Bevezetés az általános kémiába 3. előadás (A legfontosabb szervetlen és szerves vegyületek áttekintése) Előadó: Krámos Balázs kramosbalazs@ch.bme.hu Segédanyag: http://www.ch.bme.hu/oktatas/ejegyzet/ Benkő Zoltán és mtsai: Kémiai alapok Diák és egyéb infók: www.inc.bme.hu => Bevezetés az általános kémiába
Szervetlen vegyületek képlete A képletben először az elektropozitívabb elemeket, ezt követően az elektronegatívabb elemeket soroljuk fel. (Elektropozitív elemek: EN<1,5; elektronegatív elemek EN >2,0) Ha egynél több elektropozitív és/vagy elektronegatív elem alkotja a vegyületet, ezeken a csoportokon belül ábécé sorrendben soroljuk fel az elemeket. NaNH 4 SO 4 (az NH + 4 egy vegyjelnek számít.) A savanyú sók hidrogénjét mindig közvetlenül az anion elé helyezzük [LiHO 3 ]. Az egyes elemek és összetett ionok arányát arab számokkal jelöljük a vegyjel jobb alsó indexében. amg(o 3 ) 2, Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2, a 5 (PO 4 ) 3 F, Pb 5 (VO 4 ) 3 l, KNaNH 4 PO 4, NaNH 4 HPO 4, NaH 2 AsO 3, Ba(HO 3 ) 2, MnO(OH) 2, FeO(OH) Addíciós vegyületek: Több molekula vagy ion lazán kötött vegyületei. aso 4 2H 2 O, 2aSO 4 H 2 O = aso 4 0,5H 2 O, 3dSO 4 8H 2 O, Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 6H 2 O, K 4 [Fe(N) 6 ] 10H 2 O, H 3 PO 4 H 2 O, ol 2 6H 2 O, All 3 4 2 H 5 OH, ao SiO 2 (= asio 3 ) Komplex vegyületek képletében is elöl áll a kation. A komplex ionon belül a ligandumokat a központi atom mögött soroljuk fel. Először az ionosakat, aztán a semlegeseket (a névben azonban betűrendben vannak a ligandumok a töltéstől függetlenül.): [rl 3 (H 2 O) 3 ] 0 [triakva-trikloro-króm(iii)] [Al(OH)(H 2 O) 5 ]l 2 [pentaakva-hidroxo-alumínium(iii)]-klorid
Szervetlen vegyületek elnevezése Először megnevezzük az elektropozitív csoportokat, majd az elektronegatív csoportokat, és ezek arányát: mono-1, di-2, tri-3, tetra-4, penta-5, hexa-6, hepta-7, okta-8, nona-9, deka-10 S 2 l 2 : dikén-diklorid, Fe 3 O 4 : trivas-tetraoxid, KMgF 3 : kálium-magnézium-trifluorid, P 4 O 10 : tetrafoszfor-dekaoxid, Ni(OH) 3 : nikkel-trihidroxid Abban az esetben, ha két vagy több számnevet kell alkalmaznunk a képletben, a második számnév helyett az alábbiakat kell alkalmazni: bisz-2, trisz-3, tetrakisz-4, pentakisz-5, hexakisz-6, heptakisz-7, oktakisz-8, nonakisz-9, dekakisz-10 a[pf 6 ] 2 : kalcium-bisz[hexafluoro-foszfát], Fe 2 (r 2 O 7 ) 3 : divas-triszdikromát (mivel a r 2 O 7 2 ion neve dikromátion)
Kationok elnevezése Egyszerű (egyatomos) kationok elnevezése: Név nem változik, de a töltést jelöljük. Fe II -kation vas(ii)kation Fe 2+ -ion vas(2+)ion Br I -kation bróm(i)kation Br + -ion bróm(1+)ion Összetett kationok: Azonos atomokból álló: Hg 2+ 2 dihigany(i)kation dihigany(2+)kation Az egyéb többatomos kationokat -ónium végződéssel szoktuk ellátni: H 3 O + oxóniumion NH + 4 ammóniumion N(H 3 ) + 4 tetrametil-ammónium-ion Pl + 4 tetrakloro-foszfónium-ion Triviális elnevezésű kationok: NO + nitrozilkation NO + 2 nitrilkation SbO + antimonil(1+)kation BiO + bizmutil(1+)kation UO 2+ 2 uranil(2+)kation Komplex kationok: [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ [hexaakva-vas(ii)] [hexaakva-vas](2+) [u(nh 3 ) 4 ] 2+ [tetraammin-réz(ii)] [tetraammin-réz](2+) [Al(H 2 O) 6 ] 3+ [hexaakva-alumínium(iii)] [hexaakva-alumínium](3+)
Anionok elnevezése Egyszerű (egyatomos) anionok elnevezése: Az egyszerű anionok -id végződést kapnak. F fluorid, O 2 oxid, l klorid, S 2 szulfid, Br bromid, N 3 nitrid, I jodid, P 3 foszfid, H hidrid, 4 karbid Összetett (többatomos) anionok elnevezése: Azonos atomokból álló: S 2 2 diszulfid(2 )ion I 3 trijodid(1 )ion Más esetben az anion át végződést kap: A következő dián lévő táblázatban szereplő anionok triviális neveit korlátozás nélkül használhatjuk, tehát nem kötelező a (hosszabb és nehezebben felismerhető) szisztematikus elnevezéseket alkalmaznunk. (lásd a példákat a következő dián) Triviális elnevezésű anionok: OH hidroxid N cianid SN tiocianát NH 2 amid Komplex anionok: [BF 4 ] [tetrafluoro-borát(iii)] [tetrafluoro-borát](1 ) [Al(OH) 4 ] [tetrahidroxo-aluminát(iii)] [tetrahidroxo-aluminát](1 ) [Ptl 6 ] 2 [hexakloro-platinát(iv)] [hexakloro-platinát](2 ) [Ag(S 2 O 3 ) 2 ] 3 [ditioszulfáto-argentát(i)] [ditioszulfáto-argentát](3 ) [Pb(OH) 4 ] 2 [tetrahidroxo-plumbát(ii)] [tetrahidroxo-plumbát](2 ) [Fe(N) 6 ] 4 [hexaciano-ferrát(ii)] [hexaciano-ferrát](4 ) [BiI 4 ] [tetrajodo-bizmutát(iii)] [tetrajodo-bizmutát](1 )
Képlet Szisztematikus nevek Triviális név O 2-3 [trioxo-karbonát(iv)] [trioxo-karbonát] (2-) karbonát NO - 3 [trioxo-nitrát(v)] [trioxo-nitrát] (1-) nitrát PO 3-4 [tetraoxo-foszfát(v)] [tetraoxo-foszfát] (3-) foszfát SO 2-4 [tetraoxo-szulfát(vi)] [tetraoxo-szulfát] (2-) szulfát BO 3-3 [trioxo-borát(iii)] [trioxo-borát] (3-) borát SiO 2-3 [trioxo-szilikát(iv)] [trioxo-szilikát] (2-) szilikát NO - 2 [dioxo-nitrát(iii)] [dioxo-nitrát] (1-) nitrit AsO 3-4 [tetraoxo-arzenát(v)] [tetraoxo-arzenát] (3-) arzenát AsO 3-3 [trioxo-arzenát(iii)] [trioxo-arzenát] (3-) arzenit SO 2-3 [trioxo-szulfát(iv)] [trioxo-szulfát] (2-) szulfit S 2 O 2-3 [trioxo-tio-szulfát(iv)] [trioxo-tio-szulfát] (2-) tioszulfát lo - 4 [tetraoxo-klorát(vii)] [tetraoxo-klorát] (1-) perklorát lo - 3 [trioxo-klorát(v)] [trioxo-klorát] (1-) klorát lo - 2 [dioxo-klorát(iii)] [dioxo-klorát] (1-) klorit lo - [oxo-klorát(i)] [oxo-klorát] (1-) hipoklorit VO - 3 [trioxo-vanadát(v)] [trioxo-vanadát] (1-) vanadát ro 2-4 [tetraoxo-kromát(vi)] [tetraoxo-kromát] (2-) kromát r 2 O 2-7 [heptaoxo-dikromát(vi)] [heptaoxo-dikromát] (2-) dikromát MnO 2-4 [tetraoxo-manganát(vi)] [tetraoxo-manganát] (2-) manganát MnO - 4 [tetraoxo-manganát(vii)] [tetraoxo-manganát] (1-) permanganát
Néhány ismert sav szisztematikus elnevezése Képlet Szisztematikus név Triviális név HOl hidrogén-[monooxo-klorát(i)] hipoklórossav HlO 2 hidrogén-[dioxo-klorát(iii)] klórossav HlO 3 hidrogén-[trioxo-klorát(v)] klórsav HlO 4 hidrogén-[tetroxo-klorát(vii)] perklórsav HNO 2 hidrogén-[dioxo-nitrát(iii)] salétromossav HNO 3 hidrogén-[trioxo-nitrát(v)] salétromsav H 2 SO 3 dihidrogén-[trioxo-szulfát(iv)] kénessav H 2 SO 4 dihidrogén-[tetroxo-szulfát(vi)] kénsav
Addíciós vegyületek elnevezése Amennyiben addíciós vegyületeket nevezünk el, jelölnünk kell a molekulák (vegyületek) mennyiségének arányát is: aso 4 2H 2 O kalcium-szulfát víz (1/2) 2aSO 4 H 2 O kalcium-szulfát víz (2/1) aso 4 0,5H 2 O kalcium-szulfát víz (1/0,5) 3dSO 4 8H 2 O kadmium-szulfát víz (3/8) Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 6H 2 O vas(ii)-ammónium-szulfát víz (1/6) K 4 [Fe(N) 6 ] 10H 2 O kálium-[hexaciano-ferrát(ii)] víz (1/10) H 3 PO 4 H 2 O foszforsav víz (1/1) ol 2 6H 2 O kobalt(ii)-klorid víz (1/6) All 3 4 2 H 5 OH alumínium-klorid etanol (1/4) ao SiO 2 kalcium-oxid szilícium-dioxid (1/1) GYAKORLÁS: Tankönyv (Benkő Z.: Kémiai alapok) 597-599. oldal
Szervetlen vegyületek csoportosítása soportosítás a periódusos rendszer alapján: s-mező elemeinek vegyületei: alkálifémek vegyületei alkáliföldfém vegyületek p-mező elemeinek vegyületei: bórvegyületek, földfémvegyületek, stb. szénvegyületek, szilíciumvegyületek, stb. nitrogénvegyületek, foszforvegyületek, stb. oxigénvegyületek, kénvegyületek, stb. halogénvegyületek nemesgázok vegyületei d-mező elemeinek (átmenetifémek) vegyületei f-mező elemeinek (lantanidák és aktinidák) vegyületei
Szervetlen vegyületek csoportosítása soportosítás az alkotóelemek elemi összetétele szerinti Hidridek: hidrogént tartalmazó vegyületek. - kovalens hidridek (pl. hidrogén-klorid (Hl), metán (H 4 )), - sószerű hidridek (pl. nátrium-hidrid (NaH)) (a H oxidációfoka -1) - komplex hidridek pl. Na[BH 4 ] (a H oxidációfoka -1) - intersticiális hidridek pl. a Pt-ban a H 2 atomos formában oldódik Halogenidek: olyan vegyületek, melyekben -1-es oxidációfokú (F -, l -, Br -, I - ) található - ionos halogenidek pl. NaF, al 2, stb. - kovalens halogenidek pl. HI, Pl 3, metil-klorid (H 3 l), stb. - átmeneti kovalens-ionos pl. Agl, PbI 2, stb. (vízben rosszul oldódó csapadékok) Oxidok: (formálisan) oxidiont (O 2 ) tartalmazó vegyületek - savas oxidok: ezek vízzel reagálva savakat képeznek pl. SO 2, O 2 (sok nemfémes oxid) - bázisos oxidok: vízzel reagálva bázisokat (lúgokat) képeznek pl. ao (sok fémes oxid) - amfoter oxidok: erős savakkal bázisként, erős bázisokkal savként viselkednek ZnO, Al 2 O 3, H 2 O - egyéb (nem besorolható) pl. O ZnO + 2 H + = Zn 2+ + H 2 O ZnO + 2 OH - + H 2 O = [Zn(OH) 4 ] 2-
Szervetlen vegyületek csoportosítása Hidroxidok: Hidroxidion-tartalmú (OH ) vegyületek. pl. nátrium-hidroxid (NaOH), réz(ii)-hidroxid (u(oh) 2 ), vas(iii)-hidroxid (Fe(OH) 3 ) Karbonátok: Karbonátiont (O 3 2 ) tartalmazó vegyületek. Ezekkel rokon vegyületek a hidrogén-karbonátok (HO 3 ). pl. nátrium-karbonát (Na 2 O 3 ), kálium-hidrogénkarbonát (KHO 3 ) Szulfátok: Szulfátiont (SO 4 2 ) tartalmazó vegyületek. (Ismertek hidrogén-szulfátok is: ezek HSO 4 - iont tartalmaznak.) pl. alumínium-szulfát (Al 2 (SO 4 ) 3 ), ammóniumhidrogén-szulfát (NH 4 HSO 4 ), vas(ii)-szulfát (FeSO 4 ) Nitrátok: Nitrátiont (NO 3 ) tartalmazó vegyületek. pl. magnézium-nitrát (Mg(NO 3 ) 2 ), króm(iii)-nitrát (r(no 3 ) 3 ), ezüst(i)-nitrát (AgNO 3 ) Foszfátok: Foszfátiont (PO 4 3 ) tartalmazó vegyületek. Ismerünk hidrogénfoszfátokat és dihidrogén-foszfátokat is. pl. nátrium-foszfát (Na 3 PO 4 ), kalciumdihidrogén-foszfát (a(h 2 PO 4 ) 2 ), diammónium-hidrogén-foszfát ((NH 4 ) 2 HPO 4 )
Szervetlen vegyületek csoportosítása Szulfidok: Szulfidiont (S 2 ) tartalmazó vegyületek. pl. nátrium-szulfid (Na 2 S), alumínium-szulfid (Al 2 S 3 ), vas(ii)-szulfid (FeS), arzén(iii)-szulfid (As 2 S 3 ) Szulfitok: Szulfitiont (SO 3 2 ) tartalmazó vegyületek. A hidrogénszulfitok HSO 3 -iont tartalmaznak. pl. nátrium-szulfit (Na 2 SO 3 ), kálium-hidrogén-szulfit (KHSO 3 ) Számos egyéb vegyületcsoport ismert: - borátok pl. nátrium-tetraborát: Na 2 B 4 O 7 - nitridek pl. lítium-nitrid: Li 3 N) - karbidok például kalcium-karbid: a 2, szilícium-karbid: Si - nitritek például nátrium-nitrit: NaNO 2 - cianidok pl. kálium-cianid: KN Ezekkel részletesen majd a későbbi szervetlen kémiai tanulmányok során foglalkozunk.
Szervetlen vegyületek csoportosítása Vegyülettípus szerinti csoportosítás: - savak - bázisok - sók - komplex vegyületek Savak - Arrhenius elmélete (lásd előző óra) - Brønsted Lowry elmélete (lásd előző óra) - Savanhidridnek nevezzük az a vegyületet, melyet vízzel reagáltatva savat (oxosavat) kapunk: O 2 + H 2 O = H 2 O 3 SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 N 2 O 5 + H 2 O = 2 HNO 3 P 4 O 10 + 6 H 2 O = 4 H 3 PO 4 Vannak szerves savanhidridek is pl. ecetsav-anhidrid: + H 2 O = 2 H 3 OOH
Savak A sav disszociációjának vagy deprotonálódásnak nevezzük azt a folyamatot, mely során a savból H + -ion és savmaradék anion keletkezik: HA = H + + A - Savgyök: egy (vagy több) hidroxilcsoport eltávolításával keletkező gyök. Például az ecetsavból az OH-gyököt eltávolítva acetilgyököt (H 3 O) kapunk. Savak csoportosítása: - Értékűség szerint: egy- vagy többértékű (egy- vagy több bázisú savak) (lásd előző óra) - Erősség szerint: erős vagy gyenge (lásd előző óra) - Típus szerint: Oxosavak pl. H 2 SO 4 Hidrogén-halogenidek (hidrid típusú savak) pl. Hl, HI Egyéb savak (komplex savak, tiosavak) H[Aul 4 ], H 2 S 2 O 3
Hidrogén-klorid (Hl) Sósav Egyértékű (hidrid típusú) erős sav Színtelen, szúrós szagú gáz, vízben kiválóan oldódik (lásd szökőkútkísérlet; videó az elektronikus tankönyvben 114. oldal) Vizes oldatát sósavnak nevezzük A tömény sósavoldat kb. 36 tömegszázalékos, levegőn füstölög, mert a levegő páratartalmával ködöt képez Előállítás: többnyire szerves anyagok klórozásának mellékterméke Sói a kloridok (pl. kalcium-klorid: al 2 ) Nincs savanhidridje (nem oxosav)
Kénsav (H 2 SO 4 ) Kétértékű oxosav, első disszociációs lépcsőjében erős, a másodikban pedig középerős savnak tekinthető Tömény vizes oldata (kb. 96 98 tömeg%-os) nagy sűrűségű, viszkózus, színtelen folyadék Előállítható 100%-os kénsav is, melynek elnevezése füstölgő kénsav. Óleumnak nevezzük a fölös kén-trioxidot tartalmazó kénsavat (ez 100%-osnál töményebbnek tekinthető). A kénsav vízzel korlátlanul elegyedik. Vízelvonó hatású (higroszkópos) H 2 O + A kénsavban a kén oxidációfoka +6 Töményen erős oxidálószer (oldja a rezet) Előállítás: a kén-dioxid katalitikus (V 2 O 5 katalizátor) oxidációjával keletkező kéntrioxidot tömény kénsavban oldják, majd ezt hígítják. Szabályos sói a szulfátok (például kálium-szulfát: K 2 SO 4 ), savanyú sói a hidrogénszulfátok (például nátrium-hidrogén-szulfát: NaHSO 4 ) A kénsav anhidridje a kén-trioxid: SO 3 H 2 O + SO 3 = H 2 SO 4 =
Salétromsav (HNO 3 ) Egybázisú erős oxosav Tiszta állapotban (szobahőmérsékleten és normál légköri nyomáson) színtelen, szúrós szagú folyadék, ám állás hatására barnás színűvé válik (ennek oka a bomlás közben keletkező nitrogén-dioxid) A kereskedelemben kapható salétromsav 68 tömeg%-os A tömény (86 tömeg%-nál töményebb) salétromsavat füstölgő salétromsavnak nevezzük Választóvíz: 50 tömeg%-nál töményebb salétromsav, mely még az ezüstöt is oldja (de az aranyat nem) A salétromsavban a nitrogén oxidációfoka +5. Elsősorban tömény vizes oldatban erős oxidáló sav Előállítás: ammóniagáz katalitikus (platina katalizátor) oxidációjával nitrogéndioxidot állítanak elő, majd ezt permetezőtornyokban levegővel és vízzel reagáltatva keletkezik a salétromsav (Ostwald-eljárás) Sói a nitrátok pl. alumínium-nitrát: Al(NO 3 ) 3 Savanhidridje a dinitrogén-pentoxid (N 2 O 5 ) H 2 O + = 2
Szénsav (H 2 O 3 ) Kétbázisú gyenge oxosav A szénsavoldat tulajdonképpen a szén-dioxid gáz vizes oldatának tekinthető (a beoldódott szén-dioxid túlnyomó része hidratált szén-dioxid formában van jelen az oldatban. Emellett főleg hidrogén-karbonátionokat tartalmaz. Disszociálatlan szénsav rendkívül kis koncentrációban található az oldatban, ahogy a karbonátion koncentrációja is elhanyagolható. H 2 O + O 2 H 2 O 3 H + + HO 3 ( 2 H + + O 3 2- ) A szénsav szabályos sói a karbonátok (például kalcium-karbonát: ao 3 ), savanyú sói a hidrogén-karbonátok (például nátrium-hidrogén-karbonát: NaHO 3 ) Savanhidridje a szén-dioxid (O 2 ) H 2 O + =
Foszforsav (H 3 PO 4 ) Hárombázisú oxosav, az első disszociációs lépésben középerős, a második két lépésében gyenge, illetve igen gyenge savnak tekinthető Régi magyar elnevezése: vilsav, szokás ortofoszforsavnak is hívni A tiszta foszforsav szobahőmérsékleten színtelen, víztiszta, kristályos, viszonylag kemény anyag, olvadáspontja 42, megolvadva színtelen viszkózus folyadék A foszforsav vízben kiválóan oldódik Előállítás: a fehérfoszfor oxidációjával keletkező foszfor-pentoxidot elnyeletik foszforsavban, majd a keletkezett tömény savat vízzel hígítják Szabályos sói a foszfátok vagy tercier foszfátok (például nátrium-foszfát: Na 3 PO 4 ), kétféle savanyú sója is ismert: hidrogén-foszfátok vagy szekunder foszfátok (például dikálium-hidrogén-foszfát: K 2 HPO 4 ) és a dihidrogén-foszfátok vagy primer foszfátok (például kalcium-dihidrogén-foszfát: a(h 2 PO 4 ) 2 ) Savanhidridje a foszfor(v)-oxid (P 2 O 5 ) vagy molekuláris formájában tetrafoszfordekaoxid (P 4 O 10 ) 6 H 2 O + = 4
Bázisok Bázisok - Arrhenius elmélete (lásd előző óra) - Brønsted-Lowry elmélete (lásd előző óra) - Bázisanhidridnek nevezzük az olyan anyagot, mely vízzel reagálva bázist (oxobázist) eredményez: Na 2 O + H 2 O = 2 NaOH ao + H 2 O = a(oh) 2 A bázisok disszociációja vagy vízzel történő reakciója során hidroxidionok keletkeznek: BOH B + + OH B: + H 2 O BH + + OH Bázisok csoportosítása: - Értékűség szerint: egy- vagy többértékű (egy- vagy több savú bázisok) (lásd előző óra) - Erősség szerint: erős vagy gyenge (lásd előző óra) - Típus szerint: Ionos (pl. KOH) Molekuláris (:NH 3, piridin (:N 5 H 5 ))
Alkálifém-hidroxidok Közülük a két legfontosabb hidroxid a nátrium-hidroxid, triviális nevén nátronlúg vagy marónátron (NaOH) és a kálium-hidroxid, triviális nevén kálilúg (KOH). Egyértékű erős bázisok Szobahőmérsékleten és normál nyomáson szilárd halmazállapotúak, levegőn elmálló, átlátszatlan fehér kristályokat képeznek, vízben jól oldódnak. Szilárd halmazállapotban higroszkóposak, megkötik a levegő szén-dioxid tartalmát (még oldatban is). pl. 2 NaOH + O 2 = Na 2 O 3 + H 2 O Anhidridjeik az alkálifémek oxidjai (például a kálium-hidroxid anhidridje a káliumoxid: K 2 O).
Alkáliföldfém-hidroxidok A magnézium-hidroxid igen gyenge bázis, a kalcium-hidroxid középerős, a stroncium- és bárium-hidroxid erős bázisok* (ez utóbbi vizes oldatának közismert neve baritvíz). Vízben csak korlátozottan oldódnak. Megkötik a levegő szén-dioxid-tartalmát. Például: Ba(OH) 2 + O 2 = BaO 3 + H 2 O. Gyakorlati szempontból fontos vegyület: kalcium-hidroxid, triviális nevén oldott mész, mely kalcium-oxid (égetett mész) vízben való oldásával keletkezik. A kalcium-hidroxid lassan megköti a levegő szén-dioxid-tartalmát, miközben kalcium-karbonáttá (triviális néven mészkő) alakul. Anhidridjeik az alkáliföldfém-oxidok (például a kalcium-hidroxid anhidridje a kalciumoxid (ao). *Megjegyzés Amennyiben nem telített az oldat, az alkáliföldfém-hidroxidok disszociációja teljesnek tekinthető. Azonban nem lehet tömény oldatot készíteni belőlük, mert nem oldódnak túl jól vízben. A telített a(oh) 2 oldat ph-ja 12,6 és a koncentrációja 0,020 M. Ennél a Mg(OH) 2 rosszabbul, a Sr(OH) 2 és a Ba(OH) 2 jobban oldódik. Sok esetben emiatt a Sr(OH) 2 és a Ba(OH) 2 ot is középerősnek mondják.
Ammónia (NH 3 ) Egyértékű gyenge bázis Az ammónia szobahőmérsékleten és normál nyomáson szúrós szagú, színtelen gáz Vizes oldatát szokták ammóniaoldatnak vagy szalmiákszesznek hívni A ammónium-hidroxid téves kifejezés, valójában az ammóniagáz vizes oldatáról van szó, melyben részlegesen lejátszódik az alábbi folyamat: NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH Tehát az oldatban nem NH 4 OH molekulák vannak, hanem hidratált ammónia molekulák (NH 3 ), ammóniumionok (NH 4+ ) és hidroxidionok (OH ) találhatóak Az ammónia sóit ammónium-vegyületeknek nevezzük (pl. NH 4 l ammóniumklorid) Nincs bázisanhidridje
Másodfajú fémek hidroxidjai Ide sorolható például az alumínium-hidroxid, az ón(ii) és ón(iv)-hirdoxidok, az ólom-hidroxid Vízben rosszul oldódó csapadékok, ezért oldatuk kémhatása sem lúgos Rendszerint amfoter karakterűek, mind ásványi savakban, mind erős bázisok (például nátrium-hidroxid) oldatában oldódnak (ez utóbbi esetben a megfelelő hidroxo-komplex keletkezik). Például az alumínium-hidroxid esetén: Al(OH) 3 + 3 H + Al 3+ + 3 H 2 O Al(OH) 3 + OH [Al(OH) 4 ]
Sók Sóknak nevezzük a kationokból és anionokból felépülő vegyületeket. A savak és bázisok közömbösítési reakciójából keletkező vegyületek sóknak tekinthetők. Savanyú sóról beszélünk, ha a többértékű sav nem minden savas protonját helyettesítjük kationnal. pl. kálium-hidrogén-szulfát (KHSO 4 ), diammóniumhidrogén-foszfát ((NH 4 ) 2 HPO 4 ) Többértékű szerves savaknak is ismertek savanyú sói. pl. kálium-hidrogén-tartarát (HOO H(OH) H(OH) OOK), kálium-hidrogénftalát (HOO 6 H 4 OOK) Bázisos sóról beszélünk, ha a többértékű bázisnak nem minden OH -ionját helyettesítjük anionnal. pl. kalcium-klorid-hidroxid (al(oh)), réz(ii)-karbonát-dihidroxid (u 2 (O 3 )(OH) 2 ), cink-hidroxid-jodid (ZnI(OH)) Szabályos sók esetén a sav összes protonját más kationnal helyettesítjük, valamint a bázisnak az összes hidroxid ionját anionnal helyettesítjük. pl. kálium-szulfát (K 2 SO 4 ), ólom(ii)-karbonát (PbO 3 ), alumínium-szulfát (Al 2 (SO 4 ) 3 ), báriumjodát (Ba(IO 3 ) 2 )
Sók Kettős sónak nevezzük azokat a sókat, melyek kétfajta kationt és egyfajta aniont, vagy egyfajta kationt és kétfajta aniont tartalmaznak. A hármas sók ennek a megfelelő kibővítését jelentik. Például: alumínium-kálium-szulfát (AlK(SO 4 ) 2 ), pentakalcium-flourid-trifoszfát (a 5 F(PO 4 ) 3 ), magnézium-ammónium-foszfát (MgNH 4 PO 4 ), nátrium-ammónium-hidrogén-foszfát (NaNH 4 HPO 4 ), káliummagnézium-fluorid (KMgF 3 ). Gálicok (esetleg vitriolok): a kétértékű fémek szulfátjai, melyek rendszerint 7 kristályvízzel kristályosodnak. Elsősorban a magnézium-, kalcium-, mangán-, vas-, cink- és réz-szulfát tartozik ide. pl. cink(ii)-szulfát (ZnSO 4 7H 2 O), magnézium-szulfát (MgSO 4 7H 2 O), réz(ii)-szulfát (uso 4 5H 2 O), kalcium-szulfát (aso 4 2H 2 O) Timsók: egy egyértékű és egy háromértékű fém szulfátjából álló kettős sók. Az egyértékű kation gyakran kálium (K + ), ammónium (NH 4+ ), tallium (Tl + ), esetleg más alkálifémion, a háromértékű pedig alumínium(iii) (Al 3+ ), króm(iii) (r 3+ ), vas(iii) (Fe 3+ ), mangán(iii) (Mn 3+ ) stb. Általános képletük rendszerint M(I)M(III)(SO 4 ) 2 12H 2 O. pl. króm(iii)-kálium-szulfát víz (1/12) rk(so 4 ) 2 12H 2 O alumínium-ammónium-szulfát víz (1/12) AlNH 4 (SO 4 ) 2 12H 2 O
Komplex vegyületek A komplex vagy koordinációs vegyületek központi atom(ok)ból vagy ion(ok)ból és ligandum(ok)ból állnak. Az atom, melyből a komplex vegyület központi atomja lesz, üres pályákkal rendelkezik (elektronpár-akceptor), a központi atom és a ligandumok között datív (koordinációs) kötés található (ezért a ligandumnak rendelkeznie kell magános elektronpárral, tehát elektronpárdonor). A komplex vegyületek képletében a központi atomot a ligandumokkal szögletes zárójelbe tesszük. Koordinációs szám: A központi atomhoz kapcsolódó datív kötések száma. pl. [Fe(N) 6 ] 3 koordinációs száma 6 (hexakoordinált Fe 3+ ), [u(nh 3 ) 4 (H 2 O) 2 ] 2+ koordinációs száma 6 (hexakoordinált), [Aul 4 ] - koordinációs száma 4 (tetrakoordinált) Alapvetően a koordinációs vegyületeket a ligandumok szerint szoktuk csoportosítani A ligandumok lehetnek semlegesek, de rendelkezhetnek töltéssel is (ez általában negatív töltés).
Komplex vegyületek Töltéssel rendelkező ligandumok: halogenidionok (F, l, Br, I ) => halogeno- (fluoro-, kloro-, bromo-, jodo-), hidridion (H ) => hidro-, oxidion (O 2 ) => oxo-, hidroxidion (OH ) => hidroxo-, szulfidion (S 2 ) => szulfido-, cianidion (N ) => ciano-, tiocianátion (SN ) => tiocianáto-, tioszulfátion (S 2 O 2 3 ) => tioszulfáto- stb. Semleges, magános párral rendelkező molekulák: víz (H 2 O) => akva-, ammónia (NH 3 ) => ammin-, szén-monoxid (O) => karbonil- stb. koordinációs szám: 6 Kelát ligandum: Többfogú ligandum, mely gyűrűs vagy kalitka szerkezeteket hoz létre a központi atommal. pl. oxalátion ((OO) 2 2 ), etilén-diamin (H 2 N H 2 H 2 NH 2, rövidítve: en)
Szerves vegyületek csoportosítása Szénhidrogének ( x H y ) - Alkánok vagy paraffinok: telített vegyületek, melyek lehetnek gyűrűsek is (cikloalkánok vagy cikloparaffinok) - Alkének vagy olefinek: egy = kettős kötést tartalmazó vegyületek kettőt tartalmaznak a diének vagy diolefinek stb. - Alkinek vagy acetilénszármazékok: egy hármas kötést tartalmaznak - Aromás szénhidrogének: aromás rendszert tartalmaznak Halogéntartalmú szénhidrogének - Aromás halogénszármazékok - Nem aromás halogénszármazékok (nyílt láncú azaz alifás, vagy gyűrűsek azaz ciklusosak (nem aromás gyűrű)) Oxigéntartalmú szerves vegyületek - Hidroxi vegyületek (-OH): alkoholok és fenolok - Éterek (-O-) - Oxo vegyületek (=O): aldehidek és ketonok - Karbonsavak - Észterek Nitrogéntartalmú szerves vegyületek - aminok és kvaterner ammóniumsók - amidok - nitrogéntartalmú heteroaromás rendszerek (piridin, pirimidin, pirrol, imidazol, purin, ) Egyéb szerves vegyületek, melyekkel a későbbiekben fogtok megismerkedni.
Alkánok ( n H 2n+2 ) H H H H H H H H 2 H 3 H 3 metán etán propán H H H Elnevezés: Homológ sor + -án Az első négy tagnak triviális neve van: metán, etán, propán, bután A többinek a szénatomok számát jelöli görög számnév + -án Tulajdonságok: - A forráspontjuk és az olvadáspontjuk a molekulák közötti diszperziós kölcsönhatások miatt alacsony, de a szénatomszám növekedésével nő. (pl. a metán gáz, a hexán folyadék és a paraffingyertya szilárd) - Apolárisak, ezért vízben nem oldódnak - Kevéssé reakcióképesek, így pl. az alkáli fémeket is petróleum alatt lehet tárolni. H 3 H 2 H 2 bután H 3 ikloalkánok: n H 2n Égés: n H 2n+2 + (3n+1)/2 O 2 = n O 2 + (n+1) H 2 O H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 3 H 3 H H H 2 H 2 H 2 H 2 ciklopentán ciklohexán 1,3-dimetilciklopentán H 2 H 2 H 2
Alkének n H 2n Elnevezés: Homológ sor + -én Tulajdonságok: - Apolárisak, ezért vízben nem oldódnak - Az alkánoknál reaktívabbak addíció (pl. propén sósavaddíciója) H 2 H H 2 but-1-én H 3 H 3 H H but-2-én H 3 polimerizáció (pl. propilén => polipropilén) Fontosabb alkenék: etén (etilén), propén (propilén), buta-1,3-dién Égés: n H 2n + 3n/2 O 2 = n O 2 + n H 2 O etén: buta-1,3-dién
Alkinek n H 2n-2 Elnevezés: Homológ sor + -in Tulajdonságok: - Apolárisak, ezért vízben nem oldódnak - Az alkéneknél reaktívabbak addíció H H 2 but-1-in H 3 Legfontosabb alkin: etin (acetilén, 2 H 2 ) Égés: n H 2n-2 + (3n-1)/2 O 2 = n O 2 + (n-1) H 2 O
Aromás szénhidrogének Elnevezés: triviális nevekkel illetve szisztematikusan (lásd később Szerves kémia) Tulajdonságok: - Apolárisak, ezért vízben nem oldódnak - A cikloalkánoknál reaktívabbak, de aromás stabilizáció jelentkezik a speciális elektronszerkezet miatt. Ezért az addíció helyett a szubsztitúció jellemző: Fontosabb arének: benzol toluol naftalin
Halogénszármazékok l Elnevezés: szubsztitúciós nomenklatúra szerint Tulajdonságok: szerves kémián majd részletesen Fontosabb halogénszármazékok: H H 3 H 3 2-klórpropán diklórmetán triklórmetán tetraklórmetán (metilén-klorid) (kloroform) (szén-tetraklorid) klórbenzol
Oxigén tartalmú szerves vegyületek Hidroxivegyületek (funkciós csoportjuk hidroxi-csoport (-OH)) Alkoholok: - Elnevezés: homológ sor + -ol - A hidroxi-csoport nem aromás gyűrűhöz kapcsolódik - A metanol és az etanol és propanol korlátlanul elegyedik vízzel (hidrogénhidas kölcsönhatás) Fenolok: - Elnevezés: lásd Szerves kémia tárgy - A hidroxi-csoport aromás gyűrűhöz kapcsolódik Éterek (funkciós csoportjuk éter csoport (-O-)) - Vízben rosszul oldódnak, illékonyak - Elnevezés: pl. etil-metil-éter
Oxigén tartalmú szerves vegyületek Oxovegyületek (funkciós csoportjuk oxo-csoport (=O)) Aldehidek: - Az oxo-csoport láncvégi szénatomhoz kapcsolódik - Elnevezés: homológ sor + -al - Tulajdonságok: mérettől függően vízben oldódnak - Kimutatásuk: Fehling-próba, ezüsttükör-próba Oxo-csoport Karbonil-csoport H H H H 3 H H 2 H 3 Formil-csoport O formaldehid metanal O acetaldehid etanal O propanal Ketonok: H 3 H 3 O - Az oxo-csoport láncközi szénatomhoz kapcsolódik - Elnevezés pl. etil-metil-keton vagy homológ sor + -on - Nehezebben oxidálhatók, mint az aldehidek, nincs bennük formilcsoport aceton dimetil-keton propán-2-on propanon H 3 O H 2 H 3 etil-metil-keton bután-2-on butanon H 3 H3 O H 2 H 2 O H 3 metil-propil-keton H 2 pentán-2-on H 2 H 3 dietil-keton pentán-3-on
Oxigén tartalmú szerves vegyületek Karbonsavak (funkciós csoportjuk a karboxil-csoport (-OOH)) - Elnevezés: homológ sor + -sav - Mérettől függően vízben jól oldódnak - Gyenge savak, vizes oldatban részlegesen disszociálnak - Metánsav (hangyasav) HOOH; etánsav (ecetsav) H 3 OOH; oxálsav (sóskasav) HOO-OOH; benzoesav 6 H 5 OOH Észterek (funkciós csoportjuk az észter csoport (-OO-)): - Elnevezés: savszármazékként (pl. metil-acetát (H 3 OOH 3 )) - Mérettől függően vízben oldódnak, de rosszabbul, mint a karbonsavak - Előállítás pl. direkt észterezéssel (alkohol + karbonsav reakciója): OOH benzoesav karbonsav alkohol észter R: alkil csoport általános jelölése pl. metil-, etil-, - Fontosabb észterek: R-formiát, R-acetát, R-R-oxalát, R-benzoát (R: metil, etil, ), zsírsavészterek, neutrális zsírok (trigliceridek)
Nitrogéntartalmú szerves vegyületek Aminok: - Elnevezés: pl. etil-metil-amin - Fontosabb alkoholok: metil-amin, fenil-amin (anilin) - Tulajdonságok: szerves kémián majd részletesen - Előállítás: pl. alkil-halogenidekkel az ammónia hidrogénjei alkilcsoportokra cserélhetők: NH 2 R NHR 2 NR 3 NR 4+ l - primer amin szekunder amin tercier amin kvaterner ammónium só (elsőrendű) (másodrendű) (harmadrendű) (negyedrendű) Savamidok: - lásd Szerves kémia tárgy - pl. etánamid Nitrogéntartalmú heterociklusok: - lásd Szerves kémia tárgy
Köszönöm a figyelmet! Jó tanulást a ZH-hoz!