FODRÁSZ ANYAGISMERET A jegyzet tartalmazza a modulzáró vizsgákhoz és a szakképesítő vizsgához szükséges elméleti tananyagot, valamint a gyakorláshoz szükséges feladatokat is. Összeállította: Szeverényi Andrea szakképzési vezető Az Országos Képzési Jegyzék 33 815 01 1000 00 00 számmal jelölt fodrász szakképesítés szakmai és vizsgakövetelményeinek figyelembe vételével. A jegyzet szerzői jogvédelem alatt áll! 1
Tartalomjegyzék Kémiai alapfogalmak 3 Feladatok 8 Kémiai kötések 13 Feladatok 19 Anyagi halmazok 23 Feladatok 32 A hidrogén és az oxigén fodrászatban használt vegyületei 37 Feladatok 46 Oldatok 47 Feladatok 52 Kidolgozott feladatok 54 Fertőtlenítés 62 Feladatok 70 Fodrászipari eszközök anyagai 71 Feladatok 74 A vas 76 Az alumínium 77 A műanyagok 77 Feladatok 79 Emulziók 80 Krémek 84 Feladatok 89 Borotvaszappan 90 Alkoholok 92 Feladatok 101 Vérzéscsillapítók 104 Hajpakolók 107 Zsírok és olajok 111 Viaszok 115 Hajápoló anyagok 116 Feladatok 121 Hajrögzítők 123 Illatosítók 130 Konzerválószerek 131 Gyógyhatású anyagok 135 Színező anyagok 142 Feladatok 144 Púderek 149 2
Kémiai alapfogalmak A körülöttünk lévő világban a megszámlálhatatlanul sokféle élőlény és élettelen tárgy közös tulajdonsága, hogy mindegyik anyagból van. Az anyag állandóan mozog, változik, átalakul. Érzékszerveinkkel is érzékelhetjük az anyagok tulajdonságainak sokféleségét ( makroszkópikus tulajdonságok). A tulajdonságok legtöbbjét azonban csak akkor érthetjük meg, ha megismerjük az - anyagi részecskéket - a részecskékből felépülő halmazok tulajdonságait - az anyagi változásokat. Mindezek vizsgálatával a természettudományok foglalkoznak, amelyek egyik területe a kémia tudomány. A kémia az anyagok összetételével, szerkezetével, változásaival, előállításával és felhasználásával foglalkozik. A fodrász anyagismeret a fodrász szakmában előforduló anyagok tulajdonságaival és változásaival foglalkozik. Anyagi részecskék Elemi részecskék Kémiai részecskék - proton - atom - neutron - ion - elektron - molekula Kémiai részecskék Azokat a minden tulajdonságukban megegyező részecskéket, amelyek a kémiai elemeket felépítik, atomoknak nevezzük. Az atom szó görög eredetű, oszthatatlant jelent, de ma már biztosan tudjuk hogy, valamennyi atom atommagból és elektronburokból áll. Az atommag a pozitív töltésű protonokból és a töltés nélküli neutronokból épül fel. Megközelítőleg gömb alakú, átmérője az egész atomhoz képest rendkívül kicsi. Az atomok legfontosabb jellemzője a protonok száma. Ez határozza meg 3
az atom minőségét. Pl.: az az atom, amelynek magjában 17 proton van, csak Klór lehet. Az atommag körül elektronfelhőt alkotva találhatók a negatív töltésű elektronok. Az atommagban levő pozitív töltésű protonok száma megegyezik a negatív töltésű elektronok számával, ezért az atomnak nincsen elektromos töltése, az atom semleges. Az atomokban lévő elektronokra két féle erő hat: - az atommag pozitív töltésének a vonzása - a többi elektron taszító hatása. Ezekből a hatásokból eredően minden elektron bizonyos energiával rendelkezik. Az azonos energiájú elektronok az atommagtól azonos távolságban lévő térrészekben fordulnak elő legtöbbször. Ezeket a térrészeket elektronhéjaknak nevezzük. Az elektronhéjak jellemzői: - Minden elektronhéjhoz meghatározott energiaszint tartozik. - A maghoz közelebbi elektronhéjakon tartózkodó elektronok energiája kisebb, mint a magtól távolabbiaké - Adott elektronhéjon csak meghatározott számú elektron tartózkodhat. Az 1. héjat 2 a 2. héjat 8 a 3. héjat 18 a 4. héjat 32 elektron alkothatja legfeljebb Energia minimum elve: Az elektronok úgy rendeződnek az elektronburokban, hogy energiájuk a legkisebb legyen. Ha az elektronhéj a maximális számú elektront tartalmazza, akkor a héjat lezárt héjnak tekintjük. Az atomok legkülső elektronhéja általában nem lezárt. Ezt az elektronhéjat vegyértékhéjnak is szokás nevezni, amelynek szerkezete meghatározza az atomok kémiai tulajdonságait, elsősorban reakcióképességüket. Az atomot felépítő elemi részecskék: - proton jele: p + pozitív töltésű, egységnyi tömegű atommag - neutron n 0 töltés nélküli, egységnyi tömegű - elektron e - negatív töltésű, a p + tömegének 1 / 1840 része 4
Az atomok jelölése - vegyjellel történik {pl. 17 Cl} A vegyjel az atom tudományos nevének a rövidítése. RENDSZÁM (jele: Z) - megmutatja az adott atom helyét a periódusos rendszerben ( 17 Cl 17. elemről van szó) - megmutatja, hogy az elem egy atomja hány protont tartalmaz ( 17 Cl 17 proton {p + }) TÖMEGSZÁM (jele: A) - Az elektronok tömege a protonok és neutronok tömegéhez képest igen kicsi, az atom tömegét gyakorlatilag az atommag részecskéi (nukleonok), azaz a protonok (Z) és a neutronok (N) száma határozza meg. A= Z + N ELEM - Egy elem valamennyi atomjában azonos számú proton van. Egy elem tehát az azonos protonszámú atomok halmazát jelenti. Az elemek nem minden atomja azonos tömegű, mert eltérhet bennük a neutronszám! {pl. és } IZOTÓPOK - Az azonos protonszámú, de eltérő tömegszámú (neutronszámú) atomokat egy elem különböző izotópjainak nevezzük (izotóp: "azonos hely"). Egy elem különböző izotópjainak tulajdonságai alapvetően megegyeznek (leginkább a hidrogén izotópjainak tulajdonságai térnek el egymástól, ezért ezeket különböző 5
vegyjellel jelöljük). A természetben a különböző izotópok aránya egy-egy elem esetében jellemző érték. A hidrogén izotópjai: 1 1 H hidrogén 2 1 H deutérium 3 1 H trícium Mivel a protonszám ugyanaz, minőségileg mindegyik atom hidrogén atom. Anyagmennyiség ( jele: n) Az anyagmennyiség nemzetközi mértékegységrendszerben használt mértékegysége a mól. 1 mól annak az anyagnak az anyagmennyisége, amelyben 6 10 23 darab részecske van. Ezt a számot Avogadro-számnak nevezik. Az anyagmennyiséget a kémiai részecske jele elé írt együtthatóval jelöljük. Pl: Fe 1 mól vas atom 5Fe 5 mól vasatom Moláris tömeg (jele: M) A moláris tömeg 1 mól anyag tömegét jelenti. Mértékegysége: 6
Periódusos rendszer Mengyelejev 1869 az elemeket atomtömegük szerint állította sorrendbe az így kialakult sorban a tulajdonságok fokozatosan változnak, majd periódikusan újra és újra megismétlődnek az ugrásszerű változás után új sort kezdve kialakultak az egyes periódusok, az így egymás fölé került elemek tulajdonságai hasonlítottak egymáshoz; így alakultak ki a periódusos rendszer csoportjai egyes esetekben önkényes cserét hajtott végre az atomtömeg szerinti sorrendben, mivel így egymás alá hasonlóbb elemek kerültek e rendszer alapján egyes, még fel nem fedezett elemek várható tulajdonságait is "megjósolta" A ma használatos periódusos rendszer felépítése periódusok: vízszintes sorok az elemek protonszáma, azaz rendszáma balról jobbra monoton nő a tulajdonságok fokozatosan változnak a periódus száma megegyezik az elem számával. csoportok: függőleges oszlopok a vegyértékelektronok száma és elrendeződése azonos a hasonló vegyérték elektronszerkezet miatt az egyes csoportba tartozó elemek tulajdonságai hasonlóak a főcsoportba mindig igaz, hogy a vegyértékelektronok száma megegyezik a csoport számával mezők: azok a csoportok tartoznak egy mezőbe, amelyekben ugyanaz az alhéj telítődik. Így megkülönböztetünk s-, p-, d- mezőt. 7
Feladatok 1. Az atomok kémiai szempontból legfontosabb adata a. tömegszám b. neutronszám c. atomtömeg d. protonszám e. atomsugár 2. Az atomok semlegesek, mert a. az atomban a protonok száma egyenlő a neutronok számával b. a neutronok semlegesek c. a protonok az atommagban, az elektronok pedig az elektronburokban találhatók d. az atomban azonos a protonok és az elektronok száma e. a protonok és az elektronok ellentétes töltésük miatt vonzzák egymást 3. Az atom tömegszáma egyenlő a. a protonok számával b. a neutronok számával c. a protonok és a neutronok számának összegével d. a protonok és az elektronok számának összegével e. a nukleonok és az elektronok számának összegével 4. Az atom tömege az atommagban összpontosul, mert a. a proton és a neutron tömege azonos b. a protonok és az elektronok száma azonos az atomban c. az atommagot alkotó protonok és neutronok tömege sokkal nagyobb az elektronok tömegénél d. az atommag mérete 10 000-szer kisebb az egész atom méreténél e. a proton tömege azonos az elektron tömegével 8
5. Az elemek kémiai tulajdonságait meghatározza az őket felépítő atomok a. tömege b. mérete c. elektronhéjainak száma d. vegyértékelektronjainak száma e. tömegszáma 6. Mekkora a rendszáma annak az elemnek, amelyik a legjobban hasonlít tulajdonságaiban a 3-as rendszámú elemhez? a. 2 b. 4 c. 5 d. 10 e. 11 7. Egy elem rendszáma 35. Állapítsd meg, mennyivel nagyobb a rendszáma annak az elemnek, amelyik a legjobban hasonlít ehhez az elemhez? a. 1-el b. 8-al c. 18-al d. 53-al e. 35-el 8. Mennyiségi összehasonlítás: melyik a nagyobb? a. az alumínium elektronegativitása b. a szilícium elektronegativitása 9. Mennyiségi összehasonlítás: melyik a nagyobb? a. a nátrium elektronegativitása b. a kálium elektronegativitása 9
10 Melyik sorozatban található jelölések fejeznek ki 4-4 g anyagot? a. 2 H 2 ; 0,25 C b. O; 4 H; 4 H 2 c. 0,25 O; 4 H; 2 H 2 ; 1/3 C d. 2 H; 0,5 O; 0,25 C e. H 2 ; O2; C 11. Melyik kémiai egyenlet helyes? a. 2 H 2 + Cl 2 HCl b. 2 H 2 + Cl 2 2 HCl c. H 2 + 2 Cl 2 HCl d. H 2 + Cl 2 2 HCl e. egyik sem 12. Melyik sorban felel meg a jelölt anyagok tömegaránya 1 : 3-nak? a) H : O b) O : C c) C : 2 H 2 O d) mindegyikben e) egyikben sem 13. Melyikben van a legtöbb atom? a. 1 gramm hidrogénben b. 1 gramm oxigénben c. 1 gramm szénben d. 1 gramm vasban e. 1 gramm kénben 14. Melyikben van a legtöbb molekula? a. 0,5 gramm hidrogénben b. 8 gramm oxigénben c. 9 gramm vízben d. 22 gramm szén-dioxidban e. egyenlő számú molekula van a felsorolt anyagokban 10
15. 4,5 gramm vízben ugyanannyi molekula van, mint a. 4,5 gramm hidrogénben b. 4,5 gramm oxigénben c. 1 gramm hidrogénben d. 1 gramm oxigénben 16. Azonos számú hidrogén molekula és szénatom tömegaránya a. 1 : 2 b. 2 : 12 c. 4 : 12 d. 2 : 6 e. 6 : 2 17. 8 gramm oxigén a. 24 10 23 db. hidrogénatommal egyesül vízzé b. 12 10 23 db. hidrogénatommal egyesül vízzé c. 6 10 23 db. hidrogénatommal egyesül vízzé d. 3 10 23 db. hidrogénatommal egyesül vízzé e. 2 10 23 db. hidrogénatommal egyesül vízzé 18. Az oxigénatomok izotópja tartalmazhat a. 7 protont és 8 neutront b. 9 protont és 10 neutront c. 10 protont és 11 neutront d. 7 protont és 7 neutront e. 8 protont és 7 neutront 19. Melyik az az elem, amelynek izotópja 26 protont és 28 neutront tartalmaz? a. nikkel (Ni) b. vas (Fe) c. xenon (Xe) d. kobalt (Co) e. nincs ilyen elem 11
20. A 26-os rendszámú, 56-os tömegszámú elem milyen mennyisége tartalmaz 30. 10 23 db. neutront? a. 1 g-ja b. 1 mólja c. 6 10 23 db. atom d. 10 23 db. atom e. 5 mólja 21. A 11-es rendszámú, 23-as tömegszámú elem 1 mól atomjában levő protonok száma a. 11 b. 23 c. 6 10 23 d. 11 6 10 23 e. 23 6 10 2 22. Mennyi a proton relatív tömege? a. 1 b. 1 g c. 1 g/mol d. e. egyik sem 23. Melyik az az elemi részecske, amelyiknek száma döntően befolyásolja az atom tömegét? a. a proton b. az elektron c. a neutron d. a proton és az elektron e. a proton és a neutron 12
Az atomok stabilitása. Kémiai kötések Földünkön közönséges körülmények között csak a nemesgázok atomos állapotúak. Atomjaik tehát stabilak, nincs szükségük arra, hogy kémiai kötéseket hozzanak létre, mivel atomos állapotukban is rendelkeznek a legkisebb energiával. Legjellemzőbb tulajdonságuk a kémiai passzivitás, mely atomszerkezetének köszönhető. A nemesgázok a VIII. főcsoportban találhatóak. Külső elektronhéjukon 8 elektron van, kivétel a hélium, amelynek egyetlen elektronhéját kettő elektron telíti. A nemesgázok stabilitása erre a nyolcas szerkezetre vezethető vissza. A nyolc külső elektronos szerkezetet nemesgázszerkezetnek nevezzük. Minden más atom szeretne olyan minimális energiájú, vagyis stabil elektronburkot kialakítani, mint amilyen a nemesgázoké. Ez a stabilitás háromféle módon érhető el: - elektronok felvételével, illetve leadásával Ionkötés - kisszámú közös elektronpárok képzésével Kovalens kötés - nagyszámú közös elektron képzésével Fémes kötés Ionkötés: Ha a külső héjon kevés elektron található, az alatta lévő héjon pedig nemesgázszerkezet, akkor az atom könnyen leadhatja külső elektronjait. Az elektron(ok) leadásával stabil szerkezet marad vissza és pozitív töltésű ionok keletkeznek. A pozitív töltésű ionokat kationoknak nevezzük. Pl: Na Na + + e - Mg Mg 2+ + 2e - Al Al 3+ + 3e - Ha a külső héjon 6, 7, azaz a nemesgázszerkezethez közel eső számú elektron található, akkor ezek az atomok a stabil szerkezet megvalósításához elektront vesznek fel, annyit, amennyi a nyolcas szerkezet eléréséhez szükséges. Eközben negatív töltésű ionok keletkeznek. A negatív töltésű ionokat anionoknak nevezzük. Pl: Cl + e - Cl - O + 2e - O 2- P + 3e - P 3- Atom p + = e - p + >e - + ion 13 p + < e - - ion
KATION Mérete kisebb, mint az atomé ANION Mérete nagyobb, mint az atomé A pozitív és negatív ionok egymástól térben és időben elszakítva nem jöhetnek létre, vagyis kémiai reakció során adja át elektronját egyik atom a másiknak. Az így képződő ellentétes töltésű ionok kölcsönösen vonzzák egymást. A pozitív töltésű ionokat negatív töltésű ionok veszik körül, a negatív töltésű ionok köré pedig pozitív ionok rendeződnek. E folyamat eredményeként szilárd halmaz, ionrács jön létre. Az ionrácsot az ellentétes töltésű ionok közötti elektromos vonzás, az ionkötés tartja össze. Pl: Na + + Cl - NaCl Al 3- + 3Cl + AlCl 3 Az ionos kötés nagy energiát képvisel, ezért az ionvegyületek normál körülmények között magas olvadáspontú, vízben általában jól oldódó, kemény, kristályos anyagok. Az elektromos áramot nem vezetik, mert az ionok a kristályrácsban rögzítve vannak. Vezetővé csak a megolvadt vagy oldott állapotban válnak, mert ekkor az olvadékban, illetve az oldatban az ionok már elmozdulhatnak az elektromos feszültség hatására. Kovalens kötés Az ionos kötés kialakulásakor egy vagy több elektron az egyik atomból a másikba megy át. A kovalens kötés kialakulásakor az elektronokat nem sajátítja ki egyik atom sem. A stabil elektronszerkezetet az atomok úgy érik el, hogy néhány elektron közössé válik, majd a közös elektronpárok egymáshoz húzzák és összekapcsolják az atomokat. Kovalens kötésnek tehát az atomok között közös elektronpárral kialakuló kapcsolatot nevezzük. 14
Kovalens kötéssel molekulák képződnek. A közös elektronpárokat kötő elektronpároknak, a vegyértékhéjon lévő többi, a kötésben részt nem vevő elektronpárt nem kötő elektronpárnak nevezzük. H + H H:H H + H H H H 2 ٠٠ ٠٠ ٠N٠ + ٠N٠ :N:::N: ٠ ٠ N + N N N N 2 Azonos atomok között ha az elektronegativitási érték nagy apoláris kovalens kötés alakul ki. Ilyenkor az elektronegativitási értékek különbsége 0, ( EN 0). A két azonos atom egyenlő mértékben vonzza az elektronpárt vagy elektronpárokat. ٠٠ ٠ ٠٠ :O٠ + ٠C٠ + ٠O: O::C::O ٠ ٠ ٠ O + C + O O=C=O CO 2 Különböző atomok eltérő mértékben vonzzák a közös elektronpárokat. Ha ez az eltérés csak kis mértékű, akkor apoláris, ha nagyobb, akkor poláris kovalens kötés alakul ki. Az így kialakult molekulák gyakran dipólusok, mivel pozitív és negatív töltést mutatnak a molekula ellentétes oldalán. Ez a kötés kismértékben hasonlít az ionos kötéshez. Az ionos kötés és a poláris kovalens kötés között az átmenet nem ugrásszerű, hanem fokozatos. A kovalens vegyületek olvadás- és forráspontja alacsonyabb, mint az ionos vegyületeké, nagy részük folyékony vagy gáz halmazállapotú. Ez azt mutatja, hogy a kovalens molekulák közötti vonzóerő kisebb, mint az ionok közötti elektrosztatikus vonzóerő. Fémes kötés A fémes kötés a fémes anyagokban lévő kémiai kötés. A fémes atomok külső elektronhéján kissz6ámú 1-3 elektron található. Ezektől a külső elektronoktól könnyen megválnak a nemesgázszerkezet megvalósítása érdekében. Az egymás közelébe kerülő fématomok kölcsönösen vonzzák 15
egymás lazán kötött elektronjait. A külső elektronok közössé válnak és viszonylag szabadon mozognak valamennyi fématom körül. A fémes kötés olyan elsőrendű kémiai kötés, amelyben a rácspontokban lévő fématomokat szabadon mozgó elektronok tartják össze. A fémes kötéssel összekapcsolt fématomok halmaza a fémrács. A szabadon mozgó elektronok okozzák a fémek jó hő- és elektromos vezető képességét. ELSŐRENDŰ KÖTŐERŐK Kovalens kötés Ionos kötés Fémes kötés Lényege közös elektronpárok ellentétes töltésű ionok közötti elektrosztatikus vonzás az atomtörzs között, az egész kristályrácsra kiterjedően delokalizált elektronok Kialakulásának feltétele nagy EN-ú atomok nagy EN-különbség az atomok között kis EN-ú atomok Az elsőrendű kötések és az atomok elektronnegativitása (három példán keresztül) Az elektronegativitások alapján megállapítható szélsőértékek: a. két fluóratom (EN= 4) között létrejövő kötés kovalens = 8 = 0 b. két franciumatom (EN= 0,7) elektronegativitása alapján megállapítható, hogy a francium rácsában fémes kötés alakulhat ki = 1,4 = 0 c. a francium-fluoridban a kötés ionos = 4,7 = 3,3 16
A három pont által körülhatárolt háromszögbe az elektronnegativitások (EN) alapján valamennyi elem és vegyület beírható (a nemesgázok kivételével), és így meghatározható, hogy melyik kötéstípus kialakulása várható az adott anyagnál. A megfigyelhető tulajdonságok (szín, olvadásés forráspont, oldhatóság) összevetésével egyértelműen megállapítható a vizsgált anyag kristályrács típusa. Az EN-i (elektronnegativitás) értékekből csak a szélsőértékekhez közeli elemek, vegyületek kötéstípusa állapítható meg egyértelműen! A kémiai kötések és az EN-értékek összefüggése Azonos atomok között EN-érték Példa kialakuló kötések Fémes Kicsi Na, K, Ca Apoláris kovalens Nagy Cl 2, O 2 Különböző atomok EN-értékek különbsége Példa között kialakuló kötések Apoláris kovalens EN<0,5 CH 4 Poláris kovalens 0,5< EN<2 HCl, H 2 O Ionos EN>2 NaCl, MgO 17
Másodrendű kötések A molekulák között működő erőket másodrendű kötéseknek nevezzük. Energiájuk sokkal kisebb, mint az elsőrendű kémiai kötések energiája. A kötések erősségét a felszakításukhoz szükséges energia, a kötési energia nagyságával jellemezzük. A másodrendű kötések erősségét ugyancsak azzal az energiával mérjük, amely a molekulák egymástól való elszakításához szükséges (pl: párolgáskor, vagy megolvadáskor). Ezért a másodrendű kötések erősségére az anyagok olvadás- és forráspont értékei alapján következtethetünk. A van der Waals- féle kötések abból származnak, hogy a molekulák tartósan vagy átmenetileg dipólussá válnak, így közöttük kisebb-nagyobb elektrosztatikus vonzás jön létre. A van der Waals erők kicsiségét bizonyítja, hogy kis olvadás- és forráspontúak, ugyanis egészen kis hőközléssel is felbonthatók ezek a kötések és a folyadék gázzá alakul. Pl.: a cseppfolyósított nemesgázok atomjait csak van der Waals erők tartják össze, mert telített elektronhéjaik miatt a kémiai vonzóerők számításon kívül maradnak. A hirogénhíd kötés ( hidrogénkötés) a mellék-vegyértékkötés különösen fontos formája, amelynek kialakulásához H atomra és magányos elektronpárokat tartalmazó atomokra van szükség. A legerősebb másodrendű kötésfajta. A kötési energia 28-80 kj/mol értékek között változik. A hidrogénkötésre jellemző, hogy egy vízmolekula elektronhiányos, részlegesen pozitív töltésű hidrogénjei egy-egy másik vízmolekula oxigénjei felé fordulnak, mivel annak nem kötő elektronpárjai képesek kissé csökkenteni a hidrogén elektronhiányát. A hidrogénkötés csak azon molekulákban jöhet létre, amelyekben a H mellett N-, O- vagy F-atom van. Az élő szervezet szempontjából óriási jelentőséggel bír ez a kötéstípus, hiszen ezzel magyarázható a víz cseppfolyós állapota az egyes fontos vegyületek DNS, RNS, fehérjék, keratin stb. tulajdonságai., 18
FELADATOK I.a. II.a. III.a. IV.a. V.a. VI.a. VII.a. VIII.a. 2 G A B V C X D Y R 3 U E Z F T 1. Melyik elem tud kétszeresen negatív ionná alakulni? a. G b. Y c. F d. A e. C 2. Melyik elem képes háromszoros pozitív töltésű ionná alakulni? a. A b. X c. F d. B e. T 3. Melyik elem nem létesít kémiai kötést? a. G b. R c. C d. D e. U 4. Melyik jelölés írja helyesen az U és a T elem atomjaiból keletkezett molekulát? a. UT b. UT 2 c. UT 3 d. UT 4 e. UT 5 19
5. Melyik molekulában van a legtöbb nemkötő elektronpár? a. NH 3 b. CO 2 c. SO 2 d. CH 4 e. HCl 6. Hány protont tartalmaz az ammóniumion? ( NH 4 ) a. 1 b. 4 c. 10 d. 11 e. 12 7.Egészítsd ki a táblázatot a hiányzó adatokkal! ANYAG hidrogénklorid ammónia víz ÖSSZEGKÉPLET CH 4 CO 2 1 MÓL TÖMEGE 20
8, Írj az állítások után I betűt vagy H betűt, attól függően, hogy igaznak vagy hamisnak tartod! A vegyületbe rendeződött ionok töltésszámának összege mindig nulla.... A vegyületekben az összetevők aránya tetszőleges.... Az ionok elektronleadással vagy felvétellel alakulnak ki.... A kovalens kötés lényege, az ellentétes töltésű részecskék között kialakuló vonzás.... 9.Csoportosítsátok az alábbi anyagokat! (a) konyhasó; (b) vas; (c) szén; (d) ammónia; (e) levegő; (f) desztillált víz; (g) ásványvíz; (h) metán; (i) alumínium. elem:.. vegyület:.. keverék:.. oldat:.. 10. Értelmezd az ionok jelölését! Melyik atomból keletkezett a Ca 2+...? Mit fejez ki a képletben a... + jel? Mit fejez ki a + jel elé írt... 2 szám? 21
11. Hasonlítsd össze az alábbi részecskéket! protonszáma: elektronszáma: 1 móljának tömege: OXIGÉNATOM OXIDION (O 2- ) (O)............ 12. Írd a nyílra az ionná alakulás módját (+1e - ; +2e - ; -1e - ; -2e - ; -3e - )! (a) K > K + (b) S > S 2 13.Hasonlítsd össze a táblázat kitöltésével az alumíniumatomot és az alumíniumiont! alumíniumatom alumíniumion Jele p + száma e - száma külső e - száma 1 mol tömege 13. Töltsd ki az alábbi táblázatot! NÉV KÉMIAI JEL 1 MOL TÖMEGE hidrogéngáz CO 2 ammónia H 2 O S 2-22
ANYAGI HALMAZOK Egyszerű anyagok Összetett anyagok (alkotórészek aránya szerint) állandó korlátozott tetszőleges ELEMEK VEGYÜLETEK OLDATOK KEVERÉKEK Kémiailag tiszta anyagok a) Elemek Az elemek egyszerű, kémiailag tiszta anyagok, amelyeket azonos protonszámú atomok építenek fel. A kevés számú l 3 külső elektront tartalmazó atomokat fémes kötés kapcsolja össze, és szilárd állapotban fémrácsot alkotnak. Az ilyen elemeket fémeknek nevezzük. A 4 7 külső elektronnal rendelkező atomok és a hidrogén kovalens kötéssel vagy kétatomos molekulákat, vagy atomrácsot alkotnak. AZONOS ATOMOK Fématomok Fémes kötés fémrács FÉMEK Nemfé m Apoláris kovalens kötés molekulák atomrács Másodrendű kötés molekularács E L E M E K Nemfémek b) Vegyületek A különböző rendszámú atomokból kovalens vagy ionkötés kialakításával keletkező anyagok. A kémiai kötés milyenségétől függően beszélhetünk kovalens vegyületekről (pl.: víz, ammónia) és ionvegyületekről (pl.: nátrium klorid). Mivel az atomok kapcsolódásának módját és arányát az atomok szerkezete szabja meg a vegyületek összetétele állandó és jellemző az adott anyagra. 23
c) Keverékek A keverékek többkomponensű anyagok, amelyeket különböző kémiai részecskék építenek fel. Keverékekben az alkotórészek nem alkotnak kémiai kötéseket egymással, így összetételük nem állandó. Keverékek pl.: levegő, az ércek, ásványi szén stb. d) Oldatok Az oldatok összetett anyagok. Oldószerből és oldott anyagból állnak. A tapasztalat azt mutatja, hogy apoláris molekulákból álló anyagok apoláris oldószerben oldódnak jól. Pl.: benzinben, széntetrakloridban melyek apoláris oldószerek jól oldódik a jód, míg a poláris vízben igen gyengén. A víz viszont kitűnő oldószere a poláris hidrogén-kloridnak, az ionkötésű nátrium-kloridnak. Az oldódás mértéke függ az oldószer és az oldott anyag minőségétől és a hőmérséklettől. A szilárd halmazállapotú anyagok a hőmérsékletemelésével általában jobban oldódnak egy adott oldószerben, a gázok viszont kevésbé. Az oldatok összetételét legegyszerűbben tömeg %-ban fejezhetjük ki, vagyis annak megadásával, hogy az oldat grammja hány gramm oldott anyagot tartalmaz. Az olyan oldatot, amely egy adott hőmérsékleten már anyagot nem képes oldani, telített oldatnak nevezzük. Az olyan oldatot pedig, amely adott hőmérsékleten még további anyagot képes oldani, telítetlen oldatnak nevezzük Halmazállapotok: Az anyagi halmazok állapota a halmazt felépítő részecskék közötti kapcsolat erősségétől és a külső körülményektől (pl.: hőmérséklet, nyomás) függ. Gázhalmazállapotban a részecskék között nincs kémiai kötés, így viszonylag függetlenek egymástól, szabadon mozoghatnak a rendelkezésükre álló térben. Folyadékokban az elsőrendű kémiai kötéseknél gyengébb un. másodrendű kötőerők tartják össze a részecskéket. A folyadékok meghatározott térfogattal, de változó alakkal rendelkeznek. Szilárd anyagokban a részecskék kötöttek, nem mozoghatnak szabadon, hanem egy hely körül rezgő mozgásokat végeznek. A szilárd anyagok egy részére jellemző, hogy részecskéi szabályos geometriai rendben rendeződnek. Az ilyen anyagokat kristályos anyagoknak nevezzük. A kristályrácsban ionok, atomok vagy molekulák vannak. Azokat a pontokat, ahol ezek a részecskék elhelyezkednek rácspontoknak nevezzük. 24
Kristályrácsok fajtái: Ionrács rácspontokban ionok vannak. Általában kemények. Pl. : NaCl : Atomrács: A rácspontokban atomok vannak. Az egész kristályrácsra kiterjedő kovalens kötés tartja össze a rácsot. Általában igen kemények. Pl: gyémánt Molekularács: A rácspontokban önálló molekulák vannak. Gyenge, másodrendűi kötőerők tartják össze a rácsot. Általában kis keménységű anyagok pl: szén-dioxid Atomrács Molekularács Fémrács: A rácspontokon fématomok vannak. Közöttük az elektronok viszonylag szabadon mozognak, ezért jó áram- és hővezetők a fémek. Pl: alumínium Anyagi változások Az anyagok változásainak vizsgálatakor az anyagi halmaz tulajdonságainak változását követjük. 25
Anyagi változások a szerkezet változása szempontjából a szerkezet megváltozik a szerkezet változás elhanyagolható A kémiai részecske szerkezete A halmaz szerkezete változik Kémiai reakció Pl: égés Fizikai-kémiai változás Pl: halmazállapot változás Fizikai változás Pl: hajlítás, darabolás Kémiai változások A kémiai változások során az egymással reakcióba lépő anyagok kötései felbomlanak és új kötések jönnek létre. A különböző anyagok kémiai szerkezetének, i11. kémiai összetételének megváltozásával járó folyamatokat kémiai reakcióknak nevezzük. A kémiai reakciók meghatározott energiaváltozással járnak. A kiindulási és a végtermékek minőségileg különböznek egymástól, de a kiindulási anyagok tömegeinek összege megegyezik a végtermékek tömegeinek összegével. Ez a tömegmegmaradás törvénye. 26
A kémiai reakciók többféle szempont szerint csoportosíthatók. 1. A résztvevő anyagok száma szerint; a) Egyesülés során az egymásra ható anyagokból egyetlen új minőségű anyag keletkezik: Pl: C+O 2 = CO 2 H 2 + C1 2 = 2 HCl E reakciótipusba sorolhatjuk a polimerizációt és az addiciót is b) A bomlás az egyesüléssel ellentétes folyamat. Egy kindulási anyagból több új anyag keletkezik. H 2 O 2 =H 2 O+0' CaCO 3 = CaO + CO 2 Ha a keletkezett termékek visszaalakulhatnak a kiindulási anyaggá, akkor disszociációról beszélünk. c) Cserebomláskor két egymásra ható vegyületből két új minőségű vegyület keletkezik, a hasonló jellemű atomcsoportok kicserélődésével. Pl: CaCl 2, + Na 2 CO 3 -, = CaCO 3 + 2 NaCl 3 MgSO 4 + 2 Na 3 P0 4 = Mg 3 (P0 4 ) 2 + 3 Na 2 S0 27
d) Izomer átalakulások során a vegyületben szereplő atomok átrendeződnek, szerkezeti változ következik be, s új minőségű anyag jön létre. 2. A kémiai reakció során létrejövő elektron-, ill. proton átmenet szerint a) Redoxireakcíók Redoxifolyamatnak nevezünk minden olyan kémiai reakciót, amely elektronleadással, ill. elektronfelvétellel kapcsolatos (függetlenül attól, hogy oxigén jelen van vagy nincs). Pl: a magnézium fémes kötése felszakadt, s elektronok leadása és felvétele következett be magnézium és az oxigénatomok között: 2 2Mg 2+ +2O 2- A képződő magnézium-oxid ionkristályos vegyület. A reakció során a magnézium elektro adott le: 2Mg 2Mg 2+ + 4 e - ( oxidáció ) Az oxigén ebben a reakcióban elektronokat vett fel: O 2 + 4 e - 2 O 2- ( redukció ) Azt az atomot, ill. molekulát vagy iont, amely leadja az elektront, redukálószernek nevezzük Azt az atomot, ill. molekulát vagy iont, amely felveszi az elektront, oxidálószernek nevezzük. Az oxidáció és a redukció mindig egyidőben, egyszerre, egymással ellentétes irányba lezajló reakció. 28
b. Sav-bázis reakciók Azokat a kémiai reakciókat, amelyekben protonátmenet következik be, sav-bázis reakcióknak ( protolitikus reakciónak ) nevezzük. Pl: A hidrogén klorid és a víz a következő reakció egyenlet szerint reagál egymással: p + (H + ) HCl + H 2 O Cl - + H 3 O + A sósav-oldat savas kémhatását az oxónium ionok túlsúlya okozza. Az ammónia gáz a vízzel a következőképpen reagál: p + (H + ) NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - Az ammónium-hidroxid-oldat lúgos kémhatását a hidroxid ionok túlsúlya okozza. Mindkét reakcióban protonátmenet zajlott le. A sav és a bázis fogalmának értelmezése nagy változáson ment keresztül az idők folyamán. Jelenleg a Brönsted-féle sav--bázis fogalmat használjuk a kémiában. Brönsted szerint savnak nevezünk miden olyan molekulát vagy iont, amely valamely reakcióban protont ad le. Brönsted szerint bázisnak nevezünk minden olyan molekulát vagy iont, amely valamely reakcióban protont vesz fel. A savak protonleadással bázissá alakulnak: sav bázis + H + Pl: p + ( H + ) + NH 3 + HCl NH 4 + Cl - bázis 1 sav 2 sav 1 bázis 2 29
A hidrogén-klorid sav, mert protont adott le, az ammónia bázis, mert protont vett fel. Tehát két sav-bázis pár vesz részt a kémiai reakcióban, ín protonleadás és protonfelvétel nem mehet végbe, mert az egyik komponens leadja, a másik pedig felveszi a protont. A két egymásra ható anyagból mindig az viselkedik savként, amelyiknek nagyobb a protonleadó képessége. Minél nagyobb egy sav protonleadó képessége, annál erősebb savról van Az egymásra ható anyagok közül mindig az viselkedik bázisként, amelyiknek nagyobb a protonfelvevő képessége. Minél nagyobb egy bázis protonfelvevő képessége, annál erősebb _bázisról van szó. Az összetartozó sav-bázis párok esetén erős savnak mindig gyenge bázis a párja, és viszont. Pl. a hidrogén-klorid erős sav, de a kloridion gyenge bázis. 3. A kémiai reakciókat energetikai szempontból is osztályozhatjuk. Ha a kémiai reakció során energia szabadul fel, akkor exoterm vagy hőtermelő folyamatról beszélünk. Ha a kémiai reakció során az átalakuló anyagok hőt vesznek fel, akkor endoterm vagy hőelnyelő folyamatról van szó. Kémhatás A víz autoprotolíziséből H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - következően a tiszta víz is tartalmaz oxónium- és hidroxidionokat. Például 25 C-on: Ezek koncentrációját a bevitt savak és bázisok megváltoztatják. A bevitt sav növeli az oxóniumion-koncentrációt, ezzel - a kémiai egyensúly törvénye miatt - csökkenti a víz autoprotolíziséből származó hidroxidion-koncentrációt. A bevitt bázis növeli a hidroxidion-koncentrációt, lúgos kémhatást okoz. Csökkenti a víz autoprotolízisét, és ezzel visszaszorítja az oxóniumionok koncentrációját. 30