7. előadás 12-09-16 1

7. előadás 12-09-16 1

12-10-05 Általános kémia 2011/2012. I. fé ph = - lg[h3o+] 2

12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 3

1./ Só: gyenge sav/erős bázis 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 4

2./ Só: gyenge bázis /erős sav 3./ Só: gyenge sav / gyenge bázis 4./ Só: Erős sav / erős bázis : nincs hidrolízis, csak disszociáció!!!!! Hidrolízis több lépcsőben: 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 5

I. II. III. 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 6

Pufferek Pufferkapacitás: 1 ph változást okozó erős sav v. bázis mennyisége. 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 7

Szilárd/gáz =K4*pCO2 =K2 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé =K3 8

Boudouard reakció 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 9

KxAy 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 10

oldhatóság Gáz folyadékban Megoszlási hányados 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 11

Elektrokémia 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 12

Oldatok elektromos vezetése Az elektromosság vezetését illetően az anyagok 2 csoportba oszthatók, az unipoláris (elektron-,)vezetők és a bipoláris (ion-) vezetők csoportjára. Az előbbire kitűnő példaként a fémek hozhatók fel, az utóbbira pedig az oldatok, olvadékok és bizonyos szilárd anyagok. Az oldatokban, sóolvadékokban az elektromosságot pozitív, és negatív töltésű részecskék, ionok vezetik, ezért ezen rendszerek vezetése arányos a bennük lévő szabad töltéssel rendelkező ionok számával. Oldatokban ezek az oldószerrel történő kölcsönhatás révén, az ún. elektrolitos disszociáció során keletkeznek. Mivel a folyadékok nem alaktartó rendszerek, ezért vezetést és a vezetőképesség jellemzésére használatos fajlagos vezetőképességet egy meghatározott geometriával rendelkező cellában határozzák meg. A fajlagos vezetőképesség 1 cm élhosszúságú kockában lévő folyadék vezetése.

κ [ Ω-1 * cm-1] Λm = κ/c [cm2 * Ω-1 * mol-1] Λm = ΣΛ+ + ΣΛ- Λm = Λ - k*c1/2 erős elektrolitra Kohlrausch Gyenge elektrolitra: Λm/Λ = α (0.. 1; disszociációfok) 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 14

12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 15

A fajlagos és moláris vezetőképesség a vezetés mérésével határozható meg, a κ = G * C összefüggés alapján, ahol G az oldat vezetése [Ω-1], és C az ún. cellaállandó [cm-1]. A vezetés mérését a polarizációs jelenségek elkerülése érdekében váltóárammal végezzük. A mérés történhet Wheatstone-hídban, vagy pedig a cellával sorba-kapcsolt ellenálláson eső feszültség mérésével. Az elektrolit-oldat vezetése az oldatban található ionok vezetéséből tevődik össze, ezért bizonyos esetekben alkalmas az oldat összes sótartalmának meghatározására.

A kémiai rendszerek és az egyenáram kölcsönhatása Ha egy fém saját ionjait is tartalmazó oldatba merül, pl. Mg MgSO4 oldatba (Mg2+ SO42- ionok), Cu CuSO4 oldatba (Cu2+, SO42- ionok), akkor az elektrolit, fém határfelületen töltésmegoszlás jön létre. Mg elektród Cu elektród A töltésmegoszlás következtében a határfelületen kialakul egy elektromos potenciál, ez az ún. elektródpotenciál, mely egy M = = Mz+ + z*e- reakcióra: ε = ε0 + (RT/zF )*lncmz+

Az elektródpotenciál, - egyéb elektromos potenciálokhoz hasonlóan önmagában nem, hanem csak két potenciál különbsége (tehát a potenciálkülönbség) mérhető. Az összehasonlíthatóság érdekében referencia-eletródnak a standard hidrogén-elektródot választották, ennek standardpotenciálját önkényesen 0-nak vesszük.

Elektrokémia 12-10-13 Katód: redukció Anód: oxidáció Általános kémia 2011/2012. I. fé 22

12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 23

12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 24

12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 25

Leclanché elem: A: Zn Zn2+ + 2eK: 2MnO2 +2 NH4Cl + 2e- Mn2O3 + +2NH3(aq) + H2O + 2 ClZn + 2 MnO2 + 2 NH4Cl Zn2++ Mn2O3 + +2NH3+ H2O + 2ClZn2+ + 2NH3+2Cl- =[Zn(NH3)2]Cl2 Lúgos Zn-Mn elem A: Zn(s) + 2 OH- = ZnO(s) + H2O + + 2 ek: 2MnO2(s) + H2O + 2e- = 2OH- + + Mn2O3(s) Zn(s) + 2MnO2(s) = ZnO(s) + + Mn2O3(s) 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 26

Savas Pb-akkumulátor Töltés Kisütés A: Pb+SO42- = PbSO4+2eK: PbO2+SO42-+4H++2e- = = PbSO4+2H2O

Ni-Cd akkumulátor Anód: NiO(OH) Katód: Cd Elektrolit: KOH Cellafeszültség: 1,2 V Reakciók: Töltés Kisütés A: Cd + 2OH= Cd(OH)2 + 2eK: 2 NiO(OH) + + 2 H2O + 2e- = 2 Ni(OH)2 + 2 OHÖnkisülés: 10 20 % /hónap. A lúgos elemhez képest jóval nagyobb áramerősséget képesek biztosítani, a ólomakkumulátornál nagyobb energiasűrűség jellemzi, és hosszú élettartam

Nikkel Metal-hidrid (Ni-MH) akkumulátorok Katód: NiO(OH) Anód: Hidrogént jól megkötő fémötvözet (pl. Ti-Ni ötvözet, vagy Ni, Co, La, Nd, Si komponenseket tartalmazó AB5 tipusú intermetallikus vegyület), a továbbiakban csak M-el jelöljük. Elektrolit: KOH Reakciók: Töltés Kisütés A: MH + OH- = M + H2O + ek: NiO(OH) + + H2O + e- = Ni(OH)2 + OHA(z) Ni-Cd akkumulátoroknál 2 3szor nagyobb kapacitással de nagy önkisüléssel (20 % az 1. napon és utána 4 %/hét) rendelkeznek.

Tüzelőanyag-elemek Cél: energiatermelés, egy fűtőanyag, (pl. idrogén, vagy szénhidrogének, metanol, stb.) kémiai energiáját elektromos energiává alakítani oigén, vagy más oxidálószer segítségével, lehetőleg nagyobb hatás-fokkal mint amit jelenleg el tudunk érni.

A: H2 2H+ + 2e K: 1/2O2 + 2H+ + 2e H2O H2 + ½ O2 H2O 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 31

Mz++ ze- M Q=k I t k= M/z k: elektrokémiai egyenérték 96 487 C (A*s) azonos kémiai anyagmennyisééget választ le, anyagi minőségtől függetlenül: 1 g H2-t, 107,87 g Ag-t, 31,77 g Cu-t, 38,27 g In-t. 12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 32

12-10-13 Általános kémia 2011/2012. I. fé 33

Korrózió A korrózió a szerkezeti anyagok és környezetük között lejátszódó kémiai, illetve elektrokémiai folyamatok következtében, a szerkezeti anyagok felületéről kiinduló károsodása. Mi okozza a korróziós jelenségek kialakulását? Szerkezeti anyagink túlnyomó többsége a természetben nem abban a formában fordul elő, amelyben szerkezeti anyagként alkalmazzuk. Termodinamikai szempontból az általunk alkalmazott anyagok túlnyomó többsége abban a formában ahogy alkalmazzuk, instabil. A környezet komponenseivel reakcióba lépve az anyagok termodinamikailag stabilis állapotba igyekeznek.

A korrózió lehet Egyenletes, Helyi, vagy lokális (ez a veszélyesebb!) Kémiai korrózió Elektrokémiai korrózió Feszültségkorrózió Galván-, vagy kontakt korrózió Luk.-korrózió (pitting) Kristályközi korrózió Szelektív korrózió Korróziós kifáradás Mikrobiológiai korrózió Talajkorrózió Atmoszférikus korrózió

Kémiai korrózió Fémek reakciója oxigénnel, nedvesség jelenléte nélkül (száraz oxidáció).

Elektrokémiai korrózió Az oxidáció és a redukció térben elkülönül legalább 1 atomátmérőnyi távolságra. Az elkülönülés akár makroszkopikus méretű is lehet. Az oxidációs folyamat, z+ azaz az anódreakció többnyire az M M + ze- reakció (M a korrodálódó fém). Katódfolyamatként többféle reduk+ ciós folyamat is szóbajöhet, pl. H + e- ½ H2, illetve O2 + 2H2O + 4e- 4OH-. Hogy egy adott rendszerben Milyen elektrokémiai folyamatok mehetnek végbe, potenciál -ph diagramok, ún. Pourbaix diagramok segítségével tudhatjuk meg

Passzivitás: a korrózió elvileg végbemehet az adott körülmények között, de mégsem zajlik le, mert a fém felületén olyan védőréteg alakul ki, amelyik megvédi a fémet a korróziótól. Ez elérhető elektrokémiai úton és kémiai úton (megfelelő oxidálószerekkel).

A korrózió elleni védelem lehetőségei: 1. Megfelelő (korrózióálló) szerkezeti anyag alkalmazása 2. Inhibítorok alkalmazása 3. Elektrokémiai védelem alkalmazásával 4. Védő-bevonatok (fémes, nem-fémes szervetlen és szerves bevonatok alkalmazásával