Általános kémia 9-1 A KÉMIAI ELEMEK ÁLTALÁNOS JELLEMZÉSE 1. Izotópok: ugyanazon elem izotópjainak fizikai és kémiai tulajdonságai csak kismértékben különböznek. 2. Allotróp módosulatok: csak atomjaik kapcsolódási sorrendjében különböznek egymástól Polimorfizmus: grafit-gyémánt Kémiai sajátságaik megegyeznek, Fizikai sajátságaik lényegesen különbözhetnek. 3. Az atomok elıfordulása
Általános kémia 9-2 4. Az elemek fizikai tulajdonságai fizikai tulajdonságok elektronhéj szerkezet Atomok közötti kötések atomok mérete rácstípus kristályszerkezet Az elemek sőrősége Hidrogén: ς=0,08 g/cm 3 (13 K); Ozmium: ς=22,5 g/cm 3 (293 K) Atomtömeg (molekulatömeg) atomrádiusz (molekularádiusz) kristályszerkezet Olvadás- és forráspont Rácstípus atomok, ill. molekulák közötti kötés erıssége Gyémánt olvadáspontja: 4000 K Fényelnyelés (szín), fényvisszaverés (fény), fényáteresztı képesség (átlátszóság), elektromos vezetıképesség, hıvezetı képesség
Általános kémia 9-3 5. Az elemek kémiai tulajdonságai Elektronegativitás (EN) Legreakcióképesebb elemek: kicsi EN pozitív jellemő elemek nagy EN negatív jellemő elemek Standard elektródpotenciálok (vizes oldatokban) Kémiai egyensúly, disszociációs állandó (vizes oldatokban) Reakció hidrogénnel - a hidrogén oldódik az átmeneti fémekben; - sószerő hidridek (alkálifémek és földfémek); - nemfémes elemekhez poláris kötéssel kapcsolódik. Reakció oxigénnel - oxidok keletkeznek
Általános kémia 9-4 Reakció vízzel - nagy EN-ú elemmel lejátszódó reakció - kisebb EN-ú elemmel lejátszódó reakció Reakció savakkal - a nemfémek általában nem reagálnak - hidrogénnél negatívabb standardpotenciálú elemek (védıréteg) - hidrogénnél pozitívabb standardpotenciálú elemek (passziválódik) Reakció lúgokkal - nemfémes elemek reakciói (diszproporcionálódás) - amfoter jellemő fémek hidroxokomplex formájában
Általános kémia 9-5 6. Elemek elıállítása Elıfordulás elemi állapotban: Szétválasztás (fizikai és kémiai módszerekkel) Elıfordulás vegyületek formájában: Oxidációs eljárással Redukciós eljárással - katódos redukció - szenes vagy szén-monoxidos redukció - karbotermikus - aluminotermikus - redukció hidrogénnel Termikus disszociáció - Mond-féle eljárás - Van Arkel és de Boer eljárás
Általános kémia 9-6 NEMFÉMES ELEMEK HALOGÉNEK A külsı elektronhéj szerkezete: s 2 p 5 Oxidációs szám: -1, +1, +3, +5, +7 (kiv.: fluor)
Általános kémia 9-7
Általános kémia 9-8 Élettani hatások: Fluor, klór mérgezı, légzıszerveket támadja meg; Folyékony bróm a bırön nehezen gyógyuló sebeket okoz, gızei mérgezıek; A jódgızök a szem és az orr nyálkahártyáját ingerlik. Kémiai tulajdonságok: A reakcióképesség F>Cl>Br>I sorrendben változik Reakció hidrogénnel Reakció fémekkel Reakció halogenidekkel Reakció vízzel Reakció lúgokkal Jód kimutatása keményítıvel
Általános kémia 9-9 Elıállítás: Klór: laboratóriumban: KMnO 4 -, és MnO 2 -ból iparban: NaCl vizes oldatának elektrolízisével Felhasználás: fluor: mőanyaggyártás; klór: víz fertıtlenítés, mőanyaggyártás; bróm: fényképezés, gyógyszerek, szerves színezékek; jód: fertıtlenítıszer, laboratóriumi reagens HIDROGÉN-HALOGENIDEK H 2 F 2, HCl, HBr, HI Fizikai tulajdonságok: Színtelen, szúrós szagú, maró hatású gázok; Alacsony OP, Fp; (molekularács!) Komprimálva könnyen cseppfolyósíthatók Vízben jól oldódnak, meghatározott összetételnél azeotróp elegyet alkotnak (HCl-oldat: 20,24 m/m%) Vizes oldatuk savas kémhatású, erıs savak (kiv.: H 2 F 2 ) A H 2 F 2 oldja az üveget!
Általános kémia 9-10 VI. OSZLOP ELEMEI A külsı elektronhéj szerkezete s 2 p 4
Általános kémia 9-11 Az oxigéncsoport elemeinek fontosabb allotróp módosulatai Kén
Általános kémia 9-12 Élettani hatásaik: Oxigén: levegıben (21%) Ózon: mérgezı, de elnyeli a rövid hullámhosszúságú UV sugárzást, és a Föld hıháztartásában jelentıs szerepet játszik. A kén fehérjék alkotórésze, szelén, tellúr mérgezı hatásúak. AZ OXIGÉNCSOPORT HIDROGÉNVEGYÜLETEI Poláris kovalens kötéső molekulák Molekulák között van der Waals kölcsönhatás (kiv.: H 2 O)
Általános kémia 9-13 Víz (H 2 O) Fizikai sajátságai: Op: 0 C, Fp: 100 C Sőrőségmaximum: 3,98 C A jég sőrősége kisebb, mint a folyékony vízé A víznek nagy a fajlagos hıkapacitása Vízlágyítás: Csapadékos vízlágyítás termikus úton; mész-szódás eljárás; nátrium-foszfátos eljárás Ioncsere
Általános kémia 9-14 Kén oxidjai és oxosavai Kén-dioxid (SO 2 ) Színtelen, szúrós szagú gáz Könnyen cseppfolyósítható Nem éghetı, az égést nem táplálja Vízben jól oldódik Redukáló hatású Elıállítása: kén égésével, pirit pörkölésével Kénsav: Színtelen, nagy sőrőségő folyadék Vízzel minden arányban elegyedik Nedvszívó Elıállítása:
Általános kémia 9-15 NITROGÉNCSOPORT A külsı elektronhéj szerkezete: s 2 p 3 Oxidációs számok: N: -3 +5; P, As, Sb:-3, +3, +5; Bi: +3, +5
Általános kémia 9-16 Foszfor: Élettani hatásaik: Nitrogén: fehérjék, aminosavak alkotórésze; fehérfoszfor: erısen mérgezı, vörösfoszfor: nem mérgezı, nukleinsavak alkotórésze;
Általános kémia 9-17 A nitrogéncsoport elemeinek vegyületei:
Általános kémia 9-18 Ammónia (NH 3 ) Színtelen, szúrós szagú gáz Vízben jól oldódik Mőtrágya, robbanóanyag Elıállítása: laboratóriumban: ammónium-sókból; iparban: Haber-Bosch-eljárás (500 C, 20-200 MPa, Fe katalizátor) A SZÉNCSOPORT A külsı elektronhéj szerkezete: s 2 p 2
Általános kémia 9-19 A szén allotróp módosulatai: Gyémánt grafit fullerén (nanocsövek) A szén vegyületei: Szén-monoxid (CO) Redukálószer Erıs méreg Szén-dioxid (CO 2 ) Színtelen, szagtalan gáz Szárazjég (-78 C) Szénsav (H 2 CO 3 )
Általános kémia 9-20 FÉMEK A fémek általános jellemzése Elıfordulás: Elemi állapotban (nemes fémek) Vegyületeikben (oxidok, szulfidok, karbonátok, halogenidek, szilikátok)
Általános kémia 9-21 Fizikai tulajdonságok: Átlátszatlanok, fémes fényőek, szilárd halmazállapotúak (kiv.: Hg) Kristályrács: lapon középpontos vagy térben középpontos kockarács, hexagonális rendszer Sőrőség: könnyő fémek (ς< 5 g/cm 3, Al, Y, Ti, Li, Na, K) nehéz fémek (ς> 5 g/cm 3, Oz) Mechanikai jellemzık: rugalmasság, képlékeny alakíthatóság Olvadáspont W: 3140 C Forráspont W: 5930 C; Hg: 357 C Oldhatóság: oldószerekben fizikailag nem oldódnak (kiv.: NH 3 alkálifémek és alkáliföldfémek esetén), ötvözetek Elektromos vezetés SÁVELMÉLET Fémek nyújthatósága A fémek átlátszatlansága, fémes fénye A fémek elektromos vezetıképessége
Általános kémia 9-22 A fémek elektromos vezetıképessége Energiasávok vezetı anyagban Energiasávok szigetelıben Fémek: vezetıképessége a hımérséklet emelésével csökken. Félvezetık: a vezetıképesség a hımérséklet emelkedésével nı. Szupravezetés (Kammerling-Onnes 1908) elektromos vezetés 1-20 K
Általános kémia 9-23 Kémiai tulajdonságok: Vegyületekben pozitív oxidációs számmal fordulnak elı. EN reakcióképesség
Általános kémia 9-24 Oxidációs szám sav-bázis jelleg Kis oxidációs számú vegyületekben (+1-+3) oxidok bázisanhidridek, hidroxidjaik bázisok (kiv.: SnO, PbO, ZnO, Al 2 O 3, Cr 2 O 3 amfoterek) +4 oxidációs állapotú fémek oxidjai és hidroxidjai mindig amfoterek +5 oxidációs állapottól a fémek összetett anionokat alkotnak; oxidok savanhidridek Metallurgiai módszerek Érc: minden olyan ásvány, amelybıl a fém gazdaságosan kinyerhetı A fém kinyerése ércbıl: Dúsítás (meddı eltávolítása) Redukció (fém elıállítása) Finomítás (a keletkezett fém tisztítása)
Általános kémia 9-25 Dúsítás Mágneses ércdúsítás Flotálás Kilúgozás (Al-gyártás)
Általános kémia 9-26
Általános kémia 9-27 Finomítási eljárások Vizes oldatok elektrolízise Fémek közvetlen desztillációja (Mg, Hg, Zn) Zónaolvasztás (Ga, Ge, Si)