LTALNOS KMIA 9. osztly

kzirat gyannt

Ksztette CSELLR LILLA (2015D), GAZDA BELLA (2013B),

FEKSZI FRUZSINA (2015D), IVNYI BLANKA (2015D),

KHAYOUTI SRA (2015C), KOCSI DM (2015D), KRSI PTER (2015D), MARCHHART LILI (2013B)

s NMETH KLRA ANNA (2014D)

VILLNYI ATTILA: Kmia 9. (Bp., Mszaki, 2009.8) s RZSAHEGYI MRTASIPOSN KEDVES VAHORVTH BALZS: Kmia 1112.

(Szeged, Mozaik, 2010.) cm knyve alapjn,

KEGLEVICH KRISTF ri nyomn.

BudapestJzsefvros, 2014

1

ATOMSZERKEZET 1. Anyagok csoportostsa megjelensi formjuk szerint

a) korpuszkulris (rszecsketermszet) nem folytonos

b) meztermszet anyag (nem rszecskkbl ll; fizikai mezk) folytonos

gravitcis / mgneses / elektromos mez

2. kor a) Dmokritosz (i.e. 400 krl) atomelmlet

az sszes atom azonos anyag

eltr nagysgak s alakak (ezrt ms szn, tapints, kinzet az anyag)

atomok kztt vkuum (lgres tr)

b) Arisztotelsz (i.e. 350 krl)

vkuum nem lehet (horror vacui) ms elmlet kell

4 selem: tz, vz, fld, leveg ebbl tevdik ssze minden anyag, csak ms-ms arnyban alkmia (a vasbl gy lehet aranyat csinlni, ha az arnyokon vltoztatunk valahogy)

kzpkor

3. John Dalton (1808): atomelmlet feleleventse bizonytkok, hogy az anyag rszecskkbl ll:

a) diffzi: a rszecskk a hmozgs miatt bekvetkez spontn elkeveredse

pl. porszemek tnca tes fnyben, WC-illatost a levegben, KMnO4 olddsa vzben

b) slyviszony-trvnyek (Dalton)

pl. CO2: )(

)(

Om

Cm =

162

12 = 3/8

pl. CO: )(

)(

Om

Cm =

16

12 = 3/4

a 3 sly C mellett 4 sly O-eknek kell lennik: 1, ill. 2 db

3:8 3:4

c) kzvetlen megfigyels

1985: psztz alagtmikroszkp

atom: az anyag legkisebb, kmiai mdszerekkel tovbb nem bonthat rsze

4. Joseph John Thomson (1897)

a katdbl tlts rszecskk lpnek ki: m

Q = konstans, brmilyen fm is a katd

1,76 1011 C/kg a kilp rszecske fggetlen az anyagi minsgtl elektron

2

Thomson-modell: mazsols puding: a pozitv kocsonyban elszrtan helyezkednek el a tlts e-ok

5. Ernest Rutherford (1911)

Szrsi ksrlet Ra radioaktv -rszecskket sugroz

-rszecske =

Tapasztalat -rszecskk zme akadlytalanul thatolt, kis rszk teljesen visszaverdtt pozitv tlts a flia csak nagyon kis rszn van innen verdnek vissza

ez az atom kzepe = ATOMMAG

bolygmodell hibja: az e beleesnk az atommagba, hiszen az eltr tltsek vonzzk egymst

6. Niels Bohr (1913)

vonalas sznkp vonalak: klnbz E-tmenetek ha a sznkp lthat fnyt jelent = lngfests (Na: srga, Ca: tglavrs) minden elemre jellemz a lngfestse atomjaibl meghatrozott energij fotonok szr-maznak ezek szerint az e-burokban is meghatrozott E-szintek lteznek

vrshagymamodell ELEKTRONHJAK

Arnold Sommerfeld (1920): felttelezte, hogy ellipszisplyn is mozoghatnak az e-ok

7. Kvantummechanikai atommodell (1920) Werner Heisenberg, Erwin Schrdinger

az e nem csak rszecske, hanem hullm is az e atombeli helye pontosan nem hatrozhat meg, csak tartzkodsi valsznsge

gerjeszts hatsra az e-ok kijjebb lpnek amikor visszahullanak E ki (fnyenergia ~ foton)

ez egy energiaklnbsg teht lteznek e-hjak: ezek E-jnak a klnbs-

grl van sz

3

gmbszimmetrikus e-felh

atomplya: az a trrsz az atomon bell (de az atommagon kvl), amelyben az e 90%-os va-lsznsggel tartzkodik

8. James Chadwick (1932): neutron felfedezse

9. Fogalmak

a) elemi rszecske: pl. e, p+, no, foton

b) kmiai rszecske: atom, ion, molekula, gyk

c) nukleon: magban lv (nehz) rszecskk: p+, no a magerk tartjk ssze: tltsfggetlenek (legyzik a p+ p+ tasztst)

igen ersek kis hattvolsgak

d) rendszm (Z): p+-szm = e-szm (semleges atomban)

e) tmegszm (A): p+-ok s no-ok egyttes szma

f) nuklid: adott rendszm s tmegszm atom

g) izotpok: azonos protonszm, de eltr neutronszm atomok

nevezetes: hidrogn: prcium = ; deutrium = ; trcium = radioaktv

nehzvz (D2O): atomreaktorban modertor (hast neutronok lefkezse)

klr: 35Cl (75%), 37Cl (25%) AR(Cl) = 0,75 35 + 0,25 37 = 35,5

szn: 12C, (13C), 14C AR def. radiokarbon kormeghatrozs

izotptiszta elemek: a termszetben csak egyfle atomjuk fordul el, pl. F, Na, Al, P, Co, Au lt. ptn Z s A (kiv. Be)

h) elem: adott rendszm atomok halmaza

i) N: rszecskeszm (mrtkegysge: db), n: anyagmennyisg (mrtkegysge: mol)

j) NA: Avogadro-szm = 6 1023

1/mol

k) relatv atomtmeg (AR): megmutatja, hogy adott elem atomjnak tmege hnyszor nagyobb a 12

C-izotp tmegnek az 1/12-ed rsznl, nincs mrtkegysge

l) 1 mol = annyi rszecske, amennyit 12,0000 g 12C-izotp tartalmaz = 6 1023 db

m) molris atomtmeg (M) = 1 mol anyag tmege /

a tmeg s az anyagmennyisg hnyadosa: M = m

n, [M] =

mol

g

(e srsg)

r

=

15 p+, 15 e

, 16 n

o

4

RADIOAKTIVITS 1. Fogalma s fajti

radioaktv (sugrz) atom: olyan atom, melynek atommagja instabil magtl elbomlik

a) -sugrzs

238U 234Th + 4He2+ + 2e + instabilits oka: nagy Z tl sok p+

a tmegszm 4-gyel, a rendszm 2-vel cskken (igen gyakran a lenymag -bomlsa kveti!) bomlsi sorok

-sugrzs He-atommagokbl ll kis thatolkpessg (levegben nhny cm) az -sugrz anyag lenyelve / bellegezve igen veszlyes

b) -sugrzs

3T 3He+ + e +

14C 14N+ + e + instabilits oka: no/p+ arny tl nagy (rt kiskacsa) lt. kis rendszm

n0 p+ + e

a tmegszm vltozatlan, a rendszm 1-gyel n

-sugrzs e-okbl ll kzepes thatolkpessg (levegben nhny m)

c) -sugrzs az - s a -sugrzst ksri nagy E-j fotonok legnagyobb thatolkpessg; pl. az lom elnyeli

2. Felfedezse: urnsk kpe a flbontatlan, mgis elhvott fotlemezen Henri Becquerel (1896) 1903: Becquerel, Pierre Curie, Marie Skodowska / Curie fizikai Nobel-dj

1911 kmiai Nobel-dj Ra, Po flfedezse 1934, fehrvrsg = leukmia

Illys Gyula fljegyzse a Curie hzaspr prizsi srja sugrzott 1995 ta a prizsi Pantheonban nyugszanak (lomkoporsban)

3. Jelentsge a) radiokarbon kormeghatrozs

1960: Willard Frank Libby (amerikai kmikus) Nobel-dj

kozmikus sugrzs

troposzfra fels rsze (915 km): 14N + n0 14C* + p+

14

C 14N+ + e + felezsi id: 5730 v keletkezs/bomls egyenslya az l szervezetben a 14C/12C arny lland

az arny cskken az eredetitl val eltrs alapjn szmthat, mikor kvetkezett be a

b) izotpos nyomjelzs

1943: Hevesy Gyrgy (nvnyek s llatok anyagcsere-folyamatainak vizsglata) Nobel-dj

pl. 131I: (szjon t) pajzsmirigy jdforgalma orvosi diagnosztika

82

Br: Baradla (1986. pr.) izotpos karsztvz nyomjelzs

c) radioaktv izotpok a gygyszatban

60Co preczen irnytott -sugrzsa elpuszttja a test belsejben lv rkos daganatokat

d) atomenergia

atombomba: 1945. aug. 6. Hirosima: 235U; 1945. aug. 9. Nagaszaki: 239Pu

atomenergia

5

AZ ELEKTRONFELH

1. Az atomplya jellemzse: az atomban az a trrsz az atommag krl, ahol az e 90%-os valsznsggel mozog

kvantumszmok: az atomplyk (n, l, m), ill. az e (s) jellemzsre szolgl adatok

a) fkvantumszm

atomplya nagysga = az atommagtl vett tlagos tvolsg

azonos fkvantumszm atomplyk alkotjk az e-hjat

fkvantumszm: n = 1, 2, 3, (egsz szmok) K, L, M,

b) mellkkvantumszm

atomplya alakja = atomplya szimmetrija

l = a csomskok szmt adja meg l = 0, 1, 2, 3 (n-1) egy adott hjon

s, p, d, f

pl. l = 0 s-plya:

l = 1 p-plya (amerikai mogyor / slyz): tengelyszimmetrikus

van csomskja: az a trrsz az atomon bell, ahol az e megtallsi valsznsge 0

azonos f- s mellkkvantumszm atomplyk = alhj

c) mgneses kvantumszm

az atomplya mgneses trben val viselkedst jellemzi

lehetsges rtkei egy alhjon: m = l 0 +l

mgneses trben:

6

2. Spinkvantumszm (s): az e mgneses nyomatkt rja le a) az e

tltssel rendelkez rszecske, forog mgneses teret kelt: prg tekegoly

csak szabad e spinje mrhet H2-molekulknak nem

b) bizonytk: Stern-Gerlach ksrlet (1921)

a H-atomokbl ll sugr inhomogn mgneses trben kt nyalbra vlik szt

(Stern s Gerlach valjban ezstatomokkal vgeztk a ksrletet!)

3. Azaz

Fkvantumszm Mellkkvantumszm Mgneses kvantumszm e

-ok szma

n l m

1 s 0 2 e

2 s 0

p -1 8 e

0

+1

3 s 0

p -1

0

+1

d -2 18 e

-1

0

1

2

4 s 0

p -1

0

+1

d -2

-1

0

1 32 e

2

f -3

-2

-1

0

1

2

3

Szablyszersg: az n fkvantumszm hjon max. 2n2 e lehet!

az e-oknak ktfle mgneses nyoma-

tkuk van ktfle spinjk van

7

4. Az elektronszerkezet kiplse a) hrom rendez elv

energiaminium elve: az elektron a lehet legalacsonyabb energij plyra lp

E(1s) < E(2s), hiszen a 2s-plya messzebb van az atommagtl

E(3s) < E(3p), hiszen az s-plya szp szablyos gmb alak, mg a p-plya idtlen, bonyolultabb slyz alak

E(3s, C-atomban) > E(3s, N-atomban), hiszen a N-atomban nagyobb a magvonzs, az e

kzelebb van az atommaghoz, s ez kedves neki

Pauli-elv: egy atomplyn max. 2 e tartzkodhatik, ellenttes spinnel (ms megfogalmazs: egy atomban nem lehet kt olyan e, amelynek minden kvantumszma megegyezik)

Hund-szably: azonos E-szint plykon az e-ok a lehet legnagyobb szmban prostatlanul helyezkednek el

b) brzolsmdok: bets / cells

1H 1s1

2He 1s2

3Li 1s2 2s

1

4Be 1s2 2s

2

5B 1s2 2s

2 2p

1

6C 1s2 2s

2 2p

2

itt rvnyesl elszr a Hund-szably!

10Ne 1s2 2s

2 2p

6

[Ne]

11Na [Ne] 3s1

[Ne]

19K [Ar] 4s1

[Ar]

21Sc [Ar] 4s2

3d1

[Ar]

23V [Ar] 4s2

3d3

[Ar]

24Cr [Ar] 4s1

3d5

[Ar] maximlis multiplicits (a Hund-szably kiterjeszthet kt kzel azonos E-j alhjra is)

29Cu [Ar] 4s1

3d10

[Ar] a VI.B s az I.B mellkcsoport tbbi eleme is

8

5. Plyaenergia: az az energia, amely akkor szabadul fel, ha az e a magtl igen nagy tvolsgbl az adott atomplyra lp

[Eplya]=

az e s a atommag vonzza egymst felszabadul Eplya < 0

Mitl fgg? azonos atomok n, l (m)

Eplya(1s) < Eplya(2s) 1s: kisebb sugr nagyobb magvonzs tbb E szabadul fl

abszolt rtelemben nagyobb! Eplya(2s) < Eplya (2p) 2s: azonos sugr, de egyszerbb alak tbb E szabadul fl

klnbz atomok: rendszm Eplya(1s, Na) > Eplya(1s, Mg) Mg: kisebb sugr tbb E szabadul fl

6. Fogalmak a) vegyrtkelektron: azon elektronok, melyek a kmiai reakciban rszt vesznek, illetve befoly-

soljk a kpzd rszecskk tulajdonsgait

kls elektron Ti [Ar] 4s

2 3d

2 mindkt kls e-hj lezratlan, a 4 vegyrtke kt kls hjon van

a le nem zrt hj elektronja K [Au] 4s

1 az M-hj lezratlan (3d res), a 3s- s a 3p-e-ok mgsem vegyrtke-ok

b) atomtrzs: atommag + nem vegyrtke e-ok

c) nemesgzszerkezet:

1s2 n = 1 (He, H, Li+) ns

2 np

6 n > 1 (tbbi)

He, Ne: teljesen zrt elektronszerkezet nincs vegyletk

Ar-tl: nem teljesen zrt e-szerkezet (pl. kls hj res d-alhj) lehet vegyletk pl. XeF2, XeF4

d) prostott e: ha egy atomplyn 2 ellenttes spin e tartzkodik = elektronpr prostatlan e: ha egy atomplyn 1 e van

e) alapllapot atom:

a lehet legkisebb energij atom

az e-ok a lehet legalacsonyabb energij atomplykon

f) gerjesztett llapot(ok):

egy vagy tbb e E befektetse rn tvolabb kerl az atommagtl, mint alapllapotban

lngfests

mestersges llapot

9

A PERIDUSOS RENDSZER Dimitrij Ivanovics Mengyelejev, 1869 Lothar Meyer, 1870

az elemek hasonl kmiai viselkedse alapjn anyagszerkezeti ok: egy csoportba az azonos vegyrtke-szerk. atomok kerltek

fggleges / vzszintes rokonsg

ez az ltalno- VIII. B san jellemz f-mez 6. per. 4f-alhj tltdik nem igazn hat ki a kmiai viselkedsre

La: minden f-mezbeli elem lehet III-vegyrtk lantanoidk

tendencik

atomsugr: periduson bell balrl jobbra cskken nvekv magvonzs (az e-ok nvekv tasztsnak gyengbb a hatsa)

f- s mellkcsoporton bell lefel n egyre tbb e-hj

EN = az atomnak az a hajlama, hogy a kmiai ktsben milyen mrtkben vonzza maghoz a kt e-okat ( Ei, Ea)

periduson bell balrl jobbra n a halognekig (VIII.A: ) fcsoporton bell fentrl lefel cskken (d-mez: szmos szablytalansg van)

kt alappont: EN(F) = 4,0

EN(Fr) = 0,7

rszecsketulajdonsgok t fizikai tulajdonsgok

M: tbbnyire nvekszik a Z-mal kiv: Ar/K

Co/Ni

Te/I

Th/Pa

elemek: izotpatomok keverkei

: f- s mellkcsoporton bell lefel tbbnyire n periduson bell tbbnyire a d-mez kzepig n, utna cskken

-rekorder: Os 22,5 g/cm3

10

IONOK = vndor (gr), v. jn trzs / oszlopf

1. Kation: pozitv tlts ion

IIII.A (kiv. B), d- s f-mez, Sb, Pb, Bi (?)

kpzdse: endoterm Na(g) Na+(g) + e E = Ei > 0 kJ/mol

(els) ionizcis energia: 1 mol szabad (gzhalmazllapot) atom legknnyebben leszaktha-t e-jnak eltvoltshoz szksges E

[Ei] = kJ/mol

Na(g) Na+(g) + e Ei,1 = 502 kJ/mol Na

+(g) Na2+(g) + e Ei,2 = 4564 kJ/mol Na

2+(g) Na3+(g) + e Ei,3 = 6910 kJ/mol

Ei,1

11

3. Ionsugr r(Na+) < r(Na) 2 e

-hj 3 e-hj

r(Fe3+

) < r(Fe2+

) < r(Fe)

kevesebb e

ugyanannyi p+

sszehzza

a kation mindig kisebb annl az atomnl, amelybl kpzdtt

r(Cl) > r(Cl)

tbb e

ugyanannyi p+

megn

az anion mindig nagyobb annl az atomnl, amelybl kpzdtt

m(Cl) m(Cl)

m(Na+) m(Na)

KOVALENS KTS

1. Fogalmak

kovalens kts: kzs, kt e-prral megvalsul, ers, elsrend kmiai kts

molekulaplya: az a trrsz, melyen bell a molekulban 90%-os valsznsggel tartzkodik az elektronpr 2 e, ellenttes spin

kt e-pr: olyan e-pr, mely 2 atommag vonzsban ll

nemkt e-pr: olyan e-pr, mely 1 atommag vonzsban ll

delokalizlt e: olyan e, mely 2-nl tbb atommag vonzsa alatt ll (helyhez nem kttt)

O3 (zon): 3 atommagon delokalizldnak a nemkt e-prok s a msodik ktsek

fmek: a fmrcsban a delokalizlt e-ok vgtelenl sok atommaghoz tartoznak

2. Fajti a) ltrejtte szerint

kolligatv: kt atomtl szrmazik a kt e-pr (pl. H-Cl kzti kts)

datv: a kt e-prt csak az egyik atom adja

pl. tovbb: H3O+, NH4

+

b) a kt e-pr szimmetrija szerint

tengelyszimmetrikus: (szigma): mindig az els kts

skszimmetrikus: (p): a msodik s a harmadik kts, kt flhold alak trrsz, csomsk

pl.

a 2 -kts skja merleges egymsra!

12

c) A kt e-prok szma szerint

egyszeres: pl. Br2, C2H6

tbbszrs: pl. C2H4, C2H2

3. Jellemzi a) ktsfelszaktsi energia: 1 mol molekulban 2 adott atom kzti kts felszaktst ksr E-

vltozs [Ek] = kJ/mol

rtkt nveli: tbbszrs kts, pl. Ek(O2) = 500 kJ/mol; Ek(N2) = 950 kJ/mol kis atomok, pl. Ek(Cl2) = 243 kJ/mol; Ek(Br2) = 199 kJ/mol;

Ek(HBr) = 366 kJ/mol

b) ktshossz: a ktst ltest atomok magjai kztt lv tvolsg, [d] = nm rtkt cskkenti: tbbszrs kts

kis atomok

c) ktsszg

d) ktspolarits: a kov. kts polris, ha a kt alkot atom EN-a eltr

4. Kovalens vegyrtk: hny kt e-pr tartozik egy adott atomhoz (ktsszm)

I. A H 1s1 1 (kov. vegyrtk) HH

VII.A halognek ns2np5 1

1 e kell

3 a I nem nemesgz-szerkezet!

5 IF5

7 IF7, HClO4 (perklrsav)

Megjegyzsek: IF7 ltezik (br instabil), de FI7 nem EN(F) > EN(I), a F mindenkpp nemesgzszerk.

r(I) > r(F) a I kell legyen a kzponti atom molekulk nevnek kpzse: mon(o), di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, okta

VI.A kalkognek O ns

2np

4 2

2 e

kell

nyitott knyv alak molekula

S [Ne] 3s23p

4 2

S8 (gyr)

EN(S) < EN(O)

r(S) > r(O)

kt S-atom kztt nem le-het ktszeres kov. kts

13

4 SF4

6 SF6

V.A N 1s22s22p3 3

3e kellene

ms HNO3 =

a N nem 5-vegyrtk,

mert az L-hjon nem fr el 10 e

P [Ne] 3s23p

3 3 PH3

tetrader, 60o (!)

5 PCl5

IV.A C, Si csak , C [He] 2s

22p

2 4

Si [Ne] 3s23p

2 4

atomrcsos!

III.A B 3

ms [BF4] datv ktssel ngy vegyrtk!

Al kpezhet molekult! br ez e-hinyos dimerizldik dimer = 2 molekulbl ll egyttes

II.A Be csak kpez molekult a II.A-bl szintn e-hinyos datv ktsekkel stabilizldik ( polimer)

14

MOLEKULA-GEOMETRIA

1. Alap: vegyrtkelektronpr-tasztsi elmlet: egy atomhoz tartoz e-prok igyekszenek minl messzebb kerlni egymstl

BF3: sk alak molekula, 120-os ktsszg B: kzponti atom F: ligandum

COCl2 (foszgn): harci gz, a levegnl nagyobb srsg (M!) lesllyed a lvszrokba

az O-nek nagyobb hely kell, mivel kt kt e-pr tartja mindkt Cl-C=O szg > 120o Cl-C-Cl szg < 120o

CH4: tetrader, 109,5o

a 4 H a 4 cscs egy a sk el, egy a sk mg

NH3: a tetrader (alaptpus) csonka = hromszg alap piramis (tralkat) a nemkt elektronpr trignye nagyobb,

csak 1 atommag vonzza, jobban sztfolyik 107

o

-ktsek, a kp-i atom nemkt e-prjai meghatrozzk az alakot -ktsek mdostjk a ktsszget

ktsszg: az egymssal kzvetlen kapcsolatban lv atomok magjait kpzeletben sszekt egyenesek ltal bezrt szg

Alaptpus ltalnos kplet

Tralkat Ktsszg Pl.

lineris AX2 lineris/bot 180 C2H2, CO2

skhromszg AX3 skhromszg 120 SO3, BF3, COCl2, HCHO

AX2E V-alak

15

2. Molekulapolarits a) ha a ktsek apolrosak (elemmolekulk), a molekula is apolros

pl. S8, I2, Cl2, O2, O3

b) ha a ktsek polrosak, s a molekula teljesen szimmetrikus, a molekula akkor is apolros vagyis alaptpus alak

EN(C) = 2,5

EN(H) = 2,1

a tltsvektorok ppen kioltjk egymst!

pl. CO2, BCl3, CH4, CCl4, PCl5

ktspolarits molekulapolarits

c) a molekula csak akkor diplusos, ha a ktsek polrosak s a molekula aszimmetrikus pl. HCl, HCHO, H2O, NH3, H2SO4

SSZETETT IONOK

tltssel rendelkez rszecske, amelyet kovalens kts tart ssze

1. Kationok

NH3 + H+ ammniumion

107o 109,5

o szablyos tetrader E szempontjbl kedvez

NH3 + HCl NH4+ + Cl

H2O + H+ oxniumion

104,5o 107

o szablyosabb (kzelebb az alaptpushoz, a tetraderhez)

H2O + HCl H3O+ + Cl

2. Anionok

a) oxosavak savmaradkionjai O-tartalm sav

2H+ + helyesen

knsav szulftion nem szablyos tetrader 109,5o ugyanis a szulftionnak ez csak a hatrszerkezete,

a valsgban a nemkt e-prok s a -ktsek delokalizldnak

ugyangy: CO32

, PO43

, ClO4, SO3

2 minden sszetett savmaradkionban van delok.!

b) semleges, elektronhinyos molekulkbl ( a kzponti atom nem nemesgzszerk.)

BF3 + F [BF4]

tetrafluoro-bort(III)-ion (120o 109,5o)

SiF4 + 2F [SiF6]

2 hexafluoro-szilikt(IV)-ion (109,5o 90o)

bonyolultabb szimmetria E

16

KOMPLEXEK

valamely A atomhoz B atomok vagy C csoportok kapcsoldnak az A atom klasszikus vegyrtkt meghalad szmban

1. Ksrletek T

CuSO4.5H2O = CuSO4 + 5H2O kk fehr vzcseppek a kmcs faln

Cu2+

+ 4H2O [Cu(H2O)4]2+

rz(II)-tetraakva-ion a kzponti atom klasszikus vegyrtke

a rzglic kplete helyesen (de bonyolultan): [Cu(H2O)4SO4].H2O

4 ml vz komplexknt 1 ml kristlyvzknt

van ktve

kristlyvz: az ionrcsban az ionok kztt (lt. sztchimetrikusan) kttt vzmolekulk

rz(II)-szulft-oldat + ammniaoldat NH3 + H2O NH4

+ + OH

Cu

2+ + 2OH

= Cu(OH)2

1) kk csapadk a reakciban keletkez,

az adott o.sz.-ben nem oldd szilrd anyag 2) ammniafelesleg hatsra: Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]

2+ + 2OH

kirlykk oldat rz(II)-tetraammin-ion

rz(II)-szulft-oldat + tmny ssav HCl + H2O Cl

+ H3O

+

Cu

2+ + 4Cl

= [CuCl4]

2

zld oldat tetrakloro-kuprt(II)-ion

ezst-nitrt-oldat + ssav, majd ammniaoldat AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3 brutt egyenlet (teljes kpletek)

Ag+ + Cl

= AgCl ionegyenlet (csak ami megvltozik)

fehr csapadk

AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]+ + Cl

szntelen oldat ezst(I)-diammin-ion

17

alumnium-klorid-oldat + ntrium-hidroxid-oldat AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl

Al3+

+ 3OH = Al(OH)3

1) fehr csapadk

2) lgfelesleg hatsra: Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

Al(OH)3 + OH = [Al(OH)4]

szntelen oldat tetrahidroxo-alumint(III)-ion

Al3+

(aq) helyesebben: [Al(H2O)6]3+

az Al koordincis szma komplexeiben 6

gy a [Al(OH)4](aq) kplete pontosabban: [Al(H2O)2(OH)4]

skngyzet alak s nem tetraderes!

2. A komplexekben lv kts

kzponti atom betltetlen d- vagy p-atomplyja ligandum nemkt e-prja lt. d- vagy p-mezbeli fmion diplusmolekula (-tlts atomja)

anion

datv eredet n. koordinatv kts

gyengbb, mint az elsrend ktsek, de ersebb, mint a msodrendek

Nincs ltalnos szably arra vonatkozan, hogy a kzponti atom hny ligandumot kt meg.

De: gyakori, hogy a koordincis szm duplaannyi, mint a kzponti atom tltsszma!

3. A komplexek jelentsge

a koordinatv kts knnyen gerjeszthet gyakran sznesek

biokmiai jelentsg: a klorofill Mg2+-, a hemoglobin Fe2+-komplex

Lugol-oldat KI + I2 = KI3

I3 = trijodidion is komplex (vrsbarna)

kemnyt kimutatsa sttkk komplex

Betadine: szintn egy I2-komplex

PtCl2 + 2NH3 = ez a komplex molekula, nem ion!

ciszplatin

kemoterpia gyorsan osztd sejteket puszttja rkellenes de: a haj is kihullik

18

KRISTLYRCS

0. A kristlyok lt. szerkezete

szilrd: amorf / kristlyos rszecskk szablyos rendje megfelel skok mentn knnyen hasad ELEMI CELLA:

olyan paralelepipedon, amelyet a tr 3 irnyba megsokszorozva flpthet az adott kristly

les olvadspont jellemzi

amorf: olyan szilrd anyag, amelynek nincs kristlyrcsa a rszecskk egyms hegyre-htra vannak gnyolva, nincs rendezettsg nincs les olvadspontja, csak lgyulsi tartomnya pl. veg, viasz

rcsenergia: 1 mol kristlyos anyag felbontshoz szksges E (a rcspontokon lv rszecskk kerljenek egymstl vgtelenl tvol) [Ercs] = kJ/mol

I2(sz) = I2(g) molekularcs Cgy(sz) = C(g) atomrcs Fe(sz) = Fe(g) fmrcs NaCl(sz) = (g) ionrcs

1. A molekularcs

rcspontokon: molekulk / nemesgzatomok

rcssszetart er: msodrend ktsek viszonylag gyengk Op, Fp lt. alacsony a) DISZPERZIS: minden molekula kztt hat b) DIPLUS-DIPLUS: diplusmolekulk kztt c) HIDROGNHDKTS

diszp, dip-dip, H-hd, ion-diplus-vonzs sszefoglal nven: van der Waals ktsek

(koordincis szm: kicsi)

a) apolros molekulk pl. a halognek

F2 zldessrga gz Cl2 srgszld gz Br2 vrsbarna folyadk I2 sttlila szilrd

molekulamret, M n Op, Fp n szn mlyl

e

-felh / atommag vletlenszer mozgsa

minl nagyobb, tmeneti diplus = DISZPERZIS KTS annl jobban pola- rizlhat elektrosztatikus vonzs

A msodrend ktsek (pontosabban: a diszperzis kts) erssge a rszecskemrettel n!

Ercs = Eszubl

19

b) diplusmolekulk pl. a hidrogn-halogenidek

a M hasonl, az Op s az Fp mgis igen eltr mivel a HCl-molekulk kztt egy ersebb msodrend kts is hat: a DIP-DIP-VONZS +

HCl(sz) s HCl(f): diszp, dip-dip ktsek

a diplusmolekulk kztt termszetesen diszperzis ktsek is hatnak!

bizonysg: a H-halogenidek Fp-ja a M-gel emelkedik (pedig egyre gyengbb diplusok az emelkedst az ersd diszp. kts okozza)

c) hidrognhdkts

pipaeffektus a H2O-molekulk kztt valami klnlegesen ers kts hat Op

0C

-57 C -66C

-83 oC

H2O H2S H2Se H2Te

jg / H2O(sz) s vz / H2O(f)

HIDROGNHDKTS: olyan msodrend kts, ahol egy H-atom ltest ktst 2 msik atom kztt az egyik kovalens

a msik kicsivel gyengbb

H-hd-kts kialakulsnak 3 flttele: NOF ezen atomon legyen nemkt e-pr ehhez az atomhoz kapcsoldjk hidrogn

a vzben a H2O-molekulk kztt diszp., dip-dip s H-hd-kts is hat! (utbbi a legersebb)

M / g/mol Op / C Fp / C

F2 38 -220 -188

HCl 36,5 -114 -84

M / g/mol Fp / C

HCl 36,5 -84

HBr 80,9 -67

HI 127,9 -35

X

X

X X

M

20

H-hd-kts kvetkezmnyei:

1. Op, Fp viszonylag magas

Ksrlet: prolgsi verseny kintjk az albbi anyagokat, azt vizsgljuk, melyik prolog el hamarabb. CH3CH2OCH2CH3

dietil-ter ~apolros

CH3COCH3 aceton ~ krmlakklemos ~ dip.( univerzlis osz.: ap., dip. molekult is oldja)

H2O dip-dip, diszp, H-hd

Tapasztalat: dietil-ter elszr, aceton msodszor, vz utoljra Magyarzat: az egyre ersd msodrend ktsek

2. viszkozits (a folyadk folyssgnak mrtke, bels srlds) megn mz: nagy, higany: kicsi

Ksrlet: buborkok versenye Tapasztalat: a bubi az etanolban halad leggyorsabban, a glicerinben leglassabban

CH3CH2OH etil-alkohol (vodka) Fp = 78C

CH2-OH

CH2-OH

glikol (fagyll) Fp = 198C

CH2-OH

CH-OH

CH2-OH

glicerin (kzkrm) Fp = 290C molekuln molekulk belli kzti

OH- csoportok H-hdktsek szma szma

Fp

viszkozits

oldhatsg: SIMILIA SIMILIBUS SOLVUNTUR

elektromos vezets flttele: legyenek a halmazban tltssel rendelkez, helykrl elmozdulni kpes rszecskk

(elektromos egyenram: tltssel rendelkez rszecskk egyirny ramlsa) sz

f molekularcsos anyagok mindhrom halmazllapotban szigetelk g

csak azon molekulk vizes oldata vezet, melyek ionokra disszocilnak HCl(sz) nem vezet

HCl + H2O = H3O+ + Cl

disszocici ionok vezet!

C12H22O11 oldata nem vezet

21

2. Az atomrcs

rcspontokon: atomtrzs ( = atommag + vegyrtke-nak nem tekinthet e-ok)

rcssszetart er: kovalens kts

ers

Op, Fp magas standard halmazllapot: sz lt. kemnyek Cgy (legkemnyebb term. anyag) frfej lt. szigetelk (Si: flvezet, Cgr: vezet) oldhatsg:

elemek: B, Cgy, Si, Ge, (Cgr)

koordincis szm: 4 (tetraderes szerk.)

Az elsrend ktsek erssge a rszecskemrettel cskken! (azonos rcsszerkezet esetn)

vegyletek: B2O3, Al2O3, SiO2

korund kvarc Op = 1700C

Si: tetrader ~ AX4

O: V ~ AX2E2

3. Fmrcs

rcspontokon: fmatomtrzsek elektromos vonzsuk = fmes kts

kzttk: delok. e-ok

ers, elsrend

a fmes kts elsrend erssge azonos rcsszerkezet esetn a rszecskemrettel cskken

alklifmek: trcentrlt kockarcs

erssge vltoz vltoz e-szerk. Op, Fp vltoz Hg st.ll-ban f, Cs, Fr Ga Op-ja ~ 30 oC vltoz rcstpus Na, K Op ~ 100 oC

Al Op ~ 660 oC Fe, Cu Op ~ 1500C W Op ~ 3410C

fmek Op-ja: a per. rendszerben n a d-mez kzepn, alul maximlis

Op / C

Cgy 3367

Si 1410

Ge 937

I.A Op / C

Li 181

Na 98

K 67

Rb 39

22

kemnysg is vltoz: I.A puha / rideg trcentrlt kockarcs Al, Au jl hajlthat lapcentrlt kockarcs fmrcs 3 tpusa Ti, Zn rideg hexagonlis rcs

a vas hidegen trcentrlt kockarcsos, nem kovcsolhat

a vrsizzs hmrskletn (~ 800 oC) lapcentrlt kockarcsoss vlik

jl megmunklhat (Addig sd a vasat, amg meleg!)

delok. e-felh j elektromos vezetk szn: delok. e-felh knnyen gerjeszthet minden - fnyt elnyel fekete

fmrcs: szoros illeszkeds tmr vissza is ver

szrke, csillog (kiv. Au, Cu, bronz, srgarz stb.)

oldhatsg: egymsban Hg: amalgmok (Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 kmiai oldds!)

pl. elemek fmek (kis EN) tvzetek bronz (Cu/Sn), srgarz (Cu/Zn), acl (Fe/C)

fmes kts, sszetett anyag vegyletek kalkopirit (CuFeS2), antimonit (Sb2S3)

4. Ionrcs

rcspontokon: ellenttes tlts ionok

a kzttk hat elektromos vonzer = ionkts ers, elsrend kmiai kts

fiz. tul. Op, Fp magas ( Ercs nagy)

standard halmazll.: sz

viszonylag kemnyek, ridegek, trkenyek

el vezetkpessg: szilrd olvadk j vizes oldat NaCl

vz Na

+ + Cl

-

gz

oldhatsg: dip. mol. o.sz.-ben (pl. vz) tbbsgk jl de: CaCO3, BaSO4 nem olddik, pedig ionrcsos tl nagy Ercs

tbbszrsen tlttt ionok

Na2SO4 (glaubers) jl old. vzben, a CaSO4 (gipsz) nem old. Na3PO4 (tris) jl old., a Ca3(PO4)2 s az AlPO4 nem

AgCl, AgBr, AgI sem nem tisztn ionosak (ion/atomrcs tmenet)

sszegkplet: csak tapasztalati kplet = csak arnyokat ad meg (~ SiO2)

Na3PO4 rszecske NINCS!

n(Na+) = 3

n(PO43

) 1

23

5. tmenetek a) alapelv

ionrcs

EN(Fr) = 0,7 min.

EN(F) = 4,0 max.

molekula molekularcs atomrcs

fmrcs

a kialakul kts milyensgt az alkot atomok EN-nak sszege s klnbsge hat-rozza meg

EN > 1,5 2 lt. ionos kts ellenplda: KI klasszikusan ionos, pedig EN = 2,2 0,9 = 1,3

b) kovalens/ionos tmeneti kts atomrcs/ionrcs tmenet

pl. AgF fehr AgCl fehr AgBr srgsfehr vzben nem olddnak kovalensbe hajl (ion)vegyletek AgI fehressrga anion e-felhje kovalens ktshez kzelt

elllts: AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3 o. o. sz. o.

Ag+ + Cl

- = AgCl

a kation annl jobban polarizl minl kisebb mret minl nagyobb tlts

polarizci: az anion e-felhje eltorzul, a kation fel mozdul el, kovalens ktss vlik az ilyen vegyletek vzben rosszul olddnak gyakran sznesek (a kovalens kts e-prja gerjeszthet)

ZnS szintn atomrcs / (ionrcs) tmenet, de inkbb az elbbi

FeS2 fmeshez kzeled atomrcs (fmesen csillog bolondok aranya)

c) kovalens/ionos tmeneti kts molekularcs/ionrcs tmenet

Melyek az ionos halogenidek? a magas Op az ionrcs jellemzje, az alacsony Op a molekularcs

Op / C

AlCl3 194

KI 686

NaBr 755

SnCl4 -33

BaF2 1533

PbCl2 500 ???

24

Melyek az ionos halogenidek? kovalens (molekularcs)

I.A Op / oC

NaCl 800

KCl 776

RbCl 716

ionrcs M Op

molekularcs ionos M Op rcstpus nem azonos

Op-ok mutatjk az tmeneti jelleget

A tblzatbl is lthatjuk, hogy a kis mret s nagy tlts kationok polarizlnak jl.

d) az atomrcsok

) Cgy Op = 3370C igazi atomrcs (a tr mindhrom irnyban kovalens ktsek)

) Cgr

skszerkezet kovalens kts delok e-ok

j vezet alacsonyabb E-j

STABILABB Op = 3730C

rtegek kztt diszperzis kts kenhet

ATOM- / FM- / MOLEKULARCS (koktlrcs) 2 dimenzis / rteges atomrcs

) P4 fehrfoszfor

P vrsfoszfor

egy irny kovalens kts kt irny diszperzis kts

egydimenzis atomrcs

ATOM- / MOLEKULARCS

allotrp mdosulatok: egyazon elem klnbz kristly- vagy molekulaszerkezet vltozatai pl. Cgy / Cgr / C60 (fullern) P4 / P O2 / O3

IV.A Op / oC

SiCl4 -68

GeCl4 -50

SnCl4 -30

PbCl4 -15

II.A Op / oC

BeCl2 405

MgCl2 712

CaCl2

772

SrCl2 872

BaCl2

960

25

OLDATOK

1. Oldat = oldszer oldott anyag

homogn elegye

egynem, egyfzis, nincs hatrfellet

fzis: a rendszer azonos fizikai s kmiai tulajdonsg pontjainak sszessge jeges vz: ktfzis, egykomponens olajos vz: ktfzis, ktkomponens NaCl-oldat: egyfzis, ktkomponens

2. Oldhatsg

szmszeren: s (solubility) 5,25 g KMnO4 / 100g vz / 20C

Mitl fgg? o.a. / o.sz. anyagi minsge T (gzok: T s mivel minden gz exoterm oldds) p (gzok: p s mivel olddsuk nagy kontrakcival jr)

3. Vo.a. + Vo.sz Vo

> kontrakci (sszehzds)

CH3CH2OH + H2O alkohololdat 10 cm

3 10 cm

3 19,4 cm

3

a kontrakci abszolt rtke 0,6 cm3, relatv rtke 1001010

6,0= 3%

igen nagy kontrakcival jr a gzok vzben val olddsa

< dilatci (kitguls) CS2 (sznkneg) + C6H5CH3 (toluol) oldat

10 cm3 10 cm

3 20,1 cm

3

okok: 1. eltr rszecskemret (bab / mk ~ kontrakci) 2. rszecskk kztti eltr erssg kter (pl. ha gyengbb dilatci)

tanulsg: a trfogat nem additv! a tmeg termszetesen az: m1 + m2 = mo

4. Az oldds folyamata

diffzi: a rszecskk a hmozgs miatti spontn elkeveredse

NaCl(sz) vz

Na+(aq) + Cl

(aq)

hidrtburok: a vzmolekulk tlts szerint irnytottan veszik krl az oldott anyag rszecs-kit (ha nem vz az oldszer: szolvtburok)

hidratci: a hidrtburok kialakulsa (ms oldszer esetn: szolvatci)

hidratcis energia: 1 mol szabad (gz) halmazllapot rszecske hidratcijt ksr E-vltozs (mindig exoterm)

[Ehidr] = kJ/mol < 0 (exoterm)

26

elektrolitos (ionos) disszocici: a folyamat vgn (hidratlt) ionok kpzdnek elektrolit: ionokat tartalmaz oldat

Na2SO4(sz) vz

2Na+(aq) + SO4

2 (aq) ionvegylet olddsa

H2SO4(f) + 2H2O = 2H3O+(aq) + SO4

2(aq) itt molekula disszocil ionokra

a savak molekuli mindig!

elektrolitos disszocici nlkli oldds:

C12H22O11(sz) vz

C12H22O11(aq)

S8(sz) CS

2 S8(CS2-burok)

apolris o.sz.-ekben az apolris anyagok lt. szerkezetvltozs nlkl olddnak

oldds gyorstsa aprts (A n) megn az rintkezsi fellet kevers gyorsul a diffzi

teltett (cc.) / teltetlen / tlteltett oldat csak melegen cc. oldat lehtsvel llthat el instabil (pl. zsebmelegt)

5. Dinamikus egyensly a teltett oldat s a feloldatlan szilrd anyag kztt

cc.

oldds sebessge = kivls sebessge nincs szemmel lthat vltozs

dinamikus egyensly: olyan llapot, amelyben az ellenttes irny folyamatok sebessge megegyezik

nem statikus, mivel lland (szabad szemmel lthatatlan) mozgsban van

6. Energetika

a) exoterm oldds: Ebels (rendszer) , E(krnyezet) , vagyis Q szabadul fl (melegszik) minden tmny sav vagy lg, pl. NaOH(sz), KOH(sz), H2SO4(f)

NaOH(sz) vz

Na+(aq) + OH

(aq) Qold = 42,3 kJ/mol

negatv exoterm

oldsh: egy mol oldand anyagbl val nagyon hg oldat ksztst ksr E-vltozs

[Qold] = kJ/mol

< 0

27

b) endoterm oldds: Ebels (rendszer) , E(krnyezet) , vagyis Q nyeldik el (lehl) pl. KNO3, NH4Cl, NH2CONH2 (karbamid)

NH4Cl(sz) vz

NH4+(aq) + Cl

(aq) > 0

spontn (nknt vgbemen) folyamatok irnya 1. E-minimum elve

2. entrpiamaximum elve (rendetlensg nvekedjk)

emiatt megy vgbe nknt az endoterm oldds (habr ellentmond az E-min. elvnek)

E fejezetben a fizikai olddsrl volt sz! (kmiai oldds pl. Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2) nem keletkeznek j anyagok j anyagok keletkeznek

7. Az oldat fagyspontja alacsonyabb, forrspontja magasabb, mint a tiszta oldszer havas t jgmentestse ok: a hidrtburokbl nehezebben fagynak ki / forrnak el az o.sz.-molekulk

8. Ozmzis: kis molekulk, ionok ramlsa fligtereszt hrtyn keresztl az egyik oldatbl a msikba, pl. o.sz.-molekulk a hgabb oldatbl a tmnyebbe

pl. mazsola (~ cc. cukoroldat) a pudingban a vz beleramlik, hogy hgtsa

9. Az oldatok sszettelnek jellemzse

a) szzalkok nincs mrtkegysg

mo.a. + mo.sz. = mo

no.a. + no.sz. = no

Vo.a + Vo.sz. Vo

a tmeg s az anyagmennyisg additv, a trfogat nem

b) koncentrcik van mrtkegysg

[cn] = mol/dm3 anyagmennyisg-koncentrci

koncentrci

[cm] = g/dm

3 tmegkoncentrci

28

HALMAZKEVERKEK

Diszperz rendszer: olyan, legalbb ktkomponens rendszer, amelyben az egyik komponens r-

szecskkre oszlatott llapotban tartja a msik komponenst

diszpergl kzeg diszperglt anyag

1. Durva diszperz rendszer heterogn tbbfzis, van hatrfellet

diszperglt rszecske mrete > 500 nm

fajti:

gz folyadk szilrd

gzban KD: felh FST: poros leveg

folyadkban HAB: tejsznhab EMULZI:

majonz (olaj + tojssrgja)

SZUSZPENZI:

palacsintatszta,

sr, festk

hab: olyan durva diszperz rendszer, melyben folyadk diszpergl gzt (tbbi definci ugyangy kpzend)

aeroszol: gz kzegben sztoszlatott folyadkcseppek s/vagy szilrd rszecskk.

alesete: szmog: szennyezett vrosi leveg, mrgez gzokat s szll port tartalmaz

a durva diszperz rendszerek nem stabilak mr ltrehozsukhoz is energia kell (pl. habver) elbb-utbb sztvlnak ennek megakadlyozsra kell pl. az emulgelszer

az epe is emulgelszer (a zsrt elegyti a vizes kzeggel, gy segti el az emsztst)

mj termeli, epehlyag raktrozza

a durva diszperz rendszerek elnyelik a fnyt

2. Kolloid llapot

diszperglt rszecske mrete: 1500 nm (arnylag nagymretek)

nagy m

nagy A j adszorbens pl. vegyi szennyvztisztts frissen levlasztott Al(OH)

3-dal

Faraday-Tyndall-jelensg: a kolloidok szrjk a fnyt ltszik az tes fny tja

Ksrlet: S-kolloid ellltsa

Na2S2O3(aq) + 2HCl(aq) = 2NaCl(aq) + H2O(f) + S(sz) + SO2(g)

Na-tioszulft (fixrs fnykpezsnl)

29

eredet szerint hrom fajta:

a) lioszol: frissen levlt, mg le nem lepedett csapadk

S2O32

+ 2H+ = S + SO2 + H2O

AgNO3(aq) + NaCl(aq) = AgCl(sz) + NaNO3(aq)

Ag+ + Cl

= AgCl

b) asszocicis kolloid: pl. sszetapadt szappanionok, tej, puding

Na-palmitt

apolros ionos

nem akar olddni szvesen olddik

a megolds: a palmittionok kezdetben a felleten gylekeznek, apolros rszk fnt kilg az oldatbl

majd apolros farkukat egyms fel fordtva sszetapadnak:

micellam micella

1500 nm asszocil (sszell)

c) makromolekuls kolloid: vzben jl oldd, kolloid mret molekulk oldata pl. tojsfehrje fehrjemolekulk > 1 nm

tej (a benne oldott fehrjre nzve kolloid, zsrtartalmra nzve durva diszperz)

a rszecske / diszpergl kzeg klcsnhatsa szerint ktfle kolloid

SZOL

(f)

GL (kocsonys)

a kolloid

rszecske: nll hidrtburok

rszlegesen kzs hidrtburok

pl. hsleves

hts

melegts

pl. kocsonya,

zsel

hidrtburok elvons (kiszs)

NaCl elveszi a

vzmolekulkat

3. Homogn keverkek

diszperglt rszecske < 1 nm

nincs hatrfellet ~ egyfzis + tbbkomponens

halmazllapot szerint: minden gzelegy valdi oldat / elegy (az o.a. s az o.sz. egyarnt folykony) tvzetek

a fnyt tengedik

30

TERMOKMIA

0. Alapfogalmak

reakci: olyan folyamat, amelynek sorn a kiindulsi anyagokbl j anyagok keletkeznek azltal, hogy a rgi ktsek egy rsze felszakad, s j ktsek jnnek ltre

reaktns termk

sztchiometriai egyenlet (brutt egyenlet): minden anyag teljes kpletvel szerepel

Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl

ionegyenlet: csak a vltozst szenved rszecskket tnteti fl

SO42

+ Ba2+

= BaSO4

termokmiai egyenlet: olyan egyenlet, amelyben szerepel az anyagok llapota {(sz), (f), (g), (aq)}

Na2SO4(aq) + BaCl2(aq) = BaSO4(sz) + 2NaCl(aq)

SO42

(aq) + Ba2+

(aq) = BaSO4(sz)

1. A rendszer energija

Eteljes = Ubels + Emozgsi + Epotencilis magenergia, ktsi energia, henergia

energiacsere a krnyezettel

a) hkzls

b) mechanikai munka vgzse trfogati

Ksrlet: CaCO3-ot oldunk egy dugattyval lefedett ednyben Tapasztalat: a dugatty megemelkedik Magyarzat: az albbi egyenlet szerint H2CO3

keletkezik, ami tovbb bomlik CO2-ra. gy megn a gz halmazllapot anyagok trfogata, s a dugatty felemelkedik.

CaCO3 + 2HCl = H2CO3 + CaCl2

H2CO3 H2O + CO2

felleti ha egy reakciban vz keletkezik, a cseppeknek felletestl kell ltrejnnik

ez E-t ignyel

c) fny: 2AgBr = 2Ag + Br2

4HNO3 = 2H2O + 4NO2 +O2 fny hatsra indulnak be

kk fny

H2 + Cl2 = 2HCl

a gyors gsek pedig fnyt termelnek (lng)

d) Eelektromos

2NaCl 2Na + Cl2

Al2O3 2Al + 1,5O2 endoterm reakcik (elektrolzis)

2H2O 2H2 + O2

31

NH4Cl, H2O

Ksrlet: NH4NO3(sz) + Zn(sz) = ZnO(sz) + N2(g) + 2H2O(g)

a keletkez lgnem anyagok (N2, H2O) flemelik a szilrd ZnO-t fst keletkezik

ez a reakci hromfle ton kzl energit krnyezetvel

Mit jelent az energiacsere a rszecskk szintjn?

a) Emozgsi vlt.

b) kzttk hat klcsnhatsok erssge vltozik Na(g) Na+(g) + e Ei,1 > 0 kJ/mol endoterm

(Br2 ) Br(g) + e = Br

Ea,1 < 0 exoterm

CH4(g) CH3(g) + H(g) Ektsfelszaktsi > 0 endoterm

CaCl2(sz) Ca2+

(g) + 2Cl(g) Ercs > 0 endoterm

I2(sz) I2(g)

Cl(g) Cl(aq) Ehidr < 0 exoterm

2. Reakcih

Az egyenletben feltntetett minsg, mennyisg s llapot anyagokra vonatkoz molris energiavltozs

[rH] = kJ/mol

rH = kHtermk kHreaktns

3. Kpzdsh

Azon (akr fiktv) reakci reakcihje, mely sorn 1 mol vizsglt anyag standardllapotban stabil mdosulat elemeibl kpzdik

[kH] = kJ/mol

Pl. Na(sz) + Cl2(g) = NaCl(sz) rH kH(NaCl, sz)

C(sz) + O2(g) = CO2(g) rH kH(CO2, g)

2Na(sz) + S(sz) + 2O2(g) = Na2SO4(sz) rH kH(Na2SO4, sz) fiktv, ilyen reakci nincs

kH (st.ll.-ban stabil elemek) = 0 kJ/mol pl. H2(g), Na(sz), O2(g), Cgr(sz), P4(sz)

de Na(f), O3(g), Cgy(sz) kH-ja > 0 kJ/mol

kivtel: kH(P, sz) < 0 kJ/mol az instabilabb P4 a viszonytsi alap (0 kJ/mol)

kH Born-Haber krfolyamattal szmolhat Ei, Ea, Ek, Ercs, Ehidr

Sem a reakcih, sem a kpzdsh nem h! (Mrtkegysgk nem kJ, hanem kJ/mol!)

A reakcih a reakciegyenlethez tartozik, a kpzdsh anyagi lland!

4. Hess-ttel: a reakcih csak a kezdeti s a vgllapot energiatartalmtl fgg, a kts llapotoktl fggetlen

32

REAKCIKINETIKA = a reakcik idbeli lefolysval foglalkoz tudomnyg

1. A reakci felttele: kezdlks

2Mg + O2 = 2MgO be kell gyjtani, utna exoterm

H2 + Cl2 = 2HCl kk fny kell a beindtshoz, utna exoterm

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 25 C-on magtl vgbemegy a reakci

Mirt?

Pl. CO + NO2 = CO2 + NO

OC + ONO OCO + NO mr-mg llapot ltrejv s a megszn ktsek egytt vannak jelen csak igen rvid ideig TMENETI (AKTIVLT) KOMPLEXUM

energiadiagramon:

E#: aktivlsi energia: az az energia,

amelyet a rszecskkkel kzlni kell, hogy aktivlt (reakcikpes) llapotba jussanak

[E#:] = kJ/mol

2. Tovbbi felttel: minl tbb, hasznos tkzs

Ksrlet: lom(II)-acett s klium-jodid reakcija szilrd l-lapotban nem megy vgbe, pr csepp vz hatsra viszont citromsrga PbI2 keletkezik

Magyarzat: az oldds utn az ionok mozoghatnak, van eslyk tallkozni egymssal

H2O

Pb(CH3COO)2(sz) + 2KI(sz) = PbI2 (sz) + 2CH3COOK(aq)

Pb2+

(aq) + 2I(aq) = PbI2(sz)

homogn reakci: kt gz vagy kt folyadk reakcija a rendszer egsz V-ban (mindenhol) tkzsek

szikra

2H2 + O2 = H2O

kk fny

H2 + Cl2 = 2HCl

NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl + H2O

heterogn reakci: szilrd anyag reakcija gzzal vagy folyadkkal a rszecskk csak a hatrfelleten tallkoznak ~ oldds keverssel gyorsthat (diffzi)

Zn(sz) + 2HCl(aq) = ZnCl2(aq) + H2(g)

2Fe(sz) + 3Cl2(g) = 2FeCl3(sz)

Zn olddsa ssavban:

csak a hatrfelleten megy vgbe a reakci!

E#

33

hasznos tkzs irny CO + NO2 = CO2 + NO

rszecske energija T

minl tbb tkzs c (gzoknl p ~ c)

3. A reakcisebessg

homogn reakci: v t

n

Vt

c 1 heterogn reakci: v

t

n

A

1

Mitl fgg?

a) reaktnsok anyagi minsge C + O2 = CO2 N2 + O2 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 heves

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 kevsb heves

b) T v tej a htszekrnyben lassabban savanyszik meg kukta: nagy nyoms magasabb forrspont s gy + 10

oC v kb. 23-szorosra n bels hmrsklet hs gyorsabban f

c) reaktnsok c-ja ( gzoknl p)

) H2O2 = H2O + O2

v = k c(H2O2) = k [H2O2] pillanatnyi c

reakcisebessgi lland anyagi minsg T

( neve: a c-tl fggetlen)

T ) H2 + I2 = 2HI (h hatsra) v = k [H2] [I2]

) 2NO + Cl2 = 2NOCl(g) v = k [NO]2 [Cl2]

nitrozil-klorid

) 2NO + F2 = 2NOF H2 + Cl2 = 2HCl

a sebessgi egyenlet v = k [NO] [F2] nem minden esetben jsolhat meg

d) kataliztor: olyan anyag, amely meggyorstja a reakcit, anlkl, hogy maga maradandan

megvltoznk

a kataliztor rszt vesz a reakciban, de visszaalakul

alacsonyabb E#-j reakciutat nyit meg

inhibitor: lasstja / megakadlyozza a reakcit

enzim: biokataliztor (testen belli folyamatok kat.-a)

H2O2 = H2O + O2 reakcit szmos anyag katalizlja: KMnO4 leghevesebben MnO2 O2 lab. e. NH3 hajszkts sorn KI elefntfogkrm (a keletkez O2 habb fjja a mosogatszert) CoCl2 / K-Na-tartart a hidratlt Co

2+ rzsaszn szne a folyamat vgre visszall

Minden kataliztor valamilyen konkrt reakcihoz tartozik!

e) kevers: a heterogn reakcikat gyorstja (mivel segti a diffzit)

34

Reakcisebessg ksrletek kt idreakcival

a) Na2S2O3 + 2HCl = NaCl + H2O + SO2 + S(sz) (oplos szn)

Kt azonos V- s c-j, de eltr T- Na2S2O3-oldatba azonos V-, c-j s T- ssavat ntnk. Melyik oplosodik gyorsabban? Az, amelyikben a forr fixrsoldat volt.

b) HCOOH + Br2 = CO2 + 2HBr

szntelen vrs szntelen szntelen

a vrs szn eltnse jelzi a reakci vgt

Kt azonos T- s V-, de eltr c-j hangyasavoldatba azonos V-, c-j s T- brmos vizet ntnk.

Tapasztalat: a tmny hangyasavba kerlt Br2-os vz hamarabb lett szntelen, mint a hg

A KMIAI EGYENSLY 1. Bevezets

a spontn reakcik irnya: energiaminimum entrpiamaximum

egyirny reakci: a tbbsg ( gyakorlatilag irreverzibilis ~ megfordthatatlan)

C + O2 = CO2

Ba2+

(aq) + SO42-

(aq) = BaSO4(sz)

megfordthat (~ egyenslyi ~ reverzibilis) reakci: kiinduls termk

H2O + CO2 H2CO3 nem ala- radsul

3O2 2O3 kul t mind rszlegesen

H2O + Cl2 HCl + HOCl visszaalakul HOCl = HCl + O (naszcens oxign)

N2 + 3 H2 2 NH3

CH3COOH + H2O CH3COO + H3O+ gyenge sav / bzis + vz

NH3 + H2O NH4+ + OH

2 H2O H3O+ + OH

2. A kmiai egyensly H2 + I2 = 2 HI v1

H2 + I2 2 HI HI egyidejleg bomlik s kpzdik 2HI = H2 + I2 v1 ugyanabban az ednyben

es: v1 = v1

v1 = k1 [H2] [I2] k1 [H2] [I2] = k1 [HI]2

[HI]es2 k1

= = K = 2 103 (400 oC-on) [H2]es [I2]es k1

v1 = k1 [HI]2 KMIAI EGYENSLYI LLAND

(k1, k1 ll. hnyadosuk is ll.)

reakcira jellemz c-tl fggetlen

v1; v1 0 dinamikus egyensly T-tl, p-tl fgg teltett oldat maradk floldatlan anyag

35

3. A tmeghats trvnye (Guldberg-Waage-trvny): egyensly esetn a termkek megfelel hatvnyon vett egyenslyi koncentrciinak szor-zata osztva a reaktnsok megfelel hatvnyon vett egyenslyi koncentrciinak szorzatval adott hmrskleten lland rtk

1000 oC [CO]es [H2]es3

CH4 + H2O CO + 3 H2 K = [CH4]es [H2O]es

K: nincs mrtkegysge!

4. Az egyensly megzavarsa a) c-vltozs

[NH3]es2

N2 + 3 H2 2 NH3 K = [N2]es [H2]es

3

es + tovbbi H2 K > nevez [H2 + x]

3

trt

N2 + 3 H2 2 NH3

Le Chatelier-Braun-elv: a dinamikus egyensly megzavarsakor az a folyamat ersdik fel, amelyik a zavar hatst cskkenteni igyekszik

2CrO42

+ 2H+ Cr2O7

2 + H2O

kromtion dikromtion citromsrga narancs

savat hozzadva: c(H+) narancsszn oldat

lgot hozzadva: c(H+) citromsrga oldat

(OH + H

+ = H2O)

b) T-vltozs

exo

2NO2 N2O4 rH = 61,5 kJ/mol endo

vrsbarna szntelen

70 oC: az NO2/N2O4-gzelegyet tartalmaz edny vrs

melegts a rendszer hlni akar az endoterm rszfolyamat ersdik fl

0 oC: az NO2/N2O4-gzelegyet tartalmaz edny szntelen

hts a rendszer melegedni akar az exoterm rszfolyamat ersdik fl

2 megjegyzs: T vltozik K is vltozik T v1, v1

jobban n

A T emelse minden reakcit gyorst, es-i reakcinl az oda- s visszaalakuls v-t is nveli! De: az endoterm rszfolyamat v-e jobban n az egyensly az endoterm irnyba toldik el!

36

c) p-vltozs ha a reakci trfogatvltozssal jr a kondenzlt fzisok (sz, f, aq) V-a elhanyagolhat!

NaHCO3 + CH3COOH = CH3COONa + H2CO3 szdabikarbna ecetsav

H2CO3 H2O + CO2 aq f g

0 V 0 V 1 V

Tapasztalat: dugatty kihzsakor: p jhet CO2 sok bubi

dugatty benyomsakor: p CO2 visszaolddik

NaHCO3, CH3COOH, H2O, H2CO3

alkoholszintzis C2H4(g) + H2O(g) CH3CH2OH(g) rH < 0 kJ/mol

2 V 1 V

ip. e. clja: a termkkpzds irnyba eltolni az es-t / minl tbb CH3CH2OH-t ellltani

78 MPa (azaz 7080 bar)

300oC (mrskelten magas T) es-nak rossz: hteni kellene, de akkor befagyna

a v miatt kis melegts szksges azrt is melegteni kell, hogy H2O(g) legyen

kataliztor v1 s v1 is megn az egyenslyt nem befolysolja de hamarabb bell (ugyanaz az es)

vzfelesleg (olcsbb reaktns gazdasgos)

A kataliztor nem befolysolja az egyenslyi elegy sszettelt!

N2 + 3 H2 2 NH3 rH = 92,2 kJ/mol

4 V 2V

Haber-Bosch-szintzis igen nagy p (250 MPa) mrskleten magas T (4500 oC) kat. (Fe) n(H2) : n(H2) = 3 : 1 NH3-gyrts jelentsge: HNO3 pirotechnika (KNO3: saltrom)

mtrgya (ptis: NH4NO3)

mestersges gymntgyrts: tkristlyosods igen nagy p-on

Cgr Cgy

kisebb molris trfogat Cgy p tbb Cgr alakul t Cgy-t, mivel annak kisebb a trfogata Cgr a Fld felsznn (viszonylag kis nyomson) a Cgy elvileg visszaalakulhat Cgr-t, de igen nagy

aktivlsi energia szksges csak igen lassan (vmillik alatt)

37

REAKCIK

1. Fogalma: olyan folyamat, melynek sorn rgi anyagokbl j anyagok keletkeznek, illetve a rgi ktsek egy rsze megsznik, s jak jnnek ltre

2. Csoportosts

a) energiavltozs szerint

exoterm: olyan reakci, melynek sorn a krnyezet E-ja n, a rendszer E-ja cskken pl. 2Mg + O2 = 2MgO

2Li + 0,5O2 = Li2O (lt. az gsek)

endoterm: olyan reakci, melynek sorn a rendszer E-t vesz el a krnyezettl (a krnyezet E-ja cskken, a rendszer E-ja n)

pl. 2H2O 2H2 + O2 (ram hatsra megy vgbe)

AgBr = Ag + 0,5Br2 (fny hatsra)

b) rsztvev anyagok szma szerint

egyesls: olyan reakci, melynek sorn tbb (kiindulsi) anyagbl egy anyag (vgtermk) lesz pl. 2Na + Cl2 = 2NaCl

H2 + Cl2 = 2HCl (UV-fny hatsra)

bomls: olyan reakci, melynek sorn egy anyagbl tbb anyag keletkezik pl. C12H22O11 = 12C + 11H2O (hbomls h hatsra)

4HNO3 = 4NO2 + 2H2O + O2 (fny hatsra)

cserebomls: olyan reakci, melynek sorn tbb anyagbl tbb anyag keletkezik pl. Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

disszocici: megfordthat bomls pl. NaOH Na+ + OH- (itt: vz hatsra) (nem reakci!)

H2(g) 2H(g) (itt: h hatsra) ( )

c) fzisok szma szerint

homogn: minden rsztvev komponens azonos fzisban (halmazllapotban) van vagy gz-, vagy oldatreakcik

pl. 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g)

heterogn: a rsztvev anyagok klnbz fzisban vannak pl. Fe(sz) + 2HCl(aq) = FeCl2 + H2 Fe

2+

Fe(sz) + 1,5Cl2(g) = FeCl3(sz) Fe3+

Cl2 ersebb oxidlszer

d) rszecsketmenet szerint

sav-bzis reakci: protontmenettel jr reakci (p+ = H+) pl. HCl + NaOH = NaCl + H2O

redoxireakci: elektrontmenettel jr reakci pl. 2Mg + O2 = 2MgO

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 gzfejlds (H2)

egyik sem (csapadk- vagy komplexkpzds) pl. Pb(CH3COO)2 + 2KI = PbI2 + 2CH3COOK csapadkkpzds

Al(OH)3(sz) + NaOH(aq) = Na[Al(OH)4] komplexkpzds

38

PROTOLITIKUS / SAV-BZIS REAKCIK = p

+-tmenet

1. Sav-bzis elmletek a) Arrhenius elmlete (svd, 1884)

flttelezte elszr ionok (tlttt rszecskk) ltezst (az e flfedezse eltt!), 1903-ban kapta a 3. kmiai Nobel-djat az elektrolitos disszocici elmletrt

HCl(g) VZ

H+(aq) + Cl

(aq)

NaOH(sz) VZ

Na+(aq) + OH

(aq)

sav: vizes oldatban disszocici rvn nveli a H+-koncentrcit

bzis: vizes oldatban disszocici rvn nveli a OH-koncentrcit az NH3 ezen elmlet szerint nem bzis

kzmbsts ionegyenlete: H+ + OH = H2O

b) Brnsted elmlete (dn, 1920)

sav: H+-ion leadsra kpes anyag / rszecske HCl + H2O H3O

+ + Cl

bzis: H+-ion felvtelre kpes anyag / rszecske

NH3 + H2O NH4+ + OH

NaOH: ?

szkebb Arrhenius elmletnl persze bvebb is: ionokra is vonatkozik HSO4

+ H2O = SO4

2 + H3O

+

nemcsak vizes oldatok NH3 + HCl = NH4+ + Cl

a H2O amfoter (reakcipartnertl fggen savknt is, bzisknt is viselkedhetik) ~ HCO3

, H2PO4

teht: H+ valjban nincs, csak H3O+ (~ kocks / ngyzethls fzet)

kzmbsts ionegyenlete: H3O+ + OH

= 2H2O

2. Ers gyenge mihez kpest sav? kznyelv: vzhez kpest HNO3 + H2O = H3O

+ + NO3

de: ccHNO3 + ccH2SO4 H2NO3+ + HSO4

ersebb

ers sav: hg vizes oldatban is teljes mrtkben disszocil vagy: savllandja > 1

[H+]es [NO3

]es

HNO3 H+ + NO3

Ks =

[HNO3]es 0 (mind disszocil) Ks

savlland

Ks > 1 ers 1 > Ks > 10

4 kzpers, pl. H3PO4

104

> Ks gyenge

39

gyenge sav: hg vizes oldatban sem disszocil teljes mrtkben vagy: savllandja < 104

[CH3COO]es [H

+]es

CH3COOH CH3COO + H

+ Ks = = 1,8 10

5

[CH3COOH]es

Mi trtnik, ha nem arrheniusi, hanem Brnsted szerinti egyenletet runk?

[CH3COO]es [H3O

+]es

CH3COOH + H2O CH3COO + H3O

+ K =

[CH3COOH]es [H2O]es

1 dm3 1000 g 55,56 mol

55,56 mol/dm3

0,1 mol/dm3-es oldatok [H2O] kzel lland

= H+

[CH3COO]es [H3O

+]es

= K [H2O]es = Ks [CH3COOH]es

teht a Ks arrheniusi fogalom, de kiszmthat (vagyis hasonl jelents) a brnstedi K-bl

Brnsted-fle (korrespondl / konjuglt / ellentett) sav-bzis prok

NH3 + H2O NH4+ + OH

b1 s

2 s

1 b

2

NH3 + HBr NH4+ + Br

b1

s2

s1

b2

teht az NH3 eredetileg bzis, de az NH4+ savknt viselkedik

a HBr pedig eredetileg sav, de a Br bzisknt viselkedik

m: az NH4+ az OH

-nal szemben ers sav (hiszen van visszaalakuls, ugyanis az NH3 a

H2O-zel szemben gyenge bzis), de az NH4+ a Br

-nal szemben mr csak igen

gyenge sav

gyenge bzisok: hg vizes oldatban sem protonldnak / disszocilnak teljes mrtkben

NH3 s vzben rosszul oldd fm-hidroxidok

NH3 + H2O NH4+ + OH

Fe(OH)2 Fe2+

+ 2OH

40

Sav Bzis

Ers

Ks / Kb > 1

HCl (ssav)

H2SO4 (knsav)

HNO3 (saltromsav)

HBr

HI

HClO4

NaOH

KOH

Ca(OH)2

s-mez fmeinek hidroxidjai [kiv. Be(OH)2, Mg(OH)2]

Kzpers

104

< Ks / Kb < 1

HF (folysav)

H3PO4 (foszforsav)

HCOOH (hangyasav)

Gyenge

Ks / Kb < 104

H2CO3 (sznsav)

CH3COOH (ecetsav)

H2SO3 (knessav)

HOCl (hipoklrossav)

HCN (kksav)

HNO2 (saltromossav)

NH3 (ammnia)

Be(OH)2

Mg(OH)2

Fe(OH)2

Fe(OH)3

Al(OH)3

+ a d-/p-mez tbbi fmjnek hidroxidja, mivel azok vzben nem / igen kis mrtkben oldd-nak

3. Kmhats az oldat jellemzje

[H3O]+ > [OH]

savas oldat

[H3O]+ = [OH]

semleges oldat

[H3O]+ < [OH]

lgos oldat

H2O + H2O H3O+ + OH

autoprotolzis

107

mol/dm3

1 dm3 vzben 1000 g 55,56 mol

10056,55

102 7 = 3,6 107 % (a vzmolekulk ennyi %-a vesz rszt az autoprotolzisben)

rjuk fl a savllandt!

[H3O+]es [OH

-]es

K = / [H2O]2

es (mert ez lland) [H2O]

2es

K [H2O]2

es = [H3O+]es [OH

-]es = 10

-7 10-7 = 10-14

K [H2O]2

es = Kv = 10-14

(vzionszorzat)

41

A pH szmolsa: hg oldatok kmhatsnak szmszer jellemzse

Kis matek: lg101 (=lg10) = 1

lg102 (= lg100) = 2

lg103 (= lg1000) = 3

lg1 (= lg100) = 0

lg0,01 (= lg102

) = 2

desztilllt vz: pH = -lg[H3O+] = -lg[H

+] = -lg10

7 = 7

pH + pOH = 14

Csak a hg oldat pH-jt lehet kiszmolni: [H+] 1mol/dm3 / [OH-] 1 mol/dm3

Kv (= 10-14

) = [H3O+]es [OH

-]es pH pOH

0,1 mol/dm3 HCl 10

-1 (10

-14 / 10

-1) 10

-13 1 13

0,01 mol/dm3 HCl 10

-2 mol/dm

3 10

-12 mol/dm

3 2 12

0,001 mol/dm3 HCl 10

-3 mol/dm

3 10

-11 mol/dm

3 3 11

0,1 mol/dm3 NaOH 10

-13 mol/dm

3 10

-1 mol/dm

3 13 1

0,01 mol/dm3 NaOH 10

-12 mol/dm

3 10

-2 mol/dm

3 12 2

0,0001 mol/dm3 NaOH 10

-10 mol/dm

3 10

-4 mol/dm

3 10 4

1 mol/dm3 NaOH 10

-14 mol/dm

3 10

0 mol/dm

3 14 0

2 mol/dm3

NaOH 2 mol/dm3

-lg2 = -0,30 pH = 14,30 lenne!

0,1 mol/dm3ecetsav 10

-13 mol/dm

3 1

42

5. Sav-bzis reakcik csoportostsa

a) kzmbsts: sav s bzis sztchiometrikus reakcija vagyis egyik reaktnsbl sem marad nem mindig semlegests, lsd hidrolzis!

sav + bzis = s + vz

2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O (semlegests, vagyis a keletkez oldat pH-ja 7,00)

3HNO3 + Al(OH)3 = Al(NO3)3 + 3H2O (csak kzmbsts hidrolzis)

b) sk hidrolzise: a s gyenge savbl szrmaz anionja vagy egy gyenge bzisbl szrmaz kationja a vzzel egyenslyi sav-bzis reakciba lp

Na2CO3 2Na+ + CO3

2

CO32

+ H2O HCO3 + OH

pH > 7

(a szikes talaj lgos, v. Arany Jnos: g a napmelegtl a kopr szik sarja) a Na2CO3 szrmaztatsa: H2CO3 + 2NaOH = Na2CO3 + 2H2O

gy s + e b az ersebb tulajdonsga trkldik a sra!

NH4Cl NH4+ + Cl

NH4+ + H2O NH3 + H3O

+ pH < 7, savas, hiszen e s s gy b sja

Al(NO3)3 Al3+

+ 3NO3

Al3+

+ H2O Al(OH)2+

+ H+ pH < 7, savas, hiszen e s s gy b sja

a hidrolzis egyenlete pontosabban, az Al3+ akvakompexvel flrva:

[Al(H2O)6]3+

+ H2O [Al(H2O)5(OH)]2+

+ H3O+

Na2SO4 2Na+ + SO4

2

egyik ion sem hidrolizl pH =7

(NH4)2CO3 2NH4+ + CO3

2

CO32

+ H2O HCO3 + OH

NH4+ + H2O NH3 + H3O

+ a kt hats kioltja egymst pH ~ 7

c) az ersebb sav a gyengbb s illkonyabb savat sjbl kiszortja gzok lab. e.

CaCO3(sz) + 2HCl(aq) = CaCl2(aq) + H2O(f) + CO2(g)

Na2SO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + SO2

FeS + 2HCl = FeCl2 + H2O + H2S

2NaCl + ccH2SO4 = Na2SO4 + 2HCl

NH4Cl(sz) + ccNaOH(aq) = NaCl(aq) + H2O(f) + NH3(g) az elv bzisokra is mkdik

d) sav-/bzisanhidrid + vz olyan anyag, amit savbl kapunk vzelvonssal tbbnyire nemfm-oxid

SO2 + H2O H2SO3 a savanhidrid vzzel val reakcija (oxo)savat ad

SO3 + H2O = H2SO4

CO2 + 2H2O H2CO3

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4 a SO2, a SO3, a CO2, a P2O5 valdi savanhidrid

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3 ez a reakci redoxireakci (is) a NO2 vegyes savanhidrid (vzzel val reakcija kt savat ad)

43

CO + H2O HCOOH, de HCOOH = H2O + CO (ccH2SO4 s melegts hatsra) formlis savanhidrid

CaO + H2O = Ca(OH)2 mszolts bzisanhidrid + vz bzis

a szervetlen kmia vzt az albbi sma mutatja:

ELEMEK

Fm Nemfm

+ O2 + O2

Fm-oxid Nemfm-oxid

+ H2O + H2O

(Oxo)sav Bzis

S

e) oldds

Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3(aq) + 3H2O mint fntebb, ez is kzmbsts

Al(OH)3 + NaOH (aq) = Na[Al(OH)4](aq) ez a reakci nem sav-bzis reakci,

hanem komplexkpzdssel jr

44

REDOXIREAKCIK oxidcis szm-vltozs trtnik

1. Pldul:

Mg + Br2 = MgBr2

2Mg + O2 = 2MgO

2Al + 1,5O2 = Al2O3

4Li + O2 = 2Li2O

Cu + HgCl2 = CuCl2 + Hg Cu + Hg

2+ = Cu

2+ + Hg

balrbb a jellemerssgi sorban nagyobb reduklkpessg

Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag

Cu + 2Ag+ = Cu

2+ + 2Ag

Cu(NO3)2 + Fe = Fe(NO3)2 + Cu

Cu2+

+ Fe = Cu + Fe2+

FeSO4 + Cu

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 Zn + 2H

+ = Zn

2+ + H2 (Arrhenius szerint)

Al + 1,5I2 = AlI3 (vzkatalzis)

2Cu2+

+ 2I = 2Cu

+ + I2 (rendhagy)

2CuSO4 + 4KI = 2CuI + I2 + 2K2SO4

2. Redoxireakcik

teljes e-tmenet rszleges e-tmenet

2Na + Cl2 = 2Na+ + 2Cl

-

polros kovalens kts

oxidcis szm = az atom tnyleges vagy nvleges tltse

egyszer ionnl tltsszm a kt e-prt a nagyobb EN- atomhoz rendeljk Pl: Na

+: +1 +4 2(-2) +4 2(-2)

O2-

: -2 CO2 SO2

Al3+

: +3

HCl H2O H2CO3

NH4+ = NH3 + H

+ sav-bzis reakcikban nem vltozik meg az oxidcis szm

KMnO4

K2Cr2O7 K2CrO4

K-dikromt K-kromt

2e

4e

4e

6e

2e-

+1 -1

2(+1)

-2

2(+1)

+4

3(-2)

-3 -3

+1 +7

4(-2)

2(+1) 2(+6)

7(-2)

2(+1)

+6

4(-2)

45

lland oxidcis szmok:

elemek: 0 I.A: +1

II.A: +2

F: -1

H H2

H2O

hidridekben: -1

Oxign 0: O2, O3

-0,5: KO2

-1: H2O2

-2: H2O

+2: OF2

Halognek: ltalban -1 +1 +7

de: HOCl, HClO4

3. Egyenletrendezs:

4 NH3 + 7 O2 = 4 NO2 + 6 H2O

2 KMnO4 + 16 HCl = 5 Cl2 + 2 MnCl2 + 2 KCl + 8 H2O

5*2 + 6 = 16

3 I2 + 10 HNO3 = 6 HIO3 + 10 NO + 2 H2O

diszproporci = sztarnyosuls: olyan redoxireakci, amelyben ugyanaz az atom oxidl-dik, mint ami redukldik

Pl.

1 Cl2 + 2 NaOH = 1 NaCl + 1 NaOCl + 1 H2O

2(-1) -2 0

H2O2 = H2O + 0,5O2

szinproporci = sszearnyosuls: olyan redoxireakci, amely sorn egyazon elem klnb-z oxidcis szm atomjai egyazon oxidcis llapotba kerlnek

Pl.

2 H2S + 1 SO2 = 3 S + 2 H2O

0

2(+1) -2

-3 3(+1)

0

+4

2(-2)

2(+1)

-2

4 7e- 7 2*2e-

28e-

0

+1

+7 4(-2)

+1

-1

+2

2(-1)

+1

-1

2(+1)

-2

2 5e- 5 2*1e-

10e-

0

+1 +5

3(-2)

+1

+5

3(-2)

+2

-2

2(+1)

-2

3 2*5e- 10 3e-

30e-

0

+1

-2 +1

+1

-1

+1

-2

+1

2(+1)

-2

1e-

1e-

2(+1) -2

+4

2(-2)

0

2(+1)

-2

46

csak lass tjrs

U (V)

EMF

t

A GALVNELEM

1. Normlis redoxireakci: az oxidci s a redukci ugyanott zajlik CuSO4(aq) + Zn(sz) = ZnSO4(aq) + Cu(sz)

Cu2+

+ Zn = Cu + Zn2+

tapasztalat: kk oldat szne eltnik (a Zn2+ szntelen) a szrke cinken vrs bevonat

2. Trbeli elvlaszts galvnelem

Zn Zn2+ + 2 e Cu2+ + 2 e Cu

a negatv tlts ramlsnak irnya (zrt ramkr)

szemipermebilis / fligtereszt hrtya tojshj

mzatlan, lyukacsos agyaglap shd

elektrolitoldat: ionokat tartalmaz oldat

elektrd: fm + sajt ionjait tartalmaz oldat

Daniell-elem (1836): Zn(sz) | ZnSO4(aq) CuSO4(aq) | Cu(sz)

Zn Zn2+ + 2e Cu2+ + 2e Cu AND KATD oxidci redukci itt itt

galvnelem (GC) = kmiai E-nak elektromos E-v val talaktsra alkalmas berendezs

elektromotoros er (EMF) = a kt elektrd kztti maximlis feszltsg, amelyet akkor mrhetnk, ha a galvnelemen keresztl nem folyik ram; [EMF] = V; EMF > 0 V

EMF: a GC maximlis munkavgz kpessge

az ram megindulsa utn a kt plus kzti U < EMF

3. EMF = K - A elektrdpotencil = nknyesen

kiszemelt 0-ponthoz kpesti U

standard hidrognelektrd

2H+ + 2e

H2

1 mol/dm3 25

oC, 101 kPa

Zn Cu

47

= annak a GC-nek az EMF-je, melynek egyik elektrdja a vizsglt, a msik a standard hidrogn-elektrd; [] = V

0: standardpotencil = olyan GC EMF-je, melynek egyik elektrdja a standard H-elektrd, msik elektrdja pedig a vizsglt standard elektrd; [o] = V

0 (Cu2+/Cu) = 0,34 V ox/red forma

Daniell-elem: EMF = 0

K 0

A = 0,34 (0,76) = 1,1 V

4. Pldk a) 0(Ag+/Ag) = +0,80 V

0(Sn2+/Sn) = 0,14 V Sn Sn2+ + 2e oxidci AND 2Ag

+ + 2e

2Ag redukci KATD

Sn | 1 mol/dm3 Sn(NO3)2 1 mol/dm

3 AgNO3 | Ag

EMF = 0

K 0

A = 0,8 - (-0,14) = 0,94 V

b) 0(Fe2+/Fe) = 0,44 V oxidci AND: Fe Fe2+ + 2e

0(Cu2+/Cu) = 0,34 V redukci KATD: Cu2+ + 2e Cu

Fe(sz) | Fe2+(aq) Cu2+(aq) | Cu(sz)

EMF = 0,34 V (0,44 V) = 0,78 V

5. Gyakorlati felhasznls (GC: exoterm reakci E-termels) a) Leclanch-elem: ceruza-, lapos- s bbielem

A ox. Zn Zn2+ + 2e (elem lapos alja)

+4 +3

K red. MnO2 + NH4+ + e

MnO(OH) + NH3

ramtermel cellareakci: Zn + 2MnO2 + 2NH4

+ = Zn

2+ + 2MnO(OH) + 2NH3

2e 21e

b) Ruben-Mallory-elem: gombelem kis helyigny Zn + HgO = ZnO + Hg

2e 2e A K

c) Alklielemek: Cd | KOH | NiO(OH)Ni lgos kzeg (nv)

d) Tzelanyag-elemek: egy gsi folyamat oxidcis s redukcis lpse van trben sztvlasztva elektromos energit termel

H2 + 0,5O2 = H2O H2 2H+ + 2e

ox. A

brutt 0,5O2 + 2H+ + 2e

H2O red. K

e) lomakkumultor: lom, lom(IV)-oxid s knsav kocsiban A: Pb + SO4

2 PbSO4 + 2e

K: PbO2 + 4H+ + SO4

2 + 2e

PbSO4 + 2H2O

kisls (GC) = szinproporci

Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2 H2O 2e 2e feltlts (elektrolzis) = diszproporci

6. 0 s a spontn redoxireakcik irnya: a negatvabb 0- rszecske redukl feszltsgi sor

0(H+/H2) = 0 V hiszen a hidrogn a viszonytsi alap

Cu + HCl 0(Cu2+/Cu) > 0 V, a Cu-atom nem tudja reduklni a H+-iont

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu Fe + Cu

2+ = Fe

2+ + Cu 0(Cu2+/Cu) > 0(Fe2+/Fe) Fe reduklja a Cu2+-iont

Cl2 + 2KI = 2KCl + I2 Cl2 + 2I

= 2Cl

+ I2

0(Cl2/Cl

-) > 0(I2/I

-) I reduklja a Cl2-molekult

48

ELEKTROLZIS

1. Alapfogalmak

elektrolzis = el. ram hatsra vgbemen kmiai reakci Eelektromos Ekmiai (endoterm)

Pl. 2H2O 2H2 + O2

2NaCl(f) 2Na(f) + Cl2(g)

2Al2O3(f) 4Al(f) + 3O2(g) az andsznnel reakci: CO/CO2

bontsfeszltsg: tarts elektrolzishez szksges minimlis feszltsg; [UB] = V = az elektrolzis kzben kialakul GC EMF-je

indifferens elektrd: nem lp reakciba sem az oldat sszetevivel, sem a termkekkel (Pt, Cgr)

2. Pldk a) CuCl2-oldat elektrolzise

ox. A 2Cl Cl2 + 2e

red. K Cu2+ + 2e Cu CuCl2(aq) = Cu(sz) + Cl2(g)

a keletkez klr kimutatsa: KI (aq)-os szrpapr 2KI + Cl2 = 2KCl + I2 tap.:

stt szn (I2 s/vagy I3)

+ kemnyt: stteds

b) AgNO3-oldat elektrolzise

red. K 2Ag+ + 2e 2Ag ox. A NO3

H2O 0,5O2 + 2H+ + 2e

brutt egyenlet

a nitrtion stabil (delokalizlt elektronrendszer) helyette a vz reagl az andon (- oxignes vgvel tkzik), kttt O-je oxidldik

a katdon szrke (ezst)bevonat az oldat az andnl savasodik univerzlis indiktor piros

c) Na2SO4-oldat elektrolzise -2 0

ox. A SO42

H2O 2H+ + 2e + O2

red. K Na+ 2H2O + 2e 2OH + H2

3H2O = 2H+ + 2OH

+ H2 + O2

2H2O

brutt: H2O = H2 + O2 Na nem keletkezhetik vizes oldatban (Na + H2O = NaOH + 0,5H2)

mindkt elektrdon a vz bomlik; az andnl savasods, a katdnl lgosods

Hofmann-fle vzbont: nem desztilllt vz van benne (az szigetel), hanem pl. Na2SO4-o.

nagyon 0- fmion helyett a vz H-je redukldik a katdon sszetett anion helyett a vz O-je oxidldik az andon

49

d) H2SO4-oldat elektrolzise

K: red. 2H+ + 2e H2 A: ox. SO4

2

H2O 2e + 2H

+ + O2

2F

H2O = H2 + O2

az oldat tmnyedik (o.sz. bomlik, o.a. = H2SO4 vltozatlan) savasodik pH

1 Farad = 96 500 C 1 mol e tltse F = 96 500 C/mol Faraday-lland

e) NaOH-oldat elektrolzise

2OH H2O + O2 + 2e A Cgr

2H2O + 2e H2 + 2OH

K Cgr

2F

H2O = H2 + O2 az oldat tmnyedik, lgosodik

f) NaCl-oldat elektrolzise

2Cl Cl2 + 2e A Cgr

2H2O + 2e H2 + 2OH

K Cgr

brutt egyenlet

g) NaCl-olvadk elektrolzise

2Cl Cl2 + 2e A Cgr

2Na+ + 2e

2Na K Cgr

2F

2NaCl(f) = 2Na(f) + Cl2(g)

h) NaCl-oldat higanykatdos elektrolzise

2Cl Cl2 + 2e A Cgr

2Na+ + 2e

2Na(Hg) K Hg

Na-amalgm megbontsa 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

brutt: 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 NaOH ipari e.

3. Elektrolzis gyakorlati jelentsge

elektrokohszat: Na, K, Al, (Cl2) ipari e.

lomakkumultor feltltse PbSO4 + 2H2O Pb + PbO2 + 2H2SO4

galvanizls: vkony fmbevonat ksztse: a bevonand trgyat a bevonatnak sznt fm sjnak oldatba helyezzk s katdnak kapcsoljuk ( rajta redukldnak az oldat fmionjai) ezstzs dszts nikkelezs korrzivdelem krmozs kops ellen

eloxls: elektromos oxidrteg-vastagts Al-on andnak ( ) kapcs. Al2O3-d oxidldik

4. Faraday-trvnyek

Faraday I. trvnye: m = k Q = k I t m: az elektrdon levl anyag tmege k: elektrokmiai egyenrtk (egy lland)

Faraday II. trvnye: Q = n z F z: a levlasztand ion tltsszma

50

Ksrlet: rjunk, rajzoljunk rammal!

NaCl- s fenolftaleinoldattal titatunk egy szrpaprt, aluflira helyezzk, majd az alu-flit plusnak kapcsoljuk a elektrd lila nyomot hagy a papron

2Cl- Cl2 + 2e

Na+ 2H2O + 2e

H2 + 2OH

-

fenolftalein indiklja