl 2 ) = 22 g 111 g/mol M r(h 2 O) = 100 g 18 g/mol n H2 O= m H 2 O =0,198 mol =5,556 mol 0,198 mol n CaCl2 +n víz = 0,198 mol+5,556 mol =0,0344 x CaCl2 = n CaCl 2 4 x CaCl2 %=100 x CaCl2 =100 0,0344=3,44 % 5 V oldat = m oldat ρ oldat = 100g+22g 1,15g/cm 3 =106,1 cm 3 =0,1061 dm 3 c CaCl2 = n CaCl 2 0,198 mol V oldat = 0,1061 dm 3 =1,866 mol/dm 3 6 V= 1 c = 1 1,866 mol/dm 3 =0,536 dm 3 /mol 22 g 7 ρ CaCl2 = m CaCl 2 V oldat = =207,4 g/dm 3 0,1061 dm 3 8 m CaCl2 = n CaCl 2 0, 198mol = =1,98 mol/kg m víz 0, 1kg 8/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

9 2. feladat: Hány cm 3 60,65 w%-os 1,51 g/cm 3 sűrűségű kénsavoldatot kell bemérnünk 5 dm 3 2,0 mol/dm 3 koncentrációjú kénsavoldat elkészítéséhez? M r (H 2 SO 4 )=98,08 Megoldás: Szükséges n H2 SO 4 =c V oldat =2,0 mol/dm 3 5 dm 3 = 10,0 mol m H2 SO 4 =n H2 SO 4 M r (H 2 SO 4 )=10,0 mol 98,08 g/mol= 980,9 g w H2 SO 4 = w% 100 =0,6065 m oldat = m H 2 SO 4 w H2 SO 4 = 980, 8 g 0, 6065 =1617,1 g V oldat = m oldat = 1617, 1 g =1071 cm3 ρ 1, 51 g/cm3 9/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

10 3. feladat: Hány cm 3 0,005 mol/dm 3 koncentrációjú ecetsavoldatot kell hígítani vízzel úgy, hogy 100 cm mol/dm 3 koncentrációjú ecetsavoldatot kapjunk? Megoldás: Készítendő oldathoz szükséges ecetsav: n es,vég =c es,vég V oldat,vég =10 4 mol/dm 3 0,1 dm 3 = 10 5 mol. Hígítás során az anyagmennyiség állandó!! Ezért: n es,vég =n es,kiind =10 5 mol V oldat,kiind. = n es,kiin 10 5 mol = c es,kiin 0, 005 mol/dm 3 = dm 3 = 2,0 cm 3 10/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

11 Oldat: Speciális szilárd-folyadék vagy folyadék-folyadék, esetleg gáz-folyadék elegy, ahol az egyik anyag nagy feleslegben van a másik vagy többi anyaghoz képest, vagy az oldószernek (víz) kitüntetett szerepe van. Pl.: sóoldatok, kénsavoldat, ammóniaoldat. Gázelegyek: összetétel megadás parciális nyomásokkal. p i =x i p Folyadékelegyek: 1 korlátozott elegyedés: Létezik olyan összetétel, ahol két különböző összetételű fázisra esik szét az elegy. (Pl.: víz-benzin) 2 korlátlan elegyedés: Bármilyen összetétel mellett homogén, egy fázisú marad az elegy. (Pl.: ecetsav-víz) szilárd-folyadék elegy: 1 Oldhatóság: Az a maximális mennyiségű anyag, melyet adott hőmérsékleten oldott állapotban lehet tartani. 2 Telített oldat: Adott körülmények között a maximális mennyiségű oldott anyagot tartalmazza. Újabb oldott anyag hozzáadása új fázis megjelenéséhez vezet. 11/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

12 Gáz-folyadék elegy: Henry törvény p oldott a =K H x oldott a Víz fázisdiagramja: Olvadáspont görbe, Gőznyomás görbe, Szublimációs görbe 12/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

13 : A híg oldatok azon tulajdonságai, amelyek csak a részecskeszámtól, nem pedig azok anyagi minőségétől függenek. 1 Tenziócsökkenés: Az oldószer gőznyomása nem illékony oldott anyag hozzáadására a Raoult törvény szerint változik: p oldószer =p 0 oldószer x oldószer Mivel p = p 0 oldószer p oldószer = p 0 oldószer p0 oldószer x oldószer = p 0 oldószer (1 x oldószer) = p 0 oldószer x oldott anyag 2 Fagyáspontcsökkenés: T fagy = T M,fagy m oldott a, ahol T M,fagy a molális fagyáspontcsökkenés. (Alkalmazás: hűtőfolyadékok, utak sózása, moláris tömeg meghatározása) Utóbbi: M oldott a = T m,fagy T fagy moldott a m oldószer 13/ /2014 I. félév, Horváth Attila c

14 3 Forráspont-emelkedés: T forr = T M,forr m oldott a, ahol T M,forr a molális forráspont-emelkedés. Alkalmazás: hűtőfolyadékok, moláris tömeg meghatározás. Utóbbi: M oldott a = T m,forr moldott a T forr m oldószer 4 Ozmózis: Az oldószer molekulák áramlási jelensége egy félig átersztő hártyán keresztül, ami arra törekszik, hogy az oldott anyag koncentrációját a hártya mindkét oldalán kiegyenlítse. Felismerés XIX. sz. eleje, első mérés Pfeffer 1877 (π=2/3 atm 1%-os cukoroldatban!) magyarázat van t Hoff (1885) π=crt Alkalmazás: fiziológiás sóoldat: π oldat =π sejt (0,9 w%-os NaCl oldat), moláris tömeg meghatározás (különösen nagy moláris tömegek esetén!) Utóbbi: M oldott a = m oldott art πv 14/ /2014 I. félév, Horváth Attila c