Kolloidkémia 1. előadás Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában. Szőri Milán: Kolloidkémia

Átírás

1 Kolloidkémia 1. előadás Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában 1

2 Órarend 2

3 Kurzussal kapcsolatos emlékeztető Kurzus: Az előadás látogatása ajánlott Gyakorlat kötelező! Köpenyben, előkészített jegyzőkönyvvel Minden óra előtt: kérdések a korábbi tananyaggal kapcsolatban (max. 10 perc) Klasszikus szóbeli vizsga: tételhúzás tételkidolgozás (max. 20 perc) tételkidolgozás után szóbeli (max. 20 perc) 3

4 Kolloidkémia vizsgatételek 1. Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában. Oldatösszetétel megadása. Diszperz rendszerek csoportosítása. 2. Határfelületi jelenségek I.: Gázok és gőzök adszorpciója szilárd felületen. Adszorbensek. 3. Határfelületi jelenségek II.: Folyadék-folyadék és szilárd-folyadék határfelületek. 4. Diszperz rendszerek általános jellemzése és állapotváltozásai. Kolloidstabilitás. 5. Aeroszolok, habok és emulziók. 6. Szolok és szuszpenziók. 7. Makromolekulás oldatok. 8. Asszociációs kolloidok. 9. Koherens rendszerek. 4

5 Szakirodalom Szántó Ferenc: A kolloidkémia alapjai, Gondolat Könyvkiadó, Budapest (1987). Patzkó Ágnes: A kolloidika alapjai, JATEPress, Szeged (2013). Bárány Sándor: A kolloidkémia alapjai, II. Rákóczi Ferenc Kárpátaljai Magyar Főiskola, Beregszász, (2014). Barnes G.T., Gentle I. R.: Interfacial Science, Oxford University Press, (2005). Paul C. Hiemenz, Raj Rajagopalan: Principles of Colloid and Surface Chemistry (3rd Edition), CRC Press, New York (1997). 5

6 Áttekintés Oldatösszetétel mennyiségi jellemzése Kémiai kötések 6

7 Összetétel mennyiségi jellemzése I. Tömegszázalék, m/m% [%]: 100 g oldatban (m oldat =m o.a. +m o.sz. ) lévő oldott anyag grammokban kifejezett tömege (m o.a. ), ami a tömegtört (w o.a. ) százszorosa: m m o.a. Τ m % = 100% = m o.a. 100% = w m o.a. + m o.sz m o.a. 100% oldat Térfogatszázalék, V/V% [%] 100 cm 3 oldatban (V oldat ) lévő oldott anyag térfogata (V o.a. ), ami a térfogattört ( o.a. ) százszorosa: V V % = V o.a. 100% = φ V o.a. 100% oldat Megjegyzés: a térfogatok nem összeadhatók, az oldat térfogata nem egyenlő A és B komponens térfogatának összegével! A térfogatok additívitása csak kivételesen esetekben elfogadható közelítés! Tömegkoncentráció, c T vagy o.a. [g/dm 3 ] Egy dm 3 oldatban (V oldat ) lévő oldott anyag grammokban kifejezett tömege (m o.a. ): c T = ρ o.a. = m o.a. V oldat Anyagmennyiségi koncentráció, molaritás, c [mol/dm 3 ] Egy dm 3 oldatban (V oldat ) lévő, M o.a. moláris tömegű oldott anyag mólokban kifejezett kémiai anyagmennyisége (n o.a. ): c = n o.a. = m o.a. 1 V oldat V oldat M o.a. A sűrűség nem csak a tiszta anyagok jellemzésére szolgálhat. Mivel az oldatok sűrűsége összefügg az összetétellel, így indirekt módon alkalmas lehet oldatösszetétel megadására. A sűrűség az oldat tömegének (m oldat ) és térfogatának (V oldat ) hányadosa: ρ = m oldat = m o.a. + m o.sz. V oldat V oldat 7

8 Összetétel mennyiségi jellemzése II. Molalitás vagy Raoult-koncentráció, ഥm o.a., [mol/kg] Egy kg oldószerben (m o.sz. ) lévő, M o.a. moláris tömegű oldott anyag mólokban kifejezett kémiai anyagmennyisége, (n o.a. ): m o.a. = n o.a. = m o.a. 1 m o.sz. m o.sz. Móltört, x o.a. [-] Az oldott anyag mólokban kifejezett kémiai anyagmennyisége (n o.a. ) hányad része az oldatban lévő mólokban kifejezett összes kémiai anyag anyagmennyiségnek (n o.a. +n o.sz. ): n o.a. m o.a. /M o.a. x o.a. = = n o.a. +n o.sz. m o.a. /M o.a. + m o.sz. /M o.sz. továbbá x o.a. +x o.sz. =1. A mólszázalék, % (n/n%) A móltört százszorosa: nτ n % = x o.a. 100% M o.a. Az oldatok sűrűsége összefügg az összetétellel, így indirekt módon alkalmas lehet oldatösszetétel megadására: Sűrűség, [g/cm 3 ] A sűrűség az oldat tömegének (m oldat ) és térfogatának (V oldat ) hányadosa: ρ = m oldat V oldat = m o.a. + m o.sz. V oldat 8

9 Összetétel mennyiségi jellemzése III. Ismétlésként:

10 A kémia alapmodellje az elektrosztatika Vonzás: Taszítás: 10

11 A kémia alapmodellje az elektrosztatika Vonzás: Apátia: Taszítás: 11

12 Elsőrendű kémiai kötések 12

13 Ionos kötés NaCl Na (g) + Cl (g) = NaCl Na (g) + Cl (g) = Na + (g) + Cl - (g) Elektrosztatika tartja össze Nagy EN különbség Kis EN-ból kation Nagy EN-ból anion 13

14 Potenciális energia Kovalens kötés H 2 H. H H-H távolság Nagy EN és kicsi EN különbség Elektronok eloszlási valószínűsége megnő a két atommag között. Két magányos hidrogénatomnál energetikailag kedvezőbb a hidrogénmolekula 14

15 Kovalens kötés EN Polaritás H 2 0 apoláris HI ~0,5 gyengén poláris HBr ~0,7 poláris HCl ~0,9 erősen poláris HF ~1,9 igen erősen poláris NaCl ~2,1 ionos Elektronsűrűsödés a két atom közt Kis elektronsűrűsödés a két atom közt Kis elektronsűrűség a két atom közt Apoláris Poláris Ionos ΔEN 15

16 Kovalens kötés Kötés polaritás Molekulapolaritás Elektromos dipólusmomentum vektor (μ) Elektromos dipólusmomentum ( μ ) Parciális töltés H-H apoláris nem dipólusos molekula H-F poláris dipólusos molekula Li-H poláris Li-F ionos 16

17 Fe: Fémes kötés Kis elektronegativitású elemek Jó hő- és elektromos vezetők Fémionok (atomtörzsek) Kiterjedt, delokalizált elektronfelhő 17

18 Másodrendű kémiai kötések 18

19 H 2 O molekula dipólus momentuma A poláris kötés (és elrendeződésük) következménye: az állandó elektromos dipólusmomentum (polaritás) Dipólusos molekulákat jól oldja (dipól-dipól kölcsönhatás) 19

20 További következmények Ionokat jól oldja (ion dipól kölcsönhatás) Folyékony halmazállapot (hidrogénhidas kölcsönhatás) 20

21 ion-dipól, dipól-dipól kölcsönhatás ion-dipól dipól-dipól pl. sók vizes oldata pl. éter (foly. áll.) 21

22 Van der Waals kölcsönhatás A molekulán belül kovalens kötés apoláris molekula dipólus keletkezik fluktuáció Molekulák közt gyenge kölcsönhatás másik apoláris molekula Indukált dipól-indukált dipól kölcsönhatás 22

23 Kémiai kötések ELSŐDLEGES MÁSODLAGOS IONOS KOVALENS FÉMES HIDROGÉN- KÖTÉS DIPÓL-DIPÓL, ION- DIPÓL, VAN DER WAALS v. DISZPERZIÓS Különböző kölcsönhatási energiájúak! 23

24 Következmények Inhomogén molekuláris elektromos töltéseloszlás Különböző erősségű intramolekuláris kölcsönhatások (preferált orientációk, részecskepárok) Nagyobb molekulák térkitöltése Térbeli diszkontinuitások kialakulása KOLLOID RENSZEREK KIALAKULÁSA 24

25 25