Kémia, BMEVEAAAMM Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens Jegyzet dr. Horváth Viola, KÉMIA I. http://oktatas.ch.bme.hu/oktatas/konyvek/anal/ Muszaki-Menedzser-Kemia/ Dr. Csonka Gábor http://web.inc.bme.hu/csonka/ Facebook, Kémia BMEVEAAAMM Youtube Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com : Az anyag Anyag-molekula-atom Halmazállapotok Az atom, az atommag Neutronbomlás Elem, relatív izotóptömeg, tömeghiány Izotóp arányok, átlagos atomtömeg Mol-moltömeg Tiszta anyagok, keverékek, szétválasztás Az anyag Tömeg (m, g) és térfogat (V, m ) jellemzi (extenzív) állapot: Szilárd (s) Nyomás (p, Pa) (intenzív) Folyadék (l) Gáz (g) Hőmérséklet (T, K) Az anyag molekulákból és atomokból áll Az atomok : nukleonokból (proton, neutron) elektronokból állnak. La matière 4 Halmazállapotok Az atom átmérő: (~00 pm) Atommag (~0 - pm) ami nukleonokból áll elektronfelhő töltés tömeg proton +,0078 neutron elektron 0 -,00866 0,00055 mn > mp + me Semleges atom: N proton = N elektron H atom:,0078 u e - p +,n Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com 5 6
N A neutron béta bomlással bomlik (energiája: 78 kev): n 0 p + + e + νe (proton+ elektron + antineutrino) A felezési ideje (t/) : 0. perc Exponenciális bomlás: N = N0 exp(-k t) N/N0 = 0.5 = exp(-k t/) A szabad neutron bomlása: első rendű reakció 00 75 50 5 N( t) N(0) t t/ 0 0 0 t / 0 0 40 50 60 t [perc] t ½ = 0. perc Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com 8 Elem () Az atom jellemzői: Rendszám Z ( proton = elektron) Tömegszám A ( proton + neutron) A X Z Minden Z megfelel egy elemnek Pl.: H He 6C 8O 7Cl 6Fe 80Hg 9U... Elem () Egy elem (Z) többféle izotópként fordulhat elő (A változik). A hidrogén Z = izotópjai: A= A= A= H: hidrogén atom ( proton, 0 neutron) H: deuterium ( proton, neutron) H: tritium ( proton, neutrons), radioaktív (t/) :. év La matière 9 0 Relatív izotóptömeg Az atom egyetlen izotópjának nyugalmi tömege alapállapotban: a protonok, neutronok és elektronok tömegének összege amelyből levonjuk a tömeghiányt. Tömeghiány - kötési energia E = m c = 8,8 MeV Leggyakrabban az egyesített atomtömeg egységben fejezik ki, ami a nyugalmi és alapállapotban lévő nem kötött szén- izotóp atomtömegének tizenketted része. C Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com
Kötési energia MeV/nukleon Tömeghiány példák Z A Relatív izotóptömeg hiány MeV/nukleon H.0078 D.040 0.009. T.0605 0.009.8 He.060 0.0089.57 4 4.0060 0.008 7.07 Li 6 6.05 0.045 5. 7 7.0600 0.04 5.6 Be 4 9 9.08 0.0644 6.46 B 5 0 0.094 0.0695 6.47 5.009 0.088 6.9 C 6.00000 0.09894 7.68 6.005 0.045 7.47 6 4 4.004 0.0 7.5 Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com Az egy nukleonra eső kötési energia 9 8 He 7 6 5 4 Magfúzió Fe Maghasadás 0 0 40 60 80 00 0 40 60 80 00 0 40 Tömegszám A A szabad nukleonok tömege nagyobb mint a megfelelő atommag tömege Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com 4 U Izotópok keveréke: Bór(Z=5) Definició: Egy X elem izotópjai keverékéből áll (ez helyfüggő) Izotóp-ujjlenyomat Izotóp összetétel (a bór esetében ez változó) 9,8 % 0 B m = 0,0 u 80, % B m =,009 u Számítsuk ki a mérhető átlagos atomtömeget (0,98 0,0 u) + (0,80,009 u) = 0,8 u A C izotópjai és atomtömege A következő izoptópok keveréke M C =,0 u 6C : A = (6 p, 6 n) - 98,9 % 6C : A = (6 p, 7 n) -, % 4 6C : A = 4 (6 p, 8 n) - <<<0,00% (t/) : 570 év, alkalmas kor meghatározásra Házi feladat: miért és hogyan? 5 6 Izotóp arányok a földkéregben () Z A Arány % t(/) H 99.9885 D 0.05 T. év He 4 99.9999 Li 6 7.5900 7 9.400 Be 4 9 00.0000 B 5 0 9.9000 5 80.000 Izotóp arányok a földkéregben () Z A Arány (%) t(/) C 6 98.900 6.0700 6 4 570 év N 7 4 99.60 7 5 0.680 O 8 6 99.7570 8 7 0.080 8 8 0.050 Cl 7 5 75.7800 7 7 4.00 Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com 7 Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com 8
Atomtömeg mérése (spektrométer) Periódusos táblázat átlagos atomtömegek Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com 9 mol mol részecske = 6,0.0 db részecske = N AV Konvenció: db C atom tömege: u mol C tömege,00 g,00g = 6,0 0 u u = /N AV = / (6,0.0 ) =,66.0-7 kg db C tömege:,00,66.0-7 kg =,99.0-6 kg Mol tömeg Egy elem moltömege egyenlő az elem egy moljának grammokban mért tömegével. Egy tiszta anyag moltömege egyenlő az anyag egy moljának grammokban mért tömegével. He: 4,006g H :,008g =,06g H O: (,008g) + 6,00g =8,06g CO : g + ( 6,00g) = 44,00g H SO 4 : (,008g) +,06g +(4 6,00g) = 98,076g Tiszta és keverék anyagok Egyszerű Fémek Nem-fémek Fe, Cu O, Cl Tiszta anyag Összetett Anyag Molekuláris Ionos H O, NaCl Fizikai folyamat Homogén Levegő, oldatok Keverék Heterogén kőzetek Tiszta anyagok (Kémia) Egyszerű Azonos atomokból áll (elemek) Pl.: O O N Cl Fe Cu Al Au Hg Összetett Különböző atomokból áll (elemekből képződik) Dalton: állandó tömegviszonyok törvénye Pl.: H O CH 4 C 6 H O 6 Al O NaCl CaCO Többszörös tömegviszonyok törvénye (Dalton) Pl.: CO CO Sztöhiometria FeO Fe O NO NO N O N O N O 5 La matière 4 4
Az oldatok jellemzése Oldat (oldott anyag i + oldószer) Homok, cukor, vas és arany keveréke Sűrűség oldat g/cm % tömeg m i / m ö.00 % Molalitás m i mol/kg oldószer Moltört x i ---- Molaritás C i vagy [i] mol/dm oldat 5 La matière Réalisation: C.Gisèle Jung -cgjung@ulb.ac.be 6 Mágneses szétválasztás Fizikai elválasztások 7 8 Kromatográfia _7 Keverék Substances to be separated dissolved in liquid Pure liquid A B C Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, csonkagi@gmail.com 9 5