View
44
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
Állapot Jellemzők Moláris térfogat (dm 3 /mol) Standard 25 º C, 0,1 MPa 24,5 Szobahőmérséklet 20 º C, 0,1 MPa 24,0 - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
HalmazállapotokHalmazállapotokGázGáz
Állapot Jellemzők Moláris térfogat (dm3/mol)Standard 25ºC, 0,1 MPa 24,5Szobahőmérséklet 20ºC, 0,1 MPa 24,0Normál 0ºC, 0,1 MPa 22,41
Avogadro törvénye: azonos nyomású és hőmérsékletű gázok egyenlő térfogatában – az anyagi minőségtől, molekula méretétől függetlenül – azonos számú molekula van.
Általános gáztörvény: pV=nRT (R=8,314 m3Pa/molK, moláris gázállandó) mértékegységek R dimenziója alapján
Példa: 0.5 mol Cl2 gáz térfogata 20 ºC-on 101300 Pa • V = 0.5 mol • 8,314 • (273 + 20) K V = 0.012 m3
HalmazállapotokHalmazállapotokFolyadékokFolyadékok
Folyadékkristályok:
• Részlegesen rendezett állapotban levő folyadékok (átmenet a folyadék és kristályos anyagok között.
• Hosszúkás molekulák, melyek hosszú távú rend kialakítására képesek.
• Sok fizikai tulajdonságuk a kristályokéhoz hasonlóan anizotróp, azaz irányfüggő.
• Elektromos vagy mágneses mező hatására a csoportok rendeződnek. Felhasználás: órák, számológépek, műszerekben kijelzők, LCD monitorok, TV
különböző típusú (molekulától függő) elrendeződések
HalmazállapotokHalmazállapotokOldatokOldatok
Jellemzők:
• Ionos (és poláris) vegyületek poláris oldószerekben oldódnak jól (H2O, alkohol). A szilárd ionrács ionokra esik szét.
• Nemfémes elemek (pl. I) és apoláris szerves anyagok apoláris szerves oldószerekben oldódnak (benzol, kloroform, éter)
• Oldhatóság: pl. 100 g oldószer által feloldható anyag tömege
• Telítetlen – telített – túltelített (instabil) oldat
• Gázok oldhatóságát nyomással lehet növelni.
• Hőmérséklet szerepe:
• Oldáshő: mekkora hő szabadul fel, vagy mennyi hőt vesz fel a rendszer 1 mol anyag feloldásakor. Qoldás=Erács + Eszolv
• 1 mol anyag szolvatációját (hidratációját) kísérő energiaváltozás a szolvatációs (hidratációs) energia. Értéke negatív (energiafelszabadulás).
• Melegítés segít: KNO3, NH4Cl (itt oldódás endoterm)
• Hűtés segít: NH3, SO2, H2SO4 (itt oldódás exoterm)
HalmazállapotokHalmazállapotokOldatok: koncentrációszámításOldatok: koncentrációszámítás
Fontosabb koncentrációk:
• moláris koncentráció (c): mol oldott anyag/1 dm3 oldatban (mol/dm3)
• tömegszázalék: gramm oldott anyag/100 gramm oldatban (m/m%)
• tömegkoncentráció: kg oldott anyag/1 m3 oldatban (kg/m3)
Számítási példa:Számítsuk ki annak az oldatnak a moláris koncentrációját, melyet 100 g NaCl 0.4 dm3 vízben történt feloldásával kaptunk.Az atomtömegek: MNa=23, MCl= 35.5
Az NaCl moltömege: 23+35.5=58.5 g/mol100 g NaCl = 100/58.5 = 1.71 mol ha 0.4 dm3 vizben van oldva 1.71 mol NaCl akkor 1 dm3 vizben van oldva 4.275 mol NaCl.
Tehát az oldat koncentrációja 4.275 mol/dm3
HalmazállapotokHalmazállapotokKristályos anyagok, atomrácsKristályos anyagok, atomrács
Szilárd anyagok: kémiai kötések az atomok/ionok/molekulák között
• Amorf: a részecskék elhelyezkedése rendezetlen, vagy csak kis körzetekben rendezett. Nincs határozott olvadáspontjuk = op (lágyulás → folyadék)
• Kristályos anyagok: a részecskék a tér minden irányában szabályos rendben helyezkednek el. Jól definiált (anyag azonosítására is használt) olvadáspontjuk van.
• Atomrács: rácspontokban atomok, melyek irányított egyszeres () kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz: gyémánt, Si, Ge, B, SiO2, ZnS, SiC
Kemények, hőt és elektromosságot nem vezetik, op magas, sem vízben, sem szerves oldószerekben nem oldódnak.
Gyémánt (Si, Ge, ZnS, SiC)Minden C atom körül tetra-éderes elrendeződésben van a többi azonos távol-ságra, azonos kötésszöggel.
109.5º
HalmazállapotokHalmazállapotokFémrácsFémrács
térben középpontos kockarács lapon középpontos kockarács hatszöges rács (Na, K, Fe, Cr) (Au, Ag, Al, Cu) (Mg, Ni, Zn)
Jellemzők:
• Rácspontokban pozitív töltésű fém atomtörzsek, amiket hozzájuk közösen tartozó delokalizált elektronok kötnek össze → vezetőképesség
• Erős kötés: kemény, magas op (Cr, W)
• Szürke szín (kivétel Cu, Au): minden típusú fotont elnyel (e--k gerjesztődnek)
• Oldhatóság: egymás olvadékaiban → ötvözet, ill. kémiai átalakulással savakban
+ + + + ++
++
+ + ++ + + + + + +
Leggyakoribb rácstípusok:
aranyrög
puha, megmunkálható
kemény, rideg
mindenféle
HalmazállapotokHalmazállapotokFémrács: ötvözetekFémrács: ötvözetek
Az ötvözet fémes anyag, mely legalább két kémiai elemből áll, s legalább az egyik fém. Legismertebbek: acél, sárgaréz (réz + cink), bronz (ón + réz)
Fizikai tulajdonságok, mint a sűrűség, reakciókészség, rugalmassági modulus, elektromos- és hővezető képesség általában nem mutatnak nagy eltérést az alkotóelemekéhez képest, de a mechanikai tulajdonságok, mint a szakító- és nyírószilárdság lényegesen különbözhetnek. Oka az atomok különböző mérete: a nagyobb atomok nyomóerőt fejtenek ki a szomszédos atomokra, míg a kisméretű atomok húzóerővel hatnak a szomszédjaikra, ami fokozza az ötvözet deformációval szembeni ellenálló képességét..
Előállítás: elsősorban fémek megolvasztásával és összekeverésével. A tiszta fémekkel ellentétben a legtöbb ötvözetnek nem jól definiált olvadáspontja
van, hanem olvadási tartománya:• Szolidusz: az a hőmérsékletet, amelyen az olvadás megkezdődik
• Likvidusz: az a hőmérsékletet, amelyen az olvadás befejeződik
• Eutektikus ötvözet: alkotóknak egy olyan aránya, amikor egyetlen (vagy ritkán kettő) olvadáspont létezik
HalmazállapotokHalmazállapotokÖtvözetek: szilárd oldatÖtvözetek: szilárd oldat
Olyan szilárd halmazállapotú homogén keverék, melyben a kisebb mennyiségű ”oldott anyag” nem változtatja meg az oldószer kristályszerkezetét. A
szerepekfel is cserélődhetnek.
• hasonló atomsugarak (<15% eltérés)
• azonos kristályszerkezet
• hasonló elektronegativitás
• hasonló vegyérték
A és B keverékének olvadása (hal-görbe):
• T2 alatt csak szilárd anyag van
• T1 felett csak olvadék van
• a görbe belsejében olvadék+szilárd keverék
• T1 – T2 között a szilárd illetve folyadék komponens összetétel a nyilak alapján
folyadék
folyadék+szilárd
szilárd oldat
Fázisdiagram
(K)
T2
T1
100%B
100%A
xszilár
d
xfolyadé
k70%A, 30%B 10%A, 90%B
szolidusz görbe
likvidusz görbe
HalmazállapotokHalmazállapotokÖtvözetekÖtvözetek
Csoportosítás kristályrács szerint:• Helyettesítéses (szubsztitúciós): Az alkotó elemek atomjai hasonló
méretűek, így a kristályrácsban egyszerűen helyettesíthetik egymást (pl. sárgaréz).
• Intersticiós: az egyik alkotóelem atomja lényegesen kisebb a másiknál, és a kisebb atomok beépülnek a nagyobb atomok közti (rácsközi) helyekre.
• Kristályrács, ami nem hasonlít egyik összetevő kristályrácsához sem (nagyon bonyolult). Ezek nagyon kemény, rideg fémvegyületek, pl. Fe3C (cementit), WC (volfrámkarbid).
Kétkomponensű rendszer eutektikus ponttal:
FolyadékT
p=állandó
x%
szilárd A + B
szilárd A + folyadék szilárd B +
folyadék
Eutektikus pont,hőmérséklet
A B
• A és B nem képez szilárd oldatot, a szilárd fázis a két anyag kristályainak heterogén keveréke
• Az eutektikus összetételű szilárd keverék egyszerre megolvad, a többi összetételnél az olvadás egy hőmérséklet tartományban történik
HalmazállapotokHalmazállapotokÖtvözetekÖtvözetek
Egyéb csoportosítás:• Természetes ötvözetek: geológiai folyamatok által jönnek létre, például az
égitestek belsejében.Nincs jól meghatározott összetételük és tulajdonságaik.• Vasötvözetek: acélok és öntöttvas; a széntartalom szerint tesznek köztük
különbséget. Nemesacélok: krómot és nikkelt tartalmaznak.• Nemvas ötvözetek: nem vas alapú ötvözetek. Pl. sárgaréz, bronz, amalgámok.• Diffúziós ötvözetek: az ötvöző elem atomjai az alapfémbe diffundálnak. Főleg a
periódusos rendszer kis rendszámú elemei (pl. szén), kis atomjaik miatt.• Heusler-ötvözetek: ferromágneses ötvözetek, amik nem tartalmaznak vasat,
nikkelt vagy kobaltot. Ilyen például a Cu2AlMn fémvegyület.
• Emlékező ötvözetek: átformálás után, ha újra felveszik az eredeti hőmérsék-letüket, visszanyerik az eredeti alakjukat.
• Fémporok összekeverése, felhevítése, majd összenyomása: olyan fémekkel, amik folyékony állapotban nem keverednek egymással. Pl. volfrámötvözetek.
Leírás: az egyes fémek tömegszázaléka szerint. Például a CuZn 37 ötvözetben 37% a cink, és 63% a réz.
Arany tisztasága:
• 24 karát: 100 % arany
• 18 karát: 75 % arany
• 12 karát: 50 % arany
HalmazállapotokHalmazállapotokIonrácsIonrács
Jellemzők:
• Rácspontokban szoros illeszkedéssel kationok és anionok vannak. Kifelé semleges.
• Kemények, ridegek, magas olvadáspontúak, elektromos áramot nem vezetik
• Olvadékuk és oldataik vezetők
• Többségük vízben oldódik, ionjaira disszociál
Leggyakoribb rácstípusok:
NaCl, lapon középpontos kockarács
CsI, térben középpontos kockarács
HalmazállapotokHalmazállapotokMolekularácsMolekularács
Jellemzők:
• Rácspontokban molekulák vannak, melyek másodlagos kötőerőkkel kapcsolódnak egymáshoz.
• Szinte minden szerves molekula, valamint H2, O2, N2, CO2 (szárazjég), stb.
• Keménység kicsi, olvadás- és forráspont alacsony, kis sűrűség, áramot sem szilárd, sem olvadt állapotban nem vezetik.
• Apoláris szerves oldószerekben (pl. CCl4) oldódnak.Jég: 16 különböző szilárd fázisú szerkezetben létezik.
• Hidrogénkötés
• Dipólus-dipólus kölcsönhatás
• Diszperziós kölcsönhatás0.8-12 kJ/mol
8-40 kJ/mol
Hexagonális kristályrendszer
GrafitGrafit
Három rácstípusból van benne:
• Szénatomok egyszeres kovalens kötéssel kapcsolódnak 3 szomszédjukhoz (atomrács).
• A negyedik elektron delokalizáltan van a kovalens kötésű síkokban (fémrács).
• A hexagonális szerkezetű síkok között másodlagos kötőerők hatnak (molekularács).
gyémánt
Ebből adódnak tulajdonságai:
• Magas op. (3700 ºC)
• Vezeti az áramot
• Jó kenőanyag (síkok egymáson elcsúsznak)
Kémiai reakciókKémiai reakciókreakcióegyenletekreakcióegyenletek
A kémiai reakciókban atomok/molekulák/ionok elektronszerkezete változik (kötések bomlanak fel, új kötések jönnek létre):
• bomlás: CaCO3 = CaO + CO2
• egyesülés: NH3 + HCl = NH4Cl
• atom/atomcsoport csere: CaCO3 + HCl = CaCl2 + H2CO3 (→CO2 + H2O)
Reakcióegyenlet: reagáló anyagok => termékek
• tömegmegmaradás: azonos típusú atomok száma mindkét oldalon azonos
• töltésmegmaradás: töltések összege mindkét oldalon azonos (általában 0 )
• kémiai számítások alapja általában az egyenlet
Számítási példa:Számítsuk ki hány cm3 1 mol/dm3-es kénsav kell 2 dm3 normál állapotú HCl gáz készítéséhez a következő kiegészítendő reakcióegyenlet alapján: CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + HCl
Kémiai reakciókKémiai reakciókkémiai számításkémiai számítás
Számítási példa:Számítsuk ki hány cm3 1 mol/dm3-es kénsav kell 2 dm3 normál állapotú HCl gáz készítéséhez a következő kiegészítendő reakcióegyenlet alapján: CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + HCl
Egyenlet rendezése anyagmegmaradás elve alapján:
CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HCl
22,41 dm3 a térfogata 1 mol HCl gáznak normál állapotban (0 ºC, 0,1 MPa)Ez alapján 2 dm3 HCl megfelel (1/22,41)*2=0,089 molnak
2 mol (molekula) HCl fejlesztéséhez kell 1 mol (molekula) H2SO4
0,089 mol HCl fejlesztéséhez kell (1/2)*0,089=0,0445 mol H2SO4
1 mol H2SO4 van 1000 cm3 (1 dm3) 1 mol/dm3-es oldatban0,0445 mol H2SO4 van (1000/1)*0,0445=44,5 cm3 oldatban
Tehát 44,5 cm3 1 mol/dm3-es H2SO4 oldat kell.
Kémiai reakciókKémiai reakciókkémiai számításkémiai számítás
Számítási példa:Számítsuk ki hány g 36 m/m%-os HCl oldat kell 100 g FeCl3 készítéséhez a következő kiegészítendő reakcióegyenlet alapján: Fe2O3 + HCl = FeCl3 + H2O MFe=55.8, MO=16, MCl= 35.5, MH=1
Egyenlet rendezése anyagmegmaradás elve alapján:
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 6H2O
Molekulatömegek: MFeCl3=162,3, MHCl=36.5
100 g FeCl3 = (1/162,3)*100 = 0,616 mol
2 mol FeCl3 keletkezése igényel 6 mol HCl-at0,616 mol FeCl3 keletkezése igényel (6/2)*0,616=1,848 mol = 1,848*36,5=67,452 g HCl-at
36 g HCl van 100 g 36 m/m%-os HCl oldatban67,452 g HCl van (100/36)*67,452=187,37 g HCl oldatban
Tehát 187,37 g 36 m/m%-os HCl oldat kell.
Kémiai reakciókKémiai reakciókreakcióhőreakcióhő
Reakcióhő (Qr, kJ): reakcióegyenlet által definiált reakció hőváltozása
A kémiai reakciókban kötések bomlanak fel és új kötések alakulnak ki.
• Kötésfelbomlás: energia befektetést igényel (+ előjel)
• Kötés kialakulás: energia szabadul fel (- előjel)
• Ha fázisátalakulás történik, annak is van energiavonzata. Pl. gáz kondenzálása energia felszabadulással jár a szilárd fázisbeli kötések
kialakulása miatt. CO2 miért gáz szobahőmérsékleten?
• Exoterm reakció: energia szabadul fel (C + O2 = CO2, Qr < 0)
• Endoterm reakció: energiát igényel (H2O → H2 + ½O2, Qr > 0)
Képződéshő (Qk, kJ/mol): annak a reakciónak az energiaváltozása, melyben egy vegyület 1 mólja standard körülmények (25 ºC, 0,1 MPa) között alapállapotú elemeiből keletkezik. Alapállapotú elemek képződéshője standard körülmények között 0 kJ/mol.
Kémiai reakciókKémiai reakciókreakcióhőreakcióhő
Hess tétel: a reakcióhő független a reakció útjától (általában többféle útvonal van), csak a kezdeti és végállapottól függ.
Reakcióhő a képződéshőkből: a termékek együtthatókkal szorzott képződéshői-nek összegéből levonjuk a kiindulási anyagok együtthatókkal szorzott képződés-hőinek összegét.
I. CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O Qr = QkCaCl2 + QkCO2 + QkH2O – QkCaCO3 – 2QkHCl
II. CaCO3 = CaO + CO2
CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O Qr = QkCaO + QkCO2 + QkH2O + QkCaCl2 – QkCaO - QkCaCO3 – 2QkHCl
A CaO csak átmeneti termék, keletkezik és megszűnik, ezért képződéshője a
II. összetett reakcióban kiesik.Reakcióentalpia (H, kJ): ugyanaz mint a reakcióentalpia, csak ki van kötve a nyomás állandóságának feltétele (zárt edényben gázok reakciójakor lehet különbség ha mólszám változás van)
Kémiai reakciókKémiai reakciók
Kémiai reakció feltételei:• részecskék ütközése – nagyobb koncentrációban gyakoribb:
• a részecskék megfelelő térhelyzetben legyenek
Aktiválási energia (kJ/mol): az az energiatöbblet, amelynek következtében a részecskék átalakulásra képes aktív állapotba jutnak = az aktivált komplexum keletkezéséhez szükséges energia
Aktivált komplexum:• részecskék ütközés utáni nagyon rövid ideig tartó összekapcsolódása
• tartalmazza mind a megszűnő, mind a létrejövő kötéseket, de azok sokkal gyengébbek, hosszabbak mint a kiindulási ill. termék molekulákban
• kötésszögek teljesen másokAktivált
komplexum
Reakcióút Termékek
Ea E’
a Reaktánsok
Reaktánsok
Átmeneti komplexum Termék
Kémiai reakciókKémiai reakciókreakciósebességreakciósebesség
Katalizátor: olyan anyag, mely a kémiai reakciók sebességét nagymértékben megnövelik (alacsonyabb energiájú aktivált komplexumot képeznek. A reakció lejátszódása után újra felszabadulnak (kis mennyiség elég), reakcióhőt nem befolyásolják, csak az aktiválási energiát.
Reakciósebesség: egységnyi térfogatban egységnyi idő alatt hány mol alakul át a ki-indulási anyagok valamelyikéből, vagy hány mol keletkezik a termékek valamelyikéből.
Inhibítor: kémiai reakciókat lassító vagy gátló anyagok.
Függ:• a reakciótól (reagáló anyagok minősége)
• reagáló anyagok koncentrációjától
• hőmérséklettől
• katalizátortól
2H2 + O2 = H2O
v=k• cH22 • cO2
mol/(dm3s)
k= reakciósebességi
állandó
Reakcióút
Reakció katalizátor nélkül Reakció katalizátorralE
X → YY → X
TalálkozunkTalálkozunkszeptember 28-án szeptember 28-án
ugyanekkor, ugyanitt.ugyanekkor, ugyanitt.
Recommended