Kémiai alapismeretek 1. hét

Kémiai alapismeretek 1. hét Horváth Attila Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Kémia Intézet, Szervetlen Kémiai Tanszék 2014. szeptember 1.-5. 1/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Előadás látogatás NEM kötelező! Vizsgára bocsáthatóság feltétele: a megírt ZH-k összpontja elérje a félév során elérhető pontszám 40%-át! A félév során 2 előre be NEM jelentett alkalommal az előadáson résztvevők 2-2 pluszpontban részesülnek! Ha az összteljesítmény 90% megajánlott jeles! Ha az összteljesítmény 75% megajánlott jó! Zh. időpontok: 2014. október 21. és 2014. december 9. Pót Zh.-k időpontja: Később kijelölt időpontokban A vizsga során 2 tételt húznak, sikeres a vizsga, ha mindkét tételre kapott jegy legalább elégséges. http://ttk.pte.hu/szervetlen/ha/hallgat-fiz.htm Segédanyagok: 1 Veszprémi Tamás: Általános kémia 2 Greenwood: Az elemek kémiája 2/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Kémia az anyag és annak változásaival foglalkozó (kísérleti vagy elméleti) tudomány. Jelenségek megfigyelése: kvalitatív és/vagy kvantitatív kísérletek alapján leírás: mérleg használata (Lavoisier, 1743-1794) tömegmegmaradás törvényének kimutatása kémiai reakció közben (1773): Hg + 1 2 O 2 = HgO mennyiség = mérőszám mértékegység egységes mértékrendszer: SI, 1960 elfogadás, 1972 bevezetés 3/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Alapegységek: egység jele mértékegység neve jele tömeg m kilogramm kg hosszúság l méter m idő t másodperc s hőmérséklet T kelvin K áramerősség I amper A fényerősség I d kandela cd anyagmennyiség n mól mol Anyagmennyiség az a mennyiség, amely annyi egységet tartalmaz, mint amennyi atom van 12g 12 C nuklidban. Kiegészítő egységek: síkszög (radián) és térszög (szteradián). Származtatott egységek: Az alap- és a kiegészítő egységekből ( a) négy( alapművelet ) segítségével kapott egységek. kgm kg Pl.: N s 2, ρ m 3... 4/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Pl.: 1 inch = 2,54 cm = 2,54 10 2 m (MHSZ tizedesvessző!!) 5/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c Prefixum: Túl nagy- vagy túl kis mennyiségek leírásához használjuk. hatvány prefixum neve jele 10 18 exa E 10 15 peta P 10 12 tera T 10 9 giga G 10 6 mega M 10 3 kilo k 10 2 hekto h 10 1 deka dk 10 1 deci d 10 2 centi c 10 3 milli m 10 6 mikro µ 10 9 nano n 10 12 piko p 10 15 femto f 10 18 atto a

Rendszer: Vizsgálódásunk tárgya. Környezet: Minden egyéb. Fal: A környezetet és a rendszert szeparálja. Rendszer csoportosítása: anyagátmenet energiaátmenet nyílt + + zárt - + elszigetelt - - Rendszer leírása: állapothatározók segítségével történik. tulajdonság részrendszerek példa extenzív kiterjedés függő additív tömeg, anyagmennyiség intenzív kiterjedés független kiegyenlítődés nyomás, hőmérséklet 6/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

felosztása: vagy kémiai összetétel szerint. szerint: halmazállapot saját alak kompresszibilitás sűrűség szilárd + nagyon kicsi nagy folyadék - kicsi nagy gáz - nagy kicsi Plazma: Gázoktól eltérő tulajdonságúak, magas hőmérsékleten az atomok alkotórészeikre esnek szét (T>10 6 K). 7/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Gáz párolgás kondenzáció szublimáció folyadék olvadás fagyás szilárd Példák: Párolgás: benzin Kondenzáció: vízgőz olvadás: sütéshez zsír fagyás: jég szublimáció: jód, naftalin 8/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Gázállapot Legfontosabb állapothatározók: p, V, T, n ideális gáztörvény: pv=nrt reális gáztörvény (későbbi tanulmányok) 9/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Molekulák közti jelentősebb kölcsönhatás felületi feszültség(γ): a folyadékfelület 1m-én fellépő összehúzó erő. Kapilláris jelenségek. tenzió/gőznyomás: A folyadék felett kifejtett nyomás. Zárt rendszerben dinamikus egyensúly a gáz és a folyadék részecskék közt, nyílt rendszerben az összes molekula elpárologhat! p tenzió T Forráspont: Az a hőmérséklet, ahol tenzió eléri a külső nyomást. viszkozitás(η): A folyadék belső súrlódása. Nagy viszkozitás lassú folyadékmozgás (méz). T nő csökken η (általában!) 10/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Szilárd állapot kristályos: határozott op. amorf: fokozatos olvadás, nincs határozott op. Alkotórészek szabályosan helyezkednek el: szerkezeti egység típus példa semleges molekula molekuláris szilárd CO 2 fématomtörzs fémesen szilárd Fe ionok ionos szilárd NaCl atom (primer kötőerő) kovalens szilárd gyémánt, grafit 11/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

szerinti osztályozás akkor lehetséges, ha tudjuk miből áll az anyag. Daltoni atomelmélet alapjai (1803): Atom: Az anyag oszthatatlan kis része. Elem: Olyan anyag, amely csakis egyfajta atomokból áll. (Kémia viselkedés szempontjából!) Vegyület: 2 vagy több atomból fix arányban keletkezett egység. Példa: H 2 O Kémiai reakció: Olyan folyamat, amely során az atomok egymáshoz való kapcsolódási sorrendje megváltozik. Atomok a semmiből nem keletkeznek, nem semmisülnek meg és nem eshetnek kisebb részekre kémiai reakció során. A XXI. században tudjuk, hogy ezek csak részben igazak. Mindezekből többszörös súlyviszonyok törvénye: Ha két elem több vegyületet is képez egymással, akkor az egyik elem tömegei a másik elem tömegéhez úgy aránylanak egymáshoz, mint kis egész számok. Pl.: CO 2, CO. 12/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Vegyjel: Az elemek jelölésére használt formalizmus. Általában a latin elnevezésből származó egy-, két- vagy hárombetűs rövidítés. (Pl.: C, Cl, Unp) Tapasztalati képlet: Megadja a vegyületet felépítő elemek egymáshoz viszonyított arányát. (Pl.: (CH 2 O) x ) Molekulaképlet: Megadja a vegyületet felépítő elemek pontos számát. (Pl.: CH 2 O, C 2 H 4 O 2, stb.) Szerkezeti képlet: Az elemek pontos számán kívül megadja azok kapcsolódási sorrendjét is. (Pl.: CH 3 CH 2 COH vagy CH 3 COCH 3 ) 13/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Komponensek: a rendszert felépítő egymástól független részek. Egy komponensű rendszerek: tiszta elemek (Na, S, P, stb.), vegyületek (H 2 O, NaCl, stb.) Több komponensű rendszerek: Pl.: (limonádé, salátalé, stb.) Homogén rendszer: Nincs makroszkopikus határfelület. (Pl.: sóoldat) Heterogén rendszer: Makroszkopikus határfelülettel rendelkezik, és valamely intenzív tulajdonság ugrásszerű változást mutat. (Pl.: víz+jég) Inhomogén rendszer: Nincs makroszkopikus határfelület, és valamely intenzív tulajdonság változik helyről helyre. (Pl.: Föld légköre) Keverék: Többkomponensű heterogén rendszer. (Pl.:mészkő+homok+só) Elegy: Többkomponensű homogén rendszer. (Pl.: fagyálló folyadék) 14/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

XIX sz. vége, XX. sz. eleje az atomfizika korszaka. Dalton atomhipotézisének megdöntése. 1821 Katódsugárzás felfedezése. Jelenség: vákum pumpa alacsony nyomású gáz sötét színes fény + A katódsugárzás rejtély maradt éig. 15/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

vákum pumpa + (1897) lumineszcenciás ernyő Katódsugár független a töltő gáztól, az elektródok minőségétől. A sugárban levő negatív töltésű részecskét Thomson elektronnak nevezte. Az e az atom része. A katódsugarakat a mágneses mező is eltéríti, így meghatározható az e tömeg/töltés aránya. (5,686 10 12 kg/c) + 16/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

+ kísérlet (1909) ablak apró negatív töltésű olajcseppek keletkeznek szabadesés megakadályozása: feszültség kapcsolása csepp tömeg/töltés arányának kiszámítása ismerve a csepp tömegét, a töltés számítható. Sorozat mérésekből megállapítható két olajcsepp közti legkisebb töltés különbség. (1,602 10 19 C) m e =m e /e e=5,686 10 12 kg/c 1,602 10 19 C= 9,109 10 31 kg 17/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

(1906) Becquerel (1896) radioaktivitás felfedezése. α-, β-, γ sugarak (mágneses mezőben szeparálhatóak). Rutherford (1903) α-sugárzás: He 2+, β-sugárzás: nagy sebességű elektronok, γ-sugárzás: nagy energiájú elektromágneses sugárzás. Áthatoló képesség: γ > β > α Az atomok oszthatatlanságáról alkotott kép véglegesen megdőlt! 1906-1911 Rutherford-féle atommodell megszületése. (Geiger, Marsden) 18/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

α-sugár forrás mozgatható mikroszkóp Pb tömb Pb lemez ZnS ernyő Au fólia Tapasztalat: Minden 8000-dik α részecske elhajlott a sugárzás irányától! Rutherford (1911): Az atom tömegének 99,95%-a az atommagban koncentrálódik (10 15 m). d atom =10 10 m. e -k a mag körül keringenek a Coulomb erő hatására. Az elmélet nem teljes, hiszen az elektronoknak sugárzást kellene kibocsátaniuk, így fokozatosan elvesztenék energiájukat és be kellene csapódniuk a magba! 19/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Rutherford (1919) N+α ütközésekor H-mag keletkezik, amit protonnak nevezünk. 1930 Bothe és Becker Be+α ismeretlen sugárzás (töltés nélkül). 1932 Chadwick ez a sugárzás a neutron sugárzás. A neutron az atommag másik fő alkotórésze. Részecske tömeg (kg) töltés (C) elektron 9,110 10 31-1.602 10 19 proton 1,673 10 27 +1.602 10 19 neutron 1,675 10 27 0 20/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Rendszám (Z): Az atomban levő protonok száma. Tömegszám (A): Az atomban levő protonok és neutronok számának az összege. Jelölés: 23 11 Na Izotóp: Azonos rendszámú, de különböző tömegszámú elemek. Egy elemnek a természetben több stabil izotópja is lehet. Pl.: 1 1 H, 2 1 H, 3 1 H. re a relatív tömegeket érdemes használni. Anyagmennyiség: Az a mennyiség, amely annyi egységet tartalmaz, mint amennyi atom van 12g 12 C nuklidban. N A =6,022 10 23 Relatív atomtömeg (A r ): Természetes nuklidösszetételű elem 1 atomjának tömege a tiszta 12 C atomtömegének 1/12-éhez viszonyítva. Pl.: (A r (O)=15,999) 21/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c

Relatív molekulatömeg (M r ): Természetes nuklidösszetételű vegyület 1 molekulájának tömege a tiszta 12 C atomtömegének 1/12-éhez viszonyítva. Pl.: (A r (H 2 O)=18,016) Moláris tömeg (M, g/mol(!!)): Az adott anyag egységnyi anyagmennyiségének a tömege. Relatív atomtömeg és a tömegszám közti különbség!!! (Izotóparány, viszonyszám) 22/22 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c