ÁLTALÁNOS KÉMIA Előadó: Dr. Vass Gábor kémiai épület 644-es szoba e-mail: vassg@elte.hu Tantárgy honlapja: http://tpasinszki.web.elte.hu/magyar/altkem.htm vetített anyag és egyéb infók helye!!!!!!! jelszó: altkemft A segédanyagok a következő címen is elérhetők: http://vassg.web.elte.hu/letoltheto/foldtud/
Előadás rövid vázlata Bevezetés, alapfogalmak, kémiai reakciók fő típusai Atomszerkezet és a periódusos rendszer A kémiai kötés, a molekulák alakja Halmazok, halmazállapotok Kémiai reakciók Termokémiai Kémiai egyensúly Elektrokémia
Jegyzet, tankönyv Órai jegyzet (!!!) + fóliák
Számonkérés C-típusú vizsga 2018. szeptember 11. 2018. december 11. 12 előadási hét, 10 előadás + 2 ZH Zh1: 5. előadás után (7. oktatási héten) 50 pont Zh2: 10. előadás után (15. oktatási héten) 50 pont --------------------- 100 pont Pótzh, UV: 2019. január elégséges (2) 51 61 pont közepes (3) 62 72 pont jó (4) 73 83 pont jeles (5) 84 100 pont kedd 8-10 h 0.83 Eötvös terem Ea1.:szept. 11. Ea2.: szept. 18. Ea3.: szept. 25. Ea4.: okt. 2. Ea5.: okt. 9. ZH1.: okt. 16. Ea6.: nov. 6. Ea7.: nov. 13. Ea8.: nov. 20. Ea9.: nov. 27. Ea10.: dec. 4. ZH2.: dec. 11.
Miért szerethetjük a kémiát?
Ízes NaCl E 621: Nátriumglutamát
Illatos vagy büdös CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 SH feromonok
H H C H H C H C S O H
Kellemes Fontos Hasznos
Látványos
Hangos
És miért tanul kémiát az első éves BSc-s hallgató?
Minerológus leszek Mi az összetétele? Tulajdonságai? Miért eltérő a színük? SZERVETLEN KÉMIA ANALITIKAI KÉMIA
A kőzetek, barlangok érdekelnek H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H 2 O + H 2 CO 3 HCO 3 + H 3 O + SZERVETLEN KÉMIA FIZIKAI KÉMIA ph 5, mészkő, vízkő képződése: H 2 CO 3 + CaCO 3 2HCO 3 + Ca 2+ (aq)
Limnológus leszek Miért ilyen a tó színe? Tyndall-effektus (fényszóródás) FIZIKAI KÉMIA KOLLOIDIKA
Paleontológus leszek Mikor éltek? MAGKÉMIA ANALITIKAI KÉMIA
Meteorológus vagy klímakutató leszek SPEKTROSZKÓPIA REAKCIÓKINETIKA
A nyersanyagok, energiahordozók érdekelnek SZERVES KÉMIA TERMOKÉMIA IPARI KÉMIA KÉMIAI TECHNOLÓGIA ZÖLD KÉMIA
Gazdaságföldrajz érdekel Bauxitja nincs Alumíniumtermelése mégis jelentős ELEKTROKÉMIA
Nem is a Föld érdekel SPEKTROSZKÓPIA MAGKÉMIA ANALITIKAI KÉMIA
Szeretem a természetet!
Élettan, genetika, biokémia, immunológia, sejtbiológia
Etológia, anatómia, rendszertan, környezetvédelem, ökológia
Bevezetés ÁLTALÁNOS KÉMIA: Nem önálló tudományterület, cél a kémia részterületein használatos alapfogalmak, összefüggések bemutatása.
Alapfogalmak
Alapfogalmak Atom: Kémiai úton tovább nem bontható, pozitív töltésű atommagból és azzal kölcsönhatásban álló egy vagy több negatív töltésű elektronból felépülő részecske, elektromosan semleges. Atommag: Proton(ok)ból és neutron(ok)ból áll, kémiai reakciók alkalmával változatlan marad. Rendszám: Az atommagban található protonok száma. Tömegszám: Az atommagban található protonok és neutronok számának összege. Vegyjel: Az elem latin nevéből származó 1 2( 3) betűs jelölés. tömegszám 12 rendszám 6 C vegyjel
Atomok relatív mennyisége az emberi szervezetben
nyomelemek, melyek a legtöbb növény és állat számára szükségesek elemek, melyek az élőlények tömegét alkotják nyomelemek, melyek valószínüleg szüks. néhány életforma számára
Alapfogalmak Elem: Olyan atomok rendszere, melyek magjában meghatározott számú proton van. Lehet: gáz --- folyadék --- szilárd He atom N 2 Br 2 I 2 molekula Hg Al fém
Elemek
Alapfogalmak Nuklidok: Egy elem olyan atomjai, melynek a rendszámán kívül a tömegszáma is meghatározott. 79 81 35 35 pl.: Br, Br H, H, H Természetes izotóparány (nuklidösszetétel) relatív gyakoriság 1 2 3 1 1 1 Relatív atomtömeg: külön megjelölés nélkül, a természetes nuklid-összetételű elem egy atomja átlagos tömegének viszonya a 12 C-nuklid tömegének 1/12 részéhez. Br: 79,904 H: 1,00794
Atomtömeg Miért 12.011 amu a szén relatív atomtömege? Megállapodás szerint! Szén-12: 98.89 % gyakoriság 12 amu Szén-13: 1.11 % gyakoriság 13.0034 amu tömeg = (12 amu)(0.9889) + (13.0034 amu)(0.0111) = 11.87 amu + 0.144 amu = 12.011 amu amu = atomic mass unit (atomi tömegegység) = 1,66053886 10 27 kg
Alapfogalmak Molekulák: (Kovalens) kémiai kötéssel összetartott atomok véges halmaza. Molekula O 2 Nem molekula fém Al CH 4 grafit, gyémánt C 6 H 6 NaCl!!!!
Atomok és molekulák tömegének mérése TÖMEGSPEKTROMETRIA minta elpárologtatása minta elektronforrás becsapódó elektronok ionizálnak gyorsítás (U) elektromos térrel könnyebb töltött részecskék legnehezebb szeparáció mágneses tér (B) Newton: F=ma Lorentz: F=qv B q=ze e: egységtöltés z: töltésszám a=(z/m)ev B
relatív intenzitás A tömegspektrum Ma is az egyik legfontosabb szerkezetkutató módszer
Alapfogalmak Gyökök: Párosítatlan elektront tartalmazó atomcsoport. Rendszerint nagy reaktivitás jellemző rá! Pl.: H 3 C, NO, O 2 (!!!) Ionok: Olyan entitások (atomok, molekulák, atomcsoportok, ), melyek elektromos töltést hordoznak. Pl.: Cl -, Na +, SO 4 2-
Alapfogalmak Anyagmennyiség: 1 mol annak a rendszernek az anyagmennyisége, amely annyi entitást (atomot, atomcsoportot, iont, molekulát, stb.) tartalmaz, mint amennyi atomot 0,012 kg 12 C. (Avogadro állandó: N A = (6,02252 0,00028)*10 23 mol -1 ) Mennyi 1 mol 12 C tömege? (ellenőrizzük vissza!) 12 1,66053886 10 27 kg 6,02252 *10 23 = 0,012 kg = 12 g Átlagos moláris tömeg: Természetes nuklid-összetételű anyag 1 moljának a tömege.
Alapfogalmak Vegyület: Különböző rendszámú, kötött állapotú atomok halmaza. Pl.: HCl H 2 SO 4 SiO 2 NaCl
Alapfogalmak Tapasztalati (összeg) képlet: valamely vegyületet alkotó elemek arányát írja le. (Molekuláris vegyületeknél a molekula összetételét is megadja /molekula-tömeg!/) 39,26% Na, 60,74% Cl NaCl 50 mol% Na, 50 mol% Cl NaCl /CaCO 3, H 2 O, N 2, C 2 H 6 O (C 6 H 12 O 6 CH 2 O)!/ Szerkezeti képlet: A szerkezeti képlet kifejezi az atomoknak a vegyértékükből adódó elrendeződését is a molekulában, egyszerű, kettős-, vagy hármas-kötést kifejező vonalak, láncok, gyűrűk stb. alakjában. Sztereo képlet: A sztereo képlet kifejezi az atomhoz kapcsolódó csoportok térbeli elrendeződését is. (Konfiguráció) (Gyök)csoportos képlet: Egyszerűsített szerkezeti képlet Pl.: CH 3 -CH 2 -OH, CH 3 -O-CH 3, K 4 [Fe(CN) 6 ]
Összegképlet Szerkezeti képlet Molekula modell etanol
Contergan-botrány thalidomid (α-ftálimido-glutártárimid) enantiomer keverék S enantiomer: teratogén R enantiomer: nem toxikus
Kémiai reakció Kémiai folyamat, melynek során atomok között kötés szakad fel, és/vagy új kötés alakul ki.
Kémiai reakciók A reakció: Anyagi változással járó folyamatok. Megfordítható (reverzibilis), vagy egyirányú (irreverzibilis) = Az egyenlet: A folyamat leírása: pl. 2 H 2 (g) + O 2(g) = 2 H 2 O (f) 1 mol anyagmennyiség többszöröse. Kiindulási anyagok (bal oldal), termékek (jobb oldal), együtthatók (egész számok). Tömegmegmaradás (atom, anyag) Töltésmegmaradás (oxidációs szám változás) Energiamegmaradás: energia semmilyen folyamatnál nem keletkezik v. semmisül meg, hanem csak átalakul. kémiai energia ---- hő (exoterm, endoterm)!mindig A RENDSZER A VISZONYÍTÁS KÖZPONTJA!
Kémiai reakciók típusai Sav-bázis reakció: (A Brönsted-Lowry elmélet szerint) H + átadással járó reakció Redoxi reakció: Redoxi reakció minden olyan reakció, melynek során legalább egy elemnek megváltozik az oxidációs száma. Az ilyen reakciók során a redukálószer oxidálódik, míg az oxidálószer redukálódik. Izomerizáció: Egy vegyület átalakítása egy másik szerkezeti képletű és molekulasúlyú vegyületté (izomerré). Ekkor vagy szerkezeti átalakulás, vagy egy térbeli eltolódás (sztereoizoméria) megy végbe. pl: CH 3 -CH(CH 3 )-CH=CH 2 CH 3 -C(CH 3 )=CH-CH 3 Egyesülés (addíció): Egyszerű kapcsolódás útján két anyagból, vegyületből egyetlen reakciótermék keletkezik. (Di-, tri-, polimerizáció) (4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 ) Bomlás (disszociáció, elimináció): Bomlás alatt olyan folyamatot értünk, melynek során egy anyagból több jön létre. CaCO 3 CaO + CO 2
Arrhenius savak és bázisok Sav és bázis sót és vizet ad = semlegesítés HCl + NaOH Só + Víz Sav Bázis NaCl HOH kation/anion EOS
Savak és savanionok Salétromossav Salétromsav Foszforsav Kénessav!!!!!!!!!! Kénsav Hipoklórossav Klórossav Klórsav Perklórsav Nitrit Nitrát Foszfát Szulfit Szulfát Hipoklorit Klorit Klorát Perklorát es sav sav it át
Redox reakciók Elektronszám változás Oxidáció: elektron leadás (Mg) Redukció: elektron felvétel (O 2 ) Oxidálószer: elektront vesz fel (O 2 ) Redukálószer: elektront ad le (Mg) 0 0 (hőközlés) +2-2 2 Mg + O 2 2 MgO. - 4e - + 4e ~12 g Mg elégetése során nyert hővel ~950 g 25 0 C-os vizet lehet felforralni -
Kémiai reakciók típusai Cserebomlás (metatézis): Cserebomlás alatt olyan kémiai átalakulást értünk, amelyben az egymásra ható vegyületek alkotórészei kölcsönösen helyet cserélnek egymással. AB + CD = AC + BD Hidrolízis, ha az egyik partner víz: CH 3 COOCH 3 + H 2 O CH 3 COOH + CH 3 OH (Szolvolízis, ha tetszés szerinti az oldószer) A cserebomlás lehet teljes vagy részleges.
Kémiai reakciók típusai Elemi reakció: Nem bontható egyszerűbb lépésekre Összetett reakció: konszekutív (egymás utáni; összeadható): Br 2 HC CH + Br 2 HC(Br)=CH(Br) HBr 2 C CBr 2 H párhuzamos (nem adható össze): CaO (sz) + CO 2(g) CaCO 3(sz) CaO (sz) + H 2 O (f) = Ca(OH) 2(sz) CaO (sz) + 2 H 2 CO 3(aq) = Ca(HCO 3 ) 2(aq) + H 2 O (e) Reakcióextenzitás: n i / i i : sztöchiometriai szám Def.: Egy sztöchiometriai együtthatónak megfelelő reakció előrehaladása jellemezhető bármely komponens mólszámváltozásával.
Halmazok Heterogén rendszer: Olyan rendszer, melyben van olyan makroszkópikus határfelület (megkülönböztethető belső és külső molekula), amely mentén különböző tulajdonságú homogén rendszerek érintkeznek egymással. Ilyen lehet például a folyadék és a vele érintkező gőze. (Makroszkópikus: az alkotóelemek méreténél több nagyságrenddel nagyobb.) Elegy (oldat): Egy homogén rendszer, vagy heterogén rendszernek egy fázisa, melyben két vagy több anyag található. Oldószer: Az oldott anyaggal megegyező halmazállapotú, túlsúlyban lévő anyag. Jellemző szabály: Simila similibus solvuntur. (A hasonlót a hasonló oldja.) Pl: Gyanta jól oldódik alkoholban, míg vízben nem. A zsírt jól oldja a benzin.
Halmazok Keverék: Olyan heterogén rendszer, melyben az egymással elkevert anyagok külön fázist képeznek. Halmazállapotok: szilárd, folyadék, gáz Halmazállapot-változás: Olyan folyamat, mely elvben kémiai változás nélkül más halmazállapotúvá alakítja az anyagot. (pl.: Ha lehűtik a gázokat, csökken a molekulamozgás irama, megrövidül a közepes úthossz, a molekulák közelebb kerülnek egymáshoz és vonzóerők is érvényesülnek, azaz folyadék keletkezik.)(kivételek: atomrácsos anyagok olvadása, párolgása, ion-rácsos anyagok szublimálása)
Halmazok Fázis: Az anyagok egynemű, éles elválasztó felületekkel határolt, optikailag megkülönböztethető, mechanikusan elválasztható alakjai. P Kritikus pont: t = 374 C Fázisátalakulás: halmazállapot-változás + polimorf átalakulás. 611 Pa Jég Víz Gõz p = Pa Fázis-diagramm: a zárt rendszer állapotát 2 változó függvényében írja le. t = 0,01 C T
Halmazok aragonit kalcit
Tulajdonságok, mennyiségek, mértékegységek Fizikai mennyiségek: Anyagot, állapotot, változást leíró minőségi és mennyiségi jelentéssel egyaránt bíró fogalmak. Mennyiség: mérőszám * mértékegység x = {x}[x] Összehasonlíthatóság: (egyneműség): van értelme a melyik? és hányszor nagyobb? kérdéseknek. Mértékegység: Fizikai mennyiség megállapodásszerűen rögzített értéke. Első mértékegységrendszer: metrikus(1790-99 Franciaország) SI (1960, Mo-n: 1976-tól)
Alapmértékegységek: Mennyiség neve: Jele: Mértékegysé g neve: Jele: Hosszúság l méter m Tömeg m kilogramm kg Idő t másodperc s Elektromos áramerősség Termodinamikai hőmérséklet I amper A T kelvin K Anyagmennyiség n mól mol Fényerősség I v kandela Cd
Mértékegységek: Kiegészítő mértékegységek: síkszög (rad), térszög (sr) Származtatott mértékegységek: pl: Frekvencia (Hz, s -1 ); Erő (N, kg*m*s -2 ); Nyomás (Pa, N*m -2 ); Energia (J, N*m); Teljesítmény (W, J*s -1 ); Feszültség (V, W*A -1 ) Fontosabb előtagok: giga (10 9, G) mega (10 6, M) kilo (10 3, k) deka (10, da) deci (10-1, d) centi(10-2, c) milli (10-3, m) mikro (10-6, ) nano (10-9, n) piko (10-12, p)
Alapmértékegységek etalonjai és definíciói 1799: 1 platina méter etalon és 1 platina tömegetalon 1983: 1 m az a távolság, amit a fény 1/299792458 másodperc alatt tesz meg azaz ma a távolságmérés időmérésre van visszavezetve!
Tömegetalon
Intenzív mennyiségek: A minta méretétől független Hőmérséklet Olvadáspont Sűrűség Extenzív mennyiségek: Függ a minta méretétől. Hossz Térfogat Tömeg