Kémiai alapok

Általános kémia

Fontos tudnivalók - körny.tan• Tárgy neve: Kémiai alapok I.• Neptun kód: SBANKN1050• Előadó: Borzsák István C121 szerda 11-12• e-mail: iborzsak@ttk.nyme.hu• http://www.bdf.hu/ttk/fldi/iborzsak/Dokumentumok/• Vizsga feltétele a labor teljesítése• Vizsga: írásbeli vizsga feladatsor + tételsor• Szintfelmérő a 2. előadáson

• Aláírás feltétele: Max. 3 hiányzás (orvosi igazolás csak krónikus betegségnél) 2 késés=1 hiányzás

Fontos tudnivalók - biológia• Tárgy neve: Kémia alapjai I.• Neptun kód: SBANKE1050• Előadó: Borzsák István C121 szerda 11-12• e-mail: iborzsak@ttk.nyme.hu• http://www.bdf.hu/ttk/fldi/iborzsak/Dokumentumok/• Vizsga feltétele a labor teljesítése• Vizsga: írásbeli vizsga feladatsor + tételsor• Szintfelmérő a 2. előadáson• Kémia emeltszintű érettségi feladatsor teljesítése• Aláírás feltétele: Max. 3 hiányzás (orvosi igazolás csak

krónikus betegségnél) 2 késés=1 hiányzás

Fontos tudnivalók - levelező• Tárgy neve: Kémia alapjai I.• Neptun kód: SBALKE1050• Előadó: Borzsák István C121 szerda 11-12• e-mail: iborzsak@ttk.nyme.hu• http://www.bdf.hu/ttk/fldi/iborzsak/Dokumentumok/• Vizsga feltétele a labor teljesítése• Vizsga: írásbeli vizsga feladatsor + tételsor

• Aláírás feltétele: Max. 1 hiányzás (orvosi igazolás csak krónikus betegségnél) 2 késés=1 hiányzás

Ajánlott irodalomLázár I.: Általános és szervetlen kémia, Debrecen, 2003Nyilasi J.: Általános kémia, Gondolat, Budapest, 1975Nyilasi J.: Szervetlen kémia, Gondolat, Budapest, 1980Bodor E.: Szervetlen kémia I., Tankönyvkiadó, Budapest, 1983Csányi L. - Rauscher Á.: Általános kémia, JATEPress, Szeged, 1999Veszprémi T.: Általános kémia, Akadémiai Kiadó, Budapest, 2008Greenwood – Earnshow: Az elemek kémiája, Nemzeti Tankönyvkiadó,

Budapest, 1999

Megismerhető világ

• tudományos módszer• reprodukálható kísérletek, mérések

• Világegyetem építőkövei– anyagi testek (korpuszkulák)

» nem fednek át, véges a sebességük, tömegük

– fizikai mezők (terek) – hullámjelleg» átfedhetnek, fénysebességgel terjednek, tömeg 0

Hullámok

• Közegben terjed (pl. hang)• Közeg nélkül is terjed, pl. elektromágneses (EM)

hullámok

• Transzverzális (pl. fény)• Longitudinális (pl. hang) Hullámhossz, frekvencia, terjedési sebesség

E=hν c=λν

EM sugárzás fajtái (spektruma)– Rádió (TV, mobil)– mikro– Infravörös (IR)– Látható (VIS)– Ultraibolya (UV)– Röntgen– Gamma– Kozmikus

Ismert kölcsönhatások

• Gravitáció (tömegvonzás)» gyenge, de nagyon messze hat

• Elektromágneses kölcsönhatás» közepes erősségű, mikrovilágban és emberi

léptékben – kémiában ez a MEGHATÁROZÓ!

• Magerők (erős és gyenge kölcsönhatás)» nagyon erős, de nagyon rövidtávú

Az atom felépítése

• atommag + elektronburok• elemi részek: proton, neutron, elektron• méret- és tömegarányok• 1: 10000 és 1840:1

Az atommag

• Rendszám Z• Tömegszám A=Z+N• Neutronszám N• Izotópok

• (nyomjelzés – Hevesy György)

• Atommagok stabilitása

Radioaktív bomlások• Alfa bomlás

nX -> n-4Y + 4He

Radioaktív bomlások

• Béta bomlás– negatív n -> p+ + e-

Radioaktív bomlások

• Béta bomlás– pozitív p+ -> n + e+

Radioaktív bomlások

• Béta bomlás–elektronbefogás p+ + e- -> n

Radioaktív sugárzások

• Alfa• Béta• Gamma

Radioaktív bomlás

Bomlási sebesség

• Felezési idő• izotópok életkora• kormeghatározás – Radiokarbon módszer• 14C izotóp felezési ideje 5568 év

• Sugárvédelem• idő csökkentése, távolság növelése

Atommagok átalakítása• Nukleonok kötési energiája• Atommaghasadás és fúzió (magreakciók)

Atomok elektronszerkezete

• Elektron különleges viselkedése• Hullámtermészet• Atomi színképek – vonalasak

• Bohr atommodellje• Kvantummechanika 1926

• Erwin Schrödinger és Werner Heisenberg

• Hullámfüggvény és értelmezése• Heisenberg-féle határozatlansági reláció

Kvantumszámok

• Főkvantumszám: n=1, 2, 3, …• Mellékkvantumszám: l=0,1, …n-1• Mágneses kvantumszám: m=-l,..0,1,..l-1,l• Spin kvantumszám: ms=-1/2, +1/2

• Pauli-elv: Egy atomban bármely két elektronnak legalább egy kvantumszámban különböznie kell.

Kvantumszámok

Atomi elektronpályák

Orbital Viewer program

2s pálya

2p pálya

3p m=1 pálya

3d m=0 pálya

3d m=1 pálya

4f m=2 pálya

Elektronpályák betöltése

• Elektronpályák, elektronhéjak, alhéjak• Betöltés: Pauli-elv + energiaminimum elve• Aufbau-elv

– 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p

• Hund szabály: Adott alhéjra az azonos spinű elektronok épülnek be először. (Minél több párosítatlan elektron legyen.) Maximális multiplicitás elve

• Kvantumkémia

• Spektroszkópia

A periódusos rendszer• Mengyelejev 1869• Sorok (periódusok)• Oszlopok (fő- ill. mellékcsoportok)

• Ionizációs energia• Elektronaffinitás• Atomok mérete (kovalens és nemkötő

sugár)• Elektronegativitás

A kémiai kötés

• Elsőrendű– Ionos (szilárd)– Kovalens– Fémes (szilárd)

• Másodrendű– dipólus-dipólus– diszperziós– Hidrogén-kötés

A kovalens kötés• Molekulák elektronszerkezete LCAO-MO

– kötő– lazító– nemkötő elektronpárok

• Homo- és heteronukleáris kötések• Datív kötés• Hibridpályák - VSEPR• Delokalizált kötések• Kötésrend

http://www.meta-synthesis.com/webbook/39_diatomics/diatomics.html

LCAO - MO

Kétatomos molekulák

Hidrogén molekula

Kétatomos molekulák

Homo- és heteronukleáris kötések

Datív kötés

Hibridpályák

s + p + p + p → sp3 + sp3 +sp3 +sp3

"sp3 hybridized" tetrahedral

s + p + p + p → sp2 + sp2 + sp2 + p

"sp2 hybridized" trigonal planar

s + p + p + p → sp + sp + p + p "sp hybridized" linear

Molekula geometria

Molekulák geometriája

• AX2

• AX3

• AX2E• AX4

• AX3E• AX2E2

Kovalens kötések • Kötéstávolság• Kötési energia• Kötésrend• Polaritás (poláris-apoláris)• Izoméria

– konstitúciós izoméria– térizoméria (sztereoizoméria)

• cisz-transz• kiralitás

• Konformáció

Halmazszerkezet

• Halmazállapotok– gáz– folyékony– szilárd– (plazma)

Gázok

• Jellemzőik (rendezetlenség) • Ideális gáz modellje• Gáztörvények

– Boyle-Mariotte: pV= áll.– Gay-Lussac: p/T = áll.– Egyesített gáztörvény: pV=nRT

Folyadékok

• Rövidtávú rend• Hosszútávú rendezetlenség• Viszkozitás (belső súrlódás)• Felületi feszültség

Szilárd testek• Kristályos rend• Amorf anyagok (üvegek)• Kristályrácsok

• Triklin• Monoklin• Rombos• Tetragonális (négyzetes)• Romboéderes (trigonális)• Hexagonális• Köbös (szabályos)

• Bravais rácsokelemi cellái

Fázisátalakulások

• Olvadás, párolgás• Fázisdiagramm

– Kritikus pont – Hármaspont

Oldatok

• Oldat, oldószer fogalma• Összetétel megadási módjai

– móltört, százalékok, molaritás (koncentráció)• Kolligatív tulajdonságok

– Forráspont emelkedés– Fagyáspontcsökkenés– Ozmózis

Elektromos vezetés

• Fémes vezetők• Szigetelők• Félvezetők

– sávelmélet (vezetési sáv, tiltott sáv)

Kémiai reakciók• Definíció• Csoportosítás

– Fázis– Aktiválás– Reakciópartnerek száma

• Reakciósebesség– Megfordítható reakciók – egyensúly, K

• Reakcióhő– exoterm – endoterm

• Termokémia - Hess-tétel

Termodinamika (Hőtan)

• 1. főtétel– munka, hő, belső energia – energiamegmaradás– ΔU=Q+W– entalpia: H=U+pV

• 2. főtétel– entrópia – spontán folyamatok iránya– S=Q/T– szabadenergia, szabadentalpia– F=U-TS G=H-TS

Sav-bázis reakciók• Brönsted-féle

– sav – protont ad le– bázis – protont vesz föl

• Sav-bázis párok (konjugált)• Víz öndisszociációja (autoprotolízis)• pH, pOH, kémhatás• Erős és gyenge savak, bázisok• Hidrolízis• Sav-bázis indikátorok• Pufferoldatok

Redoxi reakciók

• Redukció – elektronfelvétel• Oxidáció – elektronleadás• Oxidációs számok (fiktív töltés előjeles!)

– csökkenés – redukció – növekedés – oxidáció

• Egyenletrendezés

Elektrokémia• Galvánelemek

– Daniell-elem (Zn, Cu)• Elektródok

– Anód – oxidáció– Katód – redukció

• Elektromotoros erő, elektródpotenciál• Nernst-egyenlet• Elektrolízis• Akkumulátorok• Korrózió