ÁLTALÁNOS KÉMIA I. Földtudományi...

ÁLTALÁNOS KÉMIA

Előadó: Dr. Vass Gábor

kémiai épület 644-es szoba

e-mail: vassg@elte.hu

Tantárgy honlapja: http://tpasinszki.web.elte.hu/magyar/altkem.htm

vetített anyag és egyéb infók helye !!!!!!!

jelszó: altkemFT

A segédanyagok a következő címen is elérhetők:

http://vassg.web.elte.hu/letoltheto/foldtud/

Előadás rövid vázlata

• Bevezetés, alapfogalmak, kémiai reakciók fő típusai

• Atomszerkezet és a periódusos rendszer

• A kémiai kötés, a molekulák alakja

• Halmazok, halmazállapotok

• Kémiai reakciók

• Termokémiai

• Kémiai egyensúly

• Elektrokémia

Jegyzet, tankönyv

• Órai jegyzet (!!!) + fóliák

Számonkérés

C-típusú vizsga

2019. szeptember 12. – 2019. december 5.

12 előadási hét, 10 előadás + 2 ZH

Zh1: 5. előadás után (október 16.)

50 pont

Zh2: 10. előadás után (december 5.)

50 pont

---------------------

100 pont

Pótzh, UV: 2020. január

elégséges (2) 51 – 61 pont

közepes (3) 62 – 72 pont

jó (4) 73 – 83 pont

jeles (5) 84 – 100 pont

kedd 10-12 h

0.83 Eötvös terem

Ea1.:szept. 12.

Ea2.: szept. 19.

Ea3.: szept. 26.

Ea4.: okt. 3.

Ea5.: okt. 10.

ZH1.: okt. 16.

Ea6.: okt. 24.

Ea7.: nov. 7.

Ea8.: nov. 14.

Ea9.: nov. 21.

Ea10.: nov. 28.

ZH2.: dec. 5.

Miért szerethetjük a kémiát?

Ízes

E 621:

Nátriumglutamát

NaCl

Illatos

vagy büdös…

CH3CH2CH2CH2SH

feromonok

S

O

C

H

CC

H

H

H H

H

Kellemes

Hasznos

Fontos

Látványos

Hangos

És miért tanul kémiát az első éves

BSc-s hallgató ?

Minerológus leszek…

SZERVETLEN KÉMIA

ANALITIKAI KÉMIA

Mi az összetétele? Tulajdonságai?

Miért eltérő a színük?

A kőzetek, barlangok érdekelnek…

H2O + CO2 → H2CO3

H2O + H2CO3 HCO3 + H3O

+

pH ≈ 5, mészkő, vízkő képződése:

H2CO3 + CaCO3 2HCO3 + Ca2+(aq)

SZERVETLEN KÉMIA

FIZIKAI KÉMIA

Limnológus leszek…

Miért ilyen a tó színe?

Tyndall-effektus (fényszóródás)

FIZIKAI KÉMIA

KOLLOIDIKA

Paleontológus leszek…

Mikor éltek?

MAGKÉMIA

ANALITIKAI KÉMIA

Meteorológus vagy klímakutató leszek…

SPEKTROSZKÓPIA

REAKCIÓKINETIKA

A nyersanyagok, energiahordozók érdekelnek…

SZERVES KÉMIA

TERMOKÉMIA

IPARI KÉMIA – KÉMIAI TECHNOLÓGIA

ZÖLD KÉMIA

Gazdaságföldrajz érdekel…

Bauxitja nincs…

Alumíniumtermelése

mégis jelentősELEKTROKÉMIA

Nem is a Föld érdekel…

SPEKTROSZKÓPIA

MAGKÉMIA

ANALITIKAI KÉMIA

Szeretem a

természetet!

Élettan, genetika, biokémia,

immunológia, sejtbiológia

Etológia, anatómia, rendszertan,

környezetvédelem, ökológia

Bevezetés

ÁLTALÁNOS KÉMIA:

Nem önálló tudományterület, cél a kémia

részterületein használatos alapfogalmak,

összefüggések bemutatása.

Alapfogalmak

Alapfogalmak

• Atom: Kémiai úton tovább nem bontható, pozitív töltésű atommagból és azzal kölcsönhatásban álló egy vagy több negatív töltésű elektronból felépülő részecske, elektromosan semleges.

• Atommag: Proton(ok)ból és neutron(ok)ból áll, kémiaireakciók alkalmával változatlan marad.

• Rendszám: Az atommagban található protonok száma.

• Tömegszám: Az atommagban található protonok ésneutronok számának összege.

• Vegyjel: Az elem latin nevéből származó 1−2(−3) betűs jelölés.

C12

6

tömegszám

rendszám vegyjel

Atomok relatív mennyisége az emberi szervezetben

nyomelemek, melyek

a legtöbb növény és állat számára szükségesek

elemek, melyek

az élőlények

tömegét alkotják

nyomelemek, melyek

valószínüleg szüks.

néhány életforma számára

Alapfogalmak

Elem: Olyan atomok rendszere, melyek

magjában meghatározott számú proton van.

Lehet: gáz --- folyadék --- szilárd

He atom

N2 Br2 I2 molekula

Hg Al fém

Elemek

Alapfogalmak

• Nuklidok: Egy elem olyan atomjai, melynek a rendszámán

kívül a tömegszáma is meghatározott.

pl.: Br, Br H, H, H

• Természetes izotóparány (nuklidösszetétel)• relatív gyakoriság

• Relatív atomtömeg: külön megjelölés nélkül, a természetes

nuklid-összetételű elem egy atomja átlagos tömegének

viszonya a 12C-nuklid tömegének 1/12 részéhez.

35 35

79 81

1 1 1

1 2 3

Br: 79,904 H: 1,00794

Atomtömeg

Szén-12: 98.89 % gyakoriság 12 amu

Szén-13: 1.11 % gyakoriság 13.0034 amu

Miért 12.011 amu a szén relatív atomtömege?

= 12.011 amu

tömeg = (12 amu)(0.9889) + (13.0034 amu)(0.0111)

= 11.87 amu + 0.144 amu

amu = atomic mass unit (atomi tömegegység) = 1,66053886∙10–27 kg

Megállapodás szerint !

Alapfogalmak

• Molekulák: (Kovalens) kémiai kötéssel összetartott atomok véges halmaza.

Molekula Nem molekula

O2 fém Al

CH4 grafit, gyémánt

C6H6 NaCl !!!!

Atomok és molekulák tömegének

mérése

mágneses tér (B)

töltött részecskék

elektronforrás

legnehezebb

könnyebb

minta

gyorsítás (U)

elektromos térrel

becsapódó

elektronok

ionizálnak

minta

elpárologtatása

szeparáció

Newton: F=ma

Lorentz: F=qv×B

q=ze

e: egységtöltés

z: töltésszám

a=(z/m)ev×B

TÖMEGSPEKTROMETRIA

A tömegspektrum

rela

tív inte

nzitás

Ma is az egyik legfontosabb

szerkezetkutató módszer

Alapfogalmak

• Gyökök: Párosítatlan elektront tartalmazó atomcsoport. Rendszerint nagy reaktivitás jellemző rá!– Pl.: H3C∙, NO∙, O2 (!!!)

• Ionok: Olyan entitások (atomok, molekulák,

atomcsoportok, …), melyek elektromos töltést

hordoznak.

– Pl.: Cl-, Na+, SO42-

Alapfogalmak

Anyagmennyiség:

1 mol annak a rendszernek az anyagmennyisége, amely

annyi entitást (atomot, atomcsoportot, iont, molekulát, stb.)

tartalmaz, mint amennyi atomot 0,012 kg 12C.

(Avogadro állandó: NA = (6,02252 0,00028)*1023 mol-1)

Mennyi 1 mol 12C tömege ? (ellenőrizzük vissza!)

12 ∙ 1,66053886∙10–27 kg ∙ 6,02252 *1023 = 0,012 kg = 12 g

Átlagos moláris tömeg: Természetes nuklid-összetételű

anyag 1 moljának a tömege.

Alapfogalmak

Vegyület:

Különböző rendszámú, kötött állapotú atomok halmaza.

Pl.:

HCl

H2SO4

SiO2

NaCl

Alapfogalmak

• Tapasztalati (összeg) képlet: valamely vegyületet alkotóelemek arányát írja le.

(Molekuláris vegyületeknél a molekula összetételét is megadja/molekula-tömeg!/)

39,26% Na, 60,74% Cl NaCl

50 mol% Na, 50 mol% Cl NaCl

/CaCO3, H2O, N2, C2H6O (C6H12O6 CH2O)!/

• Szerkezeti képlet: A szerkezeti képlet kifejezi az atomoknak avegyértékükből adódó elrendeződését is a molekulában,egyszerű, kettős-, vagy hármas-kötést kifejező vonalak, láncok,gyűrűk stb. alakjában.

• Sztereo képlet: A sztereo képlet kifejezi az atomhoz kapcsolódócsoportok térbeli elrendeződését is. (Konfiguráció)

• (Gyök)csoportos képlet: Egyszerűsített szerkezeti képlet

Pl.: CH3-CH2-OH, CH3-O-CH3, K4[Fe(CN)6]

Összegképlet Szerkezeti képlet Molekula modell

etanol

Contergan-botrány

thalidomid (α-ftálimido-glutártárimid)

S – enantiomer: teratogén R – enantiomer: nem toxikus

enantiomer

keverék

Kémiai reakció

Kémiai folyamat, melynek során

atomok között kötés szakad fel,

és/vagy új kötés alakul ki.

Kémiai reakciók

• A reakció: Anyagi változással járó folyamatok. Megfordítható(reverzibilis), vagy egyirányú (irreverzibilis)

=

• Az egyenlet: A folyamat leírása: pl. 2 H2(g) + O2(g) = 2 H2O (f)

1 mol anyagmennyiség többszöröse.

Kiindulási anyagok (bal oldal), termékek (jobb oldal),

együtthatók (egész számok).

• Tömegmegmaradás (atom, anyag)

• Töltésmegmaradás (oxidációs szám változás)

• Energiamegmaradás: energia semmilyen folyamatnál nemkeletkezik v. semmisül meg, hanem csak átalakul.

kémiai energia ---- hő (exoterm, endoterm)

!MINDIG A RENDSZER A VISZONYÍTÁS KÖZPONTJA!

Kémiai reakciók típusai

• Sav-bázis reakció: (A Brönsted-Lowry elmélet szerint) H+ átadássaljáró reakció

• Redoxi reakció: Redoxi reakció minden olyan reakció, melyneksorán legalább egy elemnek megváltozik az oxidációs száma. Azilyen reakciók során a redukálószer oxidálódik, míg az oxidálószerredukálódik.

• Izomerizáció: Egy vegyület átalakítása egy másik szerkezetiképletű és molekulasúlyú vegyületté (izomerré). Ekkor vagyszerkezeti átalakulás, vagy egy térbeli eltolódás (sztereoizoméria)megy végbe.

pl: CH3-CH(CH3)-CH=CH2 CH3-C(CH3)=CH-CH3

• Egyesülés (addíció): Egyszerű kapcsolódás útján két anyagból,vegyületből egyetlen reakciótermék keletkezik. (Di-, tri-, poli-merizáció) (4 Al + 3 O2 2 Al2O3)

• Bomlás (disszociáció, elimináció): Bomlás alatt olyan folyamatotértünk, melynek során egy anyagból több jön létre.

CaCO3 CaO + CO2

Arrhenius savak és bázisok

Sav és bázis sót és vizet ad

= semlegesítés

HCl + NaOH “Só” + Víz

Sav Bázis Na

kationEOS

HOHCl

/anion

Savak és savanionok

Salétromossav

Salétromsav

Foszforsav

Kénessav !!!!!!!!!!

Kénsav

Hipoklórossav

Klórossav

Klórsav

Perklórsav

Nitrit

Nitrát

Foszfát

Szulfit

Szulfát

Hipoklorit

Klorit

Klorát

Perklorát

“át”“…sav”

“it”“…es sav”

Redox reakciók

• Elektronszám változás

• Oxidáció: elektron leadás (Mg)

• Redukció: elektron felvétel (O2)

• Oxidálószer: elektront vesz fel (O2)

• Redukálószer: elektront ad le (Mg)

2 Mg + O

0(hőközlés)

- 4e

+ 4e

-

-

2 2 MgO .

-2+20

~12 g Mg elégetése során nyert hővel ~950 g 25 0C-os vizet lehet felforralni

Kémiai reakciók típusai

• Cserebomlás (metatézis): Cserebomlás alatt olyan kémiai

átalakulást értünk, amelyben az egymásra ható vegyületek

alkotórészei kölcsönösen helyet cserélnek egymással.

AB + CD = AC + BD

Hidrolízis, ha az egyik partner víz:

CH3COOCH3 + H2O CH3COOH + CH3OH

(Szolvolízis, ha tetszés szerinti az oldószer)

A cserebomlás lehet teljes vagy részleges.

Kémiai reakciók típusai

Elemi reakció: Nem bontható egyszerűbb lépésekre

Összetett reakció:

• konszekutív (egymás utáni; összeadható):

Br2

HCCH + Br2 HC(Br)=CH(Br) HBr2C – CBr2H

• párhuzamos (nem adható össze):

CaO(sz) + CO2(g) CaCO3(sz)

CaO(sz) + H2O(f) = Ca(OH)2(sz)

CaO(sz) + 2 H2CO3(aq) = Ca(HCO3)2(aq) + H2O(e)

Reakcióextenzitás: ni/i

i: sztöchiometriai szám

Def.: Egy sztöchiometriai együtthatónak megfelelő reakció „előrehaladása” jellemezhető bármely komponens mólszámváltozásával.

Halmazok

• Heterogén rendszer: Olyan rendszer, melyben van olyan

makroszkópikus határfelület (megkülönböztethető belső és

külső molekula), amely mentén különböző tulajdonságú

homogén rendszerek érintkeznek egymással. Ilyen lehet

például a folyadék és a vele érintkező gőze.

(Makroszkópikus: az alkotóelemek méreténél több

nagyságrenddel nagyobb.)

• Elegy (oldat): Egy homogén rendszer, vagy heterogén

rendszernek egy fázisa, melyben két vagy több anyag található.

• Oldószer: Az oldott anyaggal megegyező halmazállapotú,

túlsúlyban lévő anyag. Jellemző szabály: Simila similibus

solvuntur. (A hasonlót a hasonló oldja.) Pl: Gyanta jól oldódik

alkoholban, míg vízben nem. A zsírt jól oldja a benzin.

Halmazok

• Keverék: Olyan heterogén rendszer, melyben az egymással

elkevert anyagok külön fázist képeznek.

• Halmazállapotok: szilárd, folyadék, gáz

• Halmazállapot-változás: Olyan folyamat, mely elvben kémiai

változás nélkül más halmazállapotúvá alakítja az anyagot.

(pl.: Ha lehűtik a gázokat, csökken a molekulamozgás irama,

megrövidül a közepes úthossz, a molekulák közelebb kerülnek

egymáshoz és vonzóerők is érvényesülnek, azaz folyadék

keletkezik.)(kivételek: atomrácsos anyagok olvadása, párolgása,

ion-rácsos anyagok szublimálása)

Halmazok

• Fázis: Az anyagok egynemű, éles elválasztó felületekkel határolt, optikailag megkülönböztethető, mechanikusan elválasztható alakjai.

• Fázisátalakulás:halmazállapot-változás + polimorf átalakulás.

• Fázis-diagramm: a zárt rendszer állapotát 2 változó függvényében írja le.

P

Tt = 0,01 °C

611 Pa

Jég

Víz

Gõz

Kritikus pont:t = 374 °C

p = Pa

Halmazok

aragonit kalcit

Tulajdonságok, mennyiségek,

mértékegységek

• Fizikai mennyiségek: Anyagot, állapotot, változást leíró

minőségi és mennyiségi jelentéssel egyaránt bíró fogalmak.

• Mennyiség: mérőszám * mértékegység x = {x}[x]

• Összehasonlíthatóság: (egyneműség): van értelme a

„melyik?” és „hányszor nagyobb?” kérdéseknek.

• Mértékegység: Fizikai mennyiség megállapodásszerűen

rögzített értéke.

• Első mértékegységrendszer: metrikus(1790-99

Franciaország) SI (1960, Mo-n:

1976-tól)

Alapmértékegységek:

Mennyiség

neve:

Jele: Mértékegysé

g neve:

Jele:

Hosszúság l méter m

Tömeg m kilogramm kg

Idő t másodperc s

Elektromos

áramerősség

I amper A

Termodinamikai

hőmérséklet

T kelvin K

Anyagmennyiség n mól mol

Fényerősség Iv kandela Cd

Mértékegységek:

• Kiegészítő mértékegységek: síkszög (rad), térszög (sr)

• Származtatott mértékegységek:

pl: Frekvencia (Hz, s-1);

Erő (N, kg*m*s-2);

Nyomás (Pa, N*m-2);

Energia (J, N*m);

Teljesítmény (W, J*s-1);

Feszültség (V, W*A-1)

• Fontosabb előtagok:

giga (109, G) mega (106, M) kilo (103, k)

deka (10, da) deci (10-1, d) centi(10-2, c)

milli (10-3, m) mikro (10-6, ) nano (10-9, n)

piko (10-12, p)

Alapmértékegységek etalonjai és

definíciói

1799: 1 platina méter etalon és

1 platina tömegetalon

1983: 1 m az a távolság, amit a fény 1/299792458

másodperc alatt tesz meg

azaz ma a távolságmérés időmérésre van visszavezetve!

Tömegetalon

Intenzív mennyiségek: A minta méretétől

független

• Hőmérséklet

• Olvadáspont

• Sűrűség

Extenzív mennyiségek: Függ a minta méretétől.

• Hossz

• Térfogat

• Tömeg