Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ÁLTALÁNOS KÉMIA
Előadó: Dr. Vass Gábor
kémiai épület 644-es szoba
e-mail: [email protected]
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