Általános kémia (Óraszám: 3 + 2 + 3) (Kreditszám: 5 + 2 + 2) Tantárgyfelelős: Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár Meghírdető tanszék: Szervetlen és Analitikai Kémia Debrecen, 2005
A tárgy neve: Általános kémia (előadás) Tantárgyfelelős: Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár A tárgy oktatója: Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár Óraszám/hét: 3 óra Kreditszám: 5 Számonkérés módja: kollokvium Tematika: A tárgy a tanulmányaikat kezdő, különböző alapképzettségű hallgatóknak bevezetést nyújt a kémiába, lehetővé teszi ismereteik összehangolását és előkészíti a további alapozó tárgyak (szervetlen, szerves, fizikai és analitikai kémia) oktatását. Tartalma: A kémia tárgya és fejlődése, kapcsolata más természettudományokkal. Az atom- és molekulafogalom kialakulása, az atomok felépítése, atommodellek. A kémiai kötés különböző formái, a molekulák és halmazok szerkezete. Gázok, folyadékok és szilárd testek jellemzése, halmazállapotváltozások. A sztöchiometria alaptörvényei. A kémiai reakciók energetikai és kinetikai jellemzése. A kémiai egyensúly és alkalmazási lehetőségei. A kémiai reakciók csoportosítása, sav-bázis és redoxireakciók, az elektrokémai alapjai. Ajánlott irodalom: 1. Brücher Ernő: Általános kémia (anyagszerkezet) (Egyetemi jegyzet, Debrecen, 2002.) 2. Gergely Pál: Általános és bioszervetlen kémia (Semmelweis Kiadó, Budapest, 2001.) 3. J. McMurray, R.C. Fay: Chemistry (Pearson Education, Inc., New Jersey, 2004.) A tárgy részletes tematikája: 1. hét: A természettudományok tárgya és felosztása. A kémia kialakulása és fejlődésének rövid áttekintése. Az atom és molekulafogalom kialakulása és fejlődése, a kémiai és fizikai változás fogalma. A kémia felosztása és szerepe napjainkban. A tömeg és energiamegmaradás törvénye, kapcsolatuk. A mérés szerepe a kémia tudománnyá válásában, a fontosabb fizikai mennyiségek és mértékegységeik. Az SI egységrendszer alapjai, a fontosabb alap- és származtatott mennyiségek és mértékegységeik. A kémia mennyiségi törvényei, a sztöchiometria alapjai. Az állandó és többszörös súlyviszonyok törvénye. A vegyülő gázok térfogati törvénye. A daltoni atomelmélet alapfeltevései és az Avogadro tétel. A relatív atom- és molakulatömeg fogalma. A kémiai anyagmennyiség és mértékegysége, a mól fogalma, az Avogadro állandó. Az elemek és vegyületek jelölése, vegyjel, képlet (tapasztalati, molekula és szerkezeti képlet) jelentése. Az izoméria fogalma és egyszerűbb formái a szerves és koordinációs vegyületek körében.
2. hét: A vegyérték és oxidációs szám fogalma. Az oxidációs szám szerepe a szervetlen kémiában. A kémiai egyenlet és a kémiai számítások alapjai. A kémiai reakciók csoportosítási lehetőségei. Az anyag atomos szerkezetének és az atomok oszthatóságának kísérleti bizonyítékai. Az elektron és az atommag felfedezése, a Rutherford-féle szórási kísérlet. Az elemi részecskék (proton, neutron és elektron) jellemző paraméterei. Az atommag felépítése, izotópok fogalma, gyakorlati jelentőségük. A relatív atom- és molekulatömeg meghatározásának kísérleti módszerei. A tömegspektrometria alapelve és alkalmazási területei, a dublett módszer lényege. 3. hét: A radioaktivitás felfedezése, a radioaktív sugárzás típusai, élettani hatásaik és ipari, gyógyászati alkalmazásaik. A radioaktív bomlástörvény, természetes bomlási sorok. Az Einstein-féle tömegenergia ekvivalencia elv, a tömegdeffektus. A magfúzió és maghasadás elvi alapjai és gyakorlati alkalmazásaik. Az atomok energiájának kvantumszerű változása, a foton hipotézis. A Bohr-féle atommodell és alkalmazása a hidrogénatom esetén. A hidrogénatom pályasugarainak és energiájának kiszámítása. Az elektromágneses sugárzás jellemzői, a sugárzás és az anyagi rendszerek kapcsolata, emisszió, abszorpció és a színképek eredete. A hidrogénatom vonalas színképének értelmezése a Bohr modell alapján. A röntgensugárzás eredete, értelmezése és gyakorlati jelentősége. 4. hét: Az anyag kettős természete, anyaghullámok. A Heisenberg-féle határozatlansági reláció. A kvantummechanikai atommodell alapjai és alkalmazhatósága a hidrogénatom esetén. Az atompályák alakja, a pályafüggvény távolságtól és szögtől függő részeinek jelentése. A kvantumszámok és jelentésük. A többelektronos atomok kvantummechanikai tárgyalása. Az atompályák sugarának és energiájának változása a rendszám függvényében. A periódusos rendszer formáinak történeti fejlődése, a hosszú periódusos rendszer elektronszerkezeti felépítése, az energiaminimum elve, a Pauli elv és a maximális multiplicitás elve. 5. hét: A periódikusan változó atomi paraméterek (ionizációs energia, elektronaffinitás, atomméret, atomtérfogat) jelentése és változásuk a rendszám függvényében. A van der Waals-, fématom- ion- és kovalens sugár fogalma, változásaik. Az elektronegativitás fogalma, kiszámítási lehetőségei (Pauling, Mullikan és Allred-Rochov-féle skálák). Az elektronegativitás jelentősége és változása a rendszám függvényében. A kémiai kötés különböző formái, összehasonlító jellemzésük. Az ionkötés lényege a rácsenergia értékét befolyásoló tényezők. A fémes kötés jellemzése, kialakulásának feltételei. 6. hét: A kovalens kötés jellemzése, kialakulásának feltételei, a kötéselméletek fejlődése. A vegyértékkötés (VB) módszer alapjai és alkalmazhatósága. A rezonanciaelmélet és alkalmazásai, a delokalizált molekulapályák jelentősége. A pályahibridizáció fogalma, típusai, a szénatom lehetséges hibridállapotai és az egyszerűbb szerves vegyületek térszerkezetének értelmezése a hibridizáció alapján. A molekulapálya (MO) módszer alapjai és alkalmazása homonukleáris kétatomos molekulák (H 2, N 2 és O 2 ) esetén. A molekulapályák típusai, kötő, nemkötő és lazító pályák. A σ- és π-típusú molekulapályák főbb jellemzői. A molekulák alakja, a hibridizáció és a vegyértékelektronpár taszítási elmélet alkalmazása az összetett molekulák térszerkezetének értelmezésére. Néhány egyszerűbb szervetlen és szerves vegyület térszerkezetének részletes tárgyalása.
7. hét: A kémiai kötés különböző formái közötti átmenet lehetőségei. Az ionok polarizációja, a polarizálóképesség és a polarizálhatóság mértékét befolyásoló tényezők, a viszontpolarizáció. A kovalens kötés polaritása, poláris és apoláris molekulák. A másodrendű kémiai kötőerők energetikai jellemzése és típusai. A dipólus-dipólus, dipólus-indukált dipólus és diszperziós kölcsönhatás eredete, értéküket befolyásoló tényezők. A hidrogénkötés kialakulásának feltételei, a hidrogén-florid és a víz szerkezete, a hidrogénkötés jelentősége a szerves vegyületek körében. A makroszkópikus anyagi halmazok szerkezete, típusaik. A molekula-, ion-, atom- és fémrácsos anyagok kötésviszonyai és jellemző tulajdonságaik. A rácsszerkezet és a fizikai/kémiai tulajdonságok (olvadáspont, forráspont, szín, szag, keménység, megmunkálhatóság, vezetés, oldhatóság, kémiai reaktivitás) közötti összefüggések értelmezése. 8. hét: Az anyagok mágneses és dielektromos sajátságai. A dielektromos polarizáció, dia- para- és ferromágneses anyagok. A halmazállapotok általános jellemzése, típusai, az összetartó erők és a rendezettség szerepe. A kinetikus gázelmélet alapjai, ideális és reális gázok. A gáztörvények (Boyle- Mariotte és Gay-Lussac törvények) az ideális gázok állapotegyenlete. Gázelegyek, parciális nyomások törvénye. A folyadékok általános jellemzése, felületi feszültség és viszkozitás fogalma. A folyadékkristályok. A szilárd testek általános jellemzése, csoportosításuk: kristályos, üvegszerű, és amorf anyagok. A halmazállapot-változások: olvadás, fagyás, párolgás, kondenzáció, szublimáció. 9. hét: Az összetett (többkomponensű) anyagi rendszerek típusai, homogén és heterogén rendszerek fogalma, fázisok. A kolloid rendszerek főbb jellemzői és felosztásuk. A fázisdiagramok jelentése, a víz, a szén-dioxid és az elemi kén fázisdiagramjának értelmezése. Az olvadás- és forráspont fogalma, értéküket befolyásoló tényezők. A hármaspont, a kritikus hőmérséklet és nyomás jelentése. A termodinamikai hőmérsékleti skála. Az oldatok jellemzése, az oldhatóságot befolyásoló tényezők, az oldatok töménysége, koncentráció-egységek. Elektrolit- és nemelektrolit oldatok, az elektrolitos disszociáció. A híg oldatok törvényei: az oldatok gőznyomása, a fagyáspontcsökkenés és forráspont emelkedés törvénye, gyakorlati alkalmazásaik. Az ozmózisnyomás kiszámítása, az ozmózis biológiai jelentősége. 10. hét: A termokémiai alapjai. A hőmennyiség fogalma, kiszámítása. A termodinamikai első főtétele, a belső energia és az entalpia jelentése. A reakcióhő jelentése, értékét befolyásoló tényezők, exoterm és endoterm folyamatok. A Hess-tétel. A képződéshő fogalma és gyakorlati jelentősége. A fázisátalakulási hők és az oldáshő jelentése, értéküket befolyásoló tényezők. A kötési energia fogalma, a reakcióhő és a kötési energia kapcsolata. A spontán végbemenő kémiai folyamatok iránya, a termodinamika II. főtétele. A szabadentalpia és az entrópia jelentése. 11. hét: A kémiai folyamatok sebessége, a reakciósebesség függése a koncentrációtól és a hőmérséklettől. A reakciók rendűsége. Az aktiválási energia és szerepe a kémiai folyamatokban. Katalizátorok és működésük, homogén és heterogén katalitikus reakciók. Az enzimek. A fotokémiai folyamatok típusai, a kvantumhasznosítási tényező jelentése. A kémiai egyensúly jellemzése és az egyensúlyi állandó
jelentése. Az egyensúlyok eltolásának lehetőségei. A Le-Chatelier elv, a kémiai egyensúly függése a hőmérséklettől és a nyomástól. 12. hét: A heterogén egyensúlyi rendszerek jellemzése. Oldékonysági egyensúlyok és az oldhatósági szorzat. Az oldhatóság hőmérsékletfüggése. Gáz-folyadék és folyadék-folyadék egyensúlyok, a megoszlás és extrakció jelentősége. Sav-bázis elméletek. Az Arrhénius sav-bázis elmélet alapfeltevései. A Brönsted-Lowry (protolitikus) elmélet lényege, savak és bázisok fogalma. A savak és bázisok erőssége. A szupersavak jellemzése. A disszociációfok és disszociációállandó jelentése, kapcsolatuk. 13. hét: A vizes oldatok jellemzése, a víz disszociációja, a vízionszorzat. A ph fogalma és kiszámítása. Az amfotéria fogalma, jelentősége. Pufferoldatok és indikátorok működése. A sóoldatok kémhatása. A Lewis-féle sav-bázis elmélet lényege. A komplexvegyületek fogalma, a komplexképződési egyensúly jellemzése. A kemény és lágy savak és bázisok (hard-soft sav-bázis elmélet) jelentősége. 14. hét: Az elektrokémai alapjai. A galvánelemek működése és az elektródpotenciál fogalma. A galvánelemek elektromotoros erejének kiszámítása, a standard elektródpotenciálok szerepe a kémiában, oxidáló- és redukálószerek. A redoxifolyamatok egyensúlya. A víz mint redoxi rendszer. Az elektrolízis, bomlásfeszültség és túlfeszültség fogalma. Az elektrolízis mennyiségi törvényei. Az oldatés olvadékelektrolízis ipari alkalmazásai. A kémiai áramforrások típusai, szárazelemek és akkumulátorok.
A tárgy neve: Általános kémia (gyakorlat) Tantárgyfelelős: Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár A tárgy oktatója: Dr. Várnagy Katalin egyetemi docens Óraszám/hét: 3 óra Kreditszám: 2 Számonkérés módja: gyakorlati jegy Tematika: A laboratóriumi gyakorlat célja, hogy a kezdő, különböző előképzettségű hallgatókat bevezesse a laboratórium munkába, ismereteiket egységes szintre hozza és előkészítse a további laboratóriumi gyakorlatok (szervetlen-, szerves-, fizikai- és analitikai kémiai gyakorlatok) oktatását. Tartalma: Az alapvető laboratóriumi (üveg-, fém- és fa-) eszközök használatának, a legegyszerűbb kémiai mérőmódszereknek (tömeg-, térfogat-, hőmérséklet-, sűrűségmérés) és az egyszerű laboratóriumi műveleteknek (melegítés, hűtés, oldatkészítés, hígítás, kristályosítás, dekantálás, szűrés, titrálás, gázfejlesztés, gázpalackok kezelése) a megismerése. Néhány egyszerű szervetlen kémiai preparátum előállítása és a kémiai alapjelenségek vizsgálata egyszerű kísérleteken keresztül az alapműveletek alkalmazását, gyakorlását szolgálja. Ajánlott irodalom: 1. Dr. Lengyel Béla, Általános és szervetlen kémiai praktikum (Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest) 2. Kollár György, Kis Júlia, Általános és szervetlen preparatív kémiai gyakorlatok (Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest) 3. Stephen Murov, Brian Stedjec, Experiments in basic chemistry (Wiley, New York) A kurzus részletes tematikája (heti bontásban) A heti 3 órás laboratóriumi gyakorlatra (3x14 = 42 óra) tömbösítve 10 héten keresztül heti 4 órában (+ 2 óra befejezés) kerül sor. 1. hét Bevezetés a laboratóriumi munkába A laboratóriumban a biztonságos és balesetmentes munkavégzés feltételei és módjai: a kísérletező munka legfontosabb szabályai: a laboratóriumi rend, baleseti források és balesetmegelőzés, a legfontosabb balesetvédelmi, tűzvédelmi szabályok, a vegyszerek használata. A laboratóriumi fa-, üveg-, fém-, parafa- és gumieszközök bemutatása, legfontosabb laboratóriumi alkalmazási lehetőségeik. A gázégő használata, üvegmegmunkálási lehetőségek a laboratóriumban. 2. hét
Tömegmérés, térfogatmérés A tömeg- és térfogategységek átismétlése: a metrikus és az SI mértékrendszer. Az értékes jegy fogalma és alkalmazása a mérési eredmények megadásában. A helyesség és a precizitás jelentése. Megismerkedés a laboratóriumi tömegmérő eszközökkel, mérés tára- és analitikai mérlegen. A legfontosabb hiteles (pipetta, büretta, mérőlombik) és egyéb térfogatmérő eszközök (mérőhenger, főzőpohár) bemutatása, példák a laboratóriumi munkában való alkalmazásukra, használatuk elsajátítása. A térfogatmérő eszközök kalibrálásának jelentése, jelentősége. Egy adott térfogatmérő eszköz kalibrálásán keresztül egyrészt a bemutatott tömeg- és térfogatmérő eszközök használatának gyakorlására, másrészt a sűrűség, tömeg és térfogat közötti összefüggés alkalmazásával a kalibrálás fogalmának megértésére van lehetőség. Mérés tára- és analitikai mérlegen. A pipetta, büretta, mérőlombik használatának gyakorlása. Egy adott térfogatmérő eszköz kalibrálása. 3. hét Oldatkészítés szilárd anyagból kiindulva, sűrűségmérés Az oldatkészítés a kísérleti munka során végzett egyik legfontosabb előkészítő művelet lehetőségeinek megismertetése, a szilárd anyagból való oldatkészítés lépéseinek bemutatása. Egy adott koncentrációjú oldat készítésén keresztül a porítás műveletének megismerésére, a tömegmérés és a mérőlombik feltöltésének alkalmazására, és egyúttal az egyik legalapvetőbb laboratóriumi műveletet elsajátítására, valamint a koncentráció fogalmának elmélyítésére van lehetőség. A sűrűségmeghatározás eszközeinek (piknométer, areométer), használatának bemutatása, és ez alapján az oldatok (elegyek) koncentrációja meghatározásának megismertetése. A készített oldat pontos sűrűségének meghatározásával (piknométer segítségével) a sűrűség fogalmának elmélyítésére, és a készített oldat tömegszázalékos összetételének meghatározására van alkalom. Másrészt a sűrűségmérés ismeretlen összetételű oldatok, pl szörpök, üdítők vízben oldható szárazanyag-tartalmának, szeszesitalok etilalkohol-tartalmának a meghatározására is lehetőséget teremt, amit az élelmiszeriparban alkalmaznak. Egy gyümölcslé, szörp stb. sűrűségének mérése areométerrel és ebből a cukortartalom meghatározása egyrészt a módszer megismerésére, alkalmazására ad lehetőséget, másrészt a mindennapi élettel, a gyakorlati alkalmazással való kapcsolatra is rávilágít. Adott koncentrációjú oldat készítése kristályos sóból kiindulva. A készített oldat sűrűségének meghatározása piknométerrel, az oldat tömegszázalékos összetételének megadása. Egy gyümölcslé/szörp cukortartalmának meghatározása areométeres sűrűségméréssel.
4. hét Dekantálás, centrifugálás, szűrés, kristályosítás A szilárd anyagok és folyadékok elválasztási lehetőségeinek dekantálás, centrifugálás és különböző szűrőberendezéseken (sima-, redős-, Büchner- és üvegszűrő) való szűrés megismertetése, a szűrés gyakorlása. Példák bemutatása a különböző szűrőkön, különböző céllal történő szűrésre, ezen keresztül annak elmélyítése, hogy a laboratóriumi eszközök célnak megfelelő kiválasztása, alkalmazása nagyon fontos tényező a laboratóriumban végzett munkában. Egy szennyezett szilárd anyag megtisztításával az elválasztás és a kristályosítás elvének elmélyítésére, a különböző szűrőberendezéseken (szűrés redős szűrön légköri nyomáson, Büchner- vagy üvegszűrön vákuum alkalmazásával) való szűrés gyakorlására, és az egyik komponens tömegének ismeretében a szilárd anyag tisztaságának százalékos megadására van alkalom. A feladat igényli a laboratóriumban melegítésre használt eszközök (gázégő, víz- és olajfürdő) és hűtőoldatok, -elegyek megismerését, alkalmazását. Szűrés sima-, redős-, Büchner és üvegszűrő alkalmazásával. Szennyezett szilárd anyag tisztítása átkristályosítással. 5. hét Szilárd keverék tömegszázalékos összetételének meghatározása, preparátum készítése Ismert komponensekből álló keverék összetételének meghatározása többféle módon lehetséges: a komponens(ek) valamely kémiai reakcióját követő tömegváltozásból, a reakció során keletkező termékek tömégének, térfogatának meghatározásából, illetve a fizikai tulajdonságokban levő különbségek (pl. oldhatóság, olvadás-, forráspontbeli különbség) alapján. Számos ilyen ún. keverékes típusú feladat szerepel a kémiai számítási feladatok között, így egy ilyen feladat elvégzése nemcsak az eddig megtanult laboratóriumi műveletek (tömegmérés, oldás, melegítés, hűtés, szűrés) gyakorlására ad alkalmat, de kapcsolatot jelent a korábban csak elméleti úton megoldott számítási feladatokkal is. Egy vegyület előállítása adott recept alapján egyrészt az eddig megtanult laboratóriumi alapműveletek alkalmazására ad lehetőséget, másrészt szükségessé teszi, hogy a hallgató a több lépésből álló feladat végzése során átgondoltan szervezze meg a saját munkáját, és az egyes lépéseknél a célnak legmegfelelőbb eszközök kiválasztásával, a műveletek pontos végrehajtásával megfelelő minőségű és mennyiségű vegyületet állítson elő. A kitermelés, elméleti hozam fogalmának, számításának megtanulása pedig a további mindennapi laboratóriumi munkához nélkülözhetetlen. Szilárd keverék tömegszázalékos összetételének meghatározása Preparátum készítése: kettős só előállítása 6. hét Laboratóriumi gázfejlesztés, gáztörvények
Megismerkedés a gázok laboratóriumi előállításának módjaival, eszközeivel: gázpalack, egyszerű gázfejlesztő, csiszolatos gázfejlesztő, Kipp-készülék, Deville-palack. A gázok tisztításának, szárításának lehetőségei, feltételei, eszközei. Egy adott gáz (oxigén) csiszolatos gázfejlesztő készülékben való előállítása és kísérletezés a fejlesztett gázzal módot ad annak elsajátítására, hogyan kell több részből álló, csiszolatos eszközöket összeszerelni, használni, gázokat felfogni, kimutatni, gázokkal kísérletezni. Egy illékony folyadék moláris tömegének meghatározása példa arra, hogyan lehet egyszerű eszközökkel és módszerrel valamely anyag moláris tömegét közelítően meghatározni. A kísérleti eredmények kiértékelése egyúttal az ideális gáz és reális gáz, az abszolút és relatív hiba fogalmának, valamint az általános gáztörvénynek az ismeretét, alkalmazását is igényli. Laboratóriumi gázfejlesztő készülékek és a gázpalack kezelésének bemutatása Oxigén előállítása csiszolatos gázfejlesztő készülékben, kísérletek oxigénnel. Moláris tömeg meghatározása az általános gáztörvény alapján 7. hét Oldatkészítés, kémcsőkísérletek Az oldatkészítés lehetőségeinek átismétlése, a tömény oldatból hígítással történő oldatkészítés bemutatása. Egy adott koncentrációjú sav- vagy lúgoldat készítésén keresztül a tömény oldatokkal való bánásmód, a tömény oldatok hígítási szabályainak megismerésére, elmélyítésére, az oldatkészítéssel kapcsolatos lépések, valamint a koncentrációszámítás átismétlésére, gyakorlására van lehetőség. Ugyanakkor az ily módon - tömény oldatból hígítással történő oldatkészítéssel az oldat koncentrációjának közelítő jellege és a pontos koncentráció egyéb módszerrel való meghatározásának szükségessége is hangsúlyt kap. Néhány csapadékképződéssel és gázfejlődéssel járó reakció vizsgálata lehetőséget ad a kémcsőkísérletek kivitelezésének, a reagens oldatok használatának elsajátítására. A kísérletező munkához elengedhetetlen lépés a tapasztalatok pontos megállapítása, rögzítése, és ebből és a kémiai ismeretekből a tapasztalatok magyarázata. Ez egyúttal az egyszerű kémiai reakciók felírási, rendezési szabályainak átismétlésére, elmélyítésére, és bizonyos anyagismeret megszerzésére is lehetőséget teremt. A preparátum készítése a már megtanult laboratóriumi műveletek (tömegmérés, oldás, melegítés, szűrés, kristályosítás), valamint a kitermeléssel kapcsolatos számítások gyakorlására ad lehetőséget, és a laboratóriumi munka szervezésében, az eszközök helyes kiválasztásában, a recept alapján való pontos munkavégzésben további tapasztalatok szerzését biztosítja. Adott koncentrációjú sav/lúgoldat készítése tömény oldatból hígítással Egyszerű kémcsőkísérletek: csapadékképződéssel és gázfejlődéssel járó reakciók tanulmányozása Preparátum készítése: fémsók előállítása fémből kiindulva 8. hét
Sav-bázis titrálás A sav-bázis titrálás az egyik legalapvetőbb analitikai meghatározási módszer elvének és kivitelezésének bemutatása, megismertetése. A készített sav- vagy lúgoldat koncentrációjának sav-bázis titrálással való meghatározása a titrálás lépéseinek, a szükséges térfogatmérő- és egyéb eszközök használatának megismerését, gyakorlását teszi lehetővé. A titrálási eredmények kiértékelése, a pontos koncentráció kiszámítása a koncentráció fogalmának, számításának elmélyítését is szolgálja, és egyúttal elősegíti más titrálással kapcsolatos számítási feladat megoldási menetének megértését. A sav-bázis titrálás nemcsak közvetlen koncentrációmeghatározásra alkalmas, hanem szilárd anyagok, folyadékok sav- vagy lúgtartalmának, tisztaságának, ismeretlen savak, bázisok moláris tömegének, értékűségének megadására is alkalmazható. Ilyen eljárásokat az élelmiszeriparban és egyéb ipari eljárások során is alkalmaznak. Egy háztartási ecet, vízkőoldó, egyéb élelmiszer összsavtartalmának, egy szilárd sav tisztaságának meghatározása egyrészt a sav-bázis titrálás alkalmazására ad lehetőséget, másrészt a mindennapi élettel, a gyakorlati alkalmazással való kapcsolatra is rávilágít. A készített sav/lúgoldat pontos koncentrációjának meghatározása sav-bázis titrálással Egy mindennapokban használt anyag (háztartási ecet, vízkőoldó stb.) savtaralmának meghatározása savbázis titrálással. Szilárd anyag moláris tömegének, illetve tisztaságának meghatározása sav-bázis titrálással 9. hét Kémia alapjelenségek vizsgálata egyszerű kísérleteken keresztül A kémiai mérőmódszerek alkalmazása nagyon gyakran a mérési adatok megfelelő matematikai műveletek utáni ábrázolásat, az ábrázolásból a szükséges paraméterek leolvasását jelenti. Ez ma már elsősorban számítógépes adatkezelést és kiértékelést jelent. Egy egyszerű kémiai alapjelenség vizsgálata különböző adatok mérésén, ábrázolásán és kiértékelésén keresztül ugyanakkor az értékelés hátterének megértését, a szükséges matematikai ismeretek elmélyítését igényli. A gyakorlaton elvégzendő három feladat három egymástól teljesen különböző jelenséget vizsgál. Mindhárom esetben azonban az adatok táblázatban való rögzítésére, ábrázolására, megfelelő matematikai művelettel való átszámítására, egyenes vagy görbe illesztésére, és ebből következtetések levonására van szükség. A kiértékeléshez így szükséges a függvény, az egyenes meredeksége, egyenlete, tengelyekkel való metszéspontjának meghatározása, jelentése ismerete. A gyakorlat során emellett a csapadékképződéssel járó reakciók, az abszolút hőmérsékleti skála és a reakciósebességgel kapcsolatos elméleti ismeretek átismétlése, elmélyítése is szükséges. Csapadék összetételének meghatározása Abszolút hőmérsékleti skála alsó pontjának közelítő meghatározása A reakciósebesség hőmérséklet- és koncentrációfüggésének tanulmányozása
10. hét Extrakció, egyszerű kémcsőkísérletek, elektrokémiai alapjelenségek Az extrakció egy újabb alapvető elválasztási művelet lehetőségeinek, eszközeinek, végrehajtásának bemutatása. Egy szilárd keverékből az egyik komponens extrakció útján történő kinyerésével az extrakció műveletének megtanulására, alkalmazására van lehetőség. Ez alkalmat ad az apoláris, poláris oldószerről, egymással nem elegyedő folyadékokról, megoszlásról, oldhatóságról tanultak átismétlésére, elmélyítésére. A kémhatásról, ph-ról, egyensúlyi folyamatokról, komplexképződésről, komplexek stabilitásáról, az alapvető elektrokémiai jelenségekről, elektródpotenciálról tanultak megértésére, elmélyítésére több egyszerű kémcsőkísérlet végrehajtása ad alkalmat. Egyúttal a kémcsőkísérletek végrehajtásáról korábban tanultak átismétlésére, gyakorlására van lehetőség. A Daniell-elem összeállítása, tanulmányozása pedig az elektrokémiai ismeretek átismétlésén, elmélyítésén túl a kémiatörténettel való kapcsolatra is rávilágít. Folyadék-folyadék extrakció bemutatása, alkalmazása elválasztásra Sóoldatok kémhatásának vizsgálata Komplexképződési egyensúlyok tanulmányozása A reakciók irányának megbecsülése a standardpotenciál alapján Daniell-elem összeállítása
A tárgy neve: Kémiai számítások (szeminárium) Tantárgyfelelős: Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár A tárgy oktatója: Dr. Várnagy Katalin egyetemi docens Óraszám/hét: 2 óra Kreditszám: 2 Számonkérés módja: gyakorlati jegy Tematika: A szeminárium célja az alapvető sztöchiometriai-, koncentráció- és ph-számítási feladatok megoldási módszereinek, illetve az egyenletrendezés alapelveinek megismertetése. Tartalma: Az alapfogalmak (vegyjel, képlet, anyagmennyiség, relatív- és moláris tömeg) alkalmazása sztöchiometriai számítási feladatokban. Koncentrációegységek (százalékos összetétel, molaritás, molalitás, tömegkoncentráció) megismerése és alkalmazása koncentrációszámítási feladatokban. Az egyenletrendezés alapelvei (láncszabály és oxidációs szám alapján), alkalmazásuk kémiai számítási feladatokban. A gáztörvények megismerése, alkalmazásuk kémiai számítási feladatokban. A ph fogalma, egyértékű erős savak és bázisok ph-jának számítása. Ajánlott irodalom: 1. Farkas E., Fábián I., Kiss T., Posta J., Tóth I., Várnagy K: Általános és analitikai kémiai példatár (egyetemi jegyzet, Egyetemi Kiadó, Debrecen) 2. Villányi Attila: Ötösöm lesz kémiából (Műszaki Könyvkiadó, Budapest) 3. J. McMurray, R.C. Fay: Chemistry, (Pearson Education, Inc., New Jersey, 2004). A kurzus részletes tematikája (heti bontásban) 1. hét Alapfogalmak Vegyjel, képlet, relatív- és moláris atomtömeg, molekulatömeg fogalma, számítása. Anyagmennyiség fogalma, az Avogadro állandó jelentése, alkalmazásuk sztöchiometriai feladatok megoldásában. Moláris térfogat fogalma, alkalmazása sztöchiometriai feladatok megoldásában. Az értékes jegy fogalma és alkalmazása a számítási eredmények megadásában. 2. hét Koncentrációegységek Az oldatok, elegyek, oldott anyag, oldószer, komponens fogalmának átismétlése, elmélyítése. Az oldatok, elegyek összetételének megadási lehetőségei. A legfontosabb koncentrációegységek (anyagmennyiség-
koncentráció (molaritás), molalitás, tömegkoncentráció) fogalma, jelentése, alkalmazásuk a koncentrációszámítási feladatok megoldásában. Az oldatok tömegszázalékos összetételének megadása, alkalmazása koncentrációszámítási feladatok megoldásában. Sűrűség fogalma, alkalmazása koncentrációszámítási feladatok megoldásában. 3. hét Oldatkészítéssel kapcsolatos számítások Koncentrációegységek átszámítása. Szilárd anyagból oldással történő oldatkészítéssel kapcsolatos számítások. Tömény oldatból hígítással történő oldatkészítéssel kapcsolatos számítások. A kétféle oldatkészítéssel kapcsolatos számítások jelentősége, fontossága a laboratóriumi gyakorlatban. Oldatok keverése. 4. hét Kémiai képlettel kapcsolatos számítások, szilárd keverékek tömegszázalékos összetétele Tapasztalati képlet, molekulaképlet fogalma. Vegyületek százalékos összetétele. Tapasztalati képlet, molekulaképlet meghatározása tömegszázalékos összetételből és egyéb analitikai adatokból. A képlettel, összetétellel kapcsolatos számítások jelentősége, fontossága az analitikai kémiában. Szilárd keverékek tömegszázalékos összetételének számítása. 5. hét Oldhatósággal, kristályosítással kapcsolatos számítások Oldhatóság, telített, telítetlen oldat fogalma. Telített oldatok készítésével kapcsolatos számítások. Kristályvízmentes és kristályvizes sók kristályosításával kapcsolatos számítások. A kristályosítással kapcsolatos számítások jelentősége, fontossága a gyakorlati munkában szennyezett anyagok átkristályosításával, tisztításával kapcsolatban. 6. hét Gáztörvények. Reakcióegyenletek. Az általános gáztörvény és alkalmazása sztöchiometriai számításokban. Egyszerű (elsősorban nem redoxi) reakcióegyenletek felírása, rendezése. Sztöchiometriai feladatok megoldása reakcióegyenletek alapján. A reaktánsok és a termékek tömégével, térfogatával kapcsolatos számítások. A reakcióegyenletek alapján történő számítások gyakorlati felhasználásának lehetősége keverékek, elegyek összetételének meghatározásában. A gyakorlati élettel kapcsolatos számítások, kitermelés, veszteség fogalma, figyelembe vétele a számítások során. 7. hét Sav-bázis titrálással kapcsolatos számítások
Oldatok hígításával kapcsolatos számítások. Sav-bázis titrálások elvi alapjai, oldatok koncentrációjának meghatározása titrálási eredmények alapján. A sav-bázis titrálások felhasználásának lehetőségei egyéb meghatározásokban: moláris tömeg, tisztaság, savak, bázisok értékűségének megadása. 8. hét Oxidációs szám, redoxireakciók rendezése Oxidáció, redukció, oxidációs szám fogalma, az oxidációsszámok változása. Egyszerű- és összetett ionok, elemek, semleges vegyületek atomjai oxidációs számának meghatározása. Redoxireakciók rendezése oxidációsszám-változás alapján. A reakcióegyenletek rendezésének jelentősége a kémia minden területén, alkalmazásuk a szervetlen és szerves kémiában. 9. hét Számítás reakcióegyenletek alapján Redoxireakció-egyenletek alapján történő számítások, ezek alkalmazása sztöchiometriai, koncentráció- és gáztörvényekkel kapcsolatos számítási feladatok megoldása során. Összetett feladatokban annak felismerése, hogy milyen eddig megtanult fogalmak, összefüggések felhasználásával, alkalmazásával lehet a feladatot megoldani. 10. hét Szilárd keverékek, folyadék- és gázelegyek összetételének meghatározása Átlagos moláris tömeg fogalma, meghatározása szilárd keverékekben, folyadék- és gázelegyekben. Szilárd keverékek, folyadék- és gázelegyek összetételének meghatározása átlagos moláris tömeg alapján. Szilárd keverékek, folyadék- és gázelegyek összetételének meghatározása a komponensek reakciói alapján. A sztöchiometriai-, koncentrációszámítással, gáztörvényekkel kapcsolatos összefüggések alkalmazása a keverékekkel kapcsolatos feladatok megoldása során. 11. hét Képletmeghatározás reakcióegyenletek alapján A vegyjel, tapasztalati- és molekulaképlet fogalmának átismétlése, elmélyítése. Ismeretlen elem, vegyület vegyjelének, képletének meghatározása a reaktánsok, termékek tömegének, térfogatának, koncentrációjának ismeretében. 12. hét Erős savak és bázisok ph-ja Savak, bázisok, kémhatás, ph, poh, vízionszorzat fogalma. Erős savak és bázisok ph-jának számítása koncentrációból, koncentráció számítása a ph ismeretében. Különböző koncentrációjú, ph-jú sav- és lúgoldatok készítésével, elegyítésével kapcsolatos számítások. Az erős savak és bázisok ph-ja fogalmának
alkalmazása különböző sztöchiometriai-, koncentrációszámítási feladatokban. Az erős savak és bázisok ph-ja fogalmának alkalmazása gáztörvénnyel, reakcióegyenletekkel kapcsolos számítási feladatokban.. 13-14. hét Vegyes feladatok Vegyes feladatok a sztöchiometria-, koncentráció- és ph-számítási, valamint a gáztörvénnyel, reakcióegyenletekkel kapcsolatos feladatokban. Összetett feladatok megoldása során annak felismerése, hogy az ismert összefüggések, fogalmak közül melyek alkalmazásával lehet az adott feladat megoldásához eljutni.