OH-KEM910TA/I Kémia Tankönyv 9-10. I. kötet

tudásuk, tájékozottságuk önellenőrzéséhez.

Kémia kategória könyvei

Kémia II. – Munkafüzet és feladatgyűjtemény gimnázium II. osztály számára

Fülemüle Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Kémia próbaérettségi – emelt szint

A könyv a emelt szintű érettségire készülő diákok és a vizsgára készítő tanárok munkáját könnyíti meg. Az írásbeli próbaérettségi feladat.

5 590 Ft – 5 790 Ft

Kémia 9. – Munkafüzet-Általános kémiai ismeretek

880 Ft – 3 390 Ft

Kémia – I. osztály

a gimnázium I. osztálya számára

1 590 Ft – 1 990 Ft

Kémia 10. a gimnáziumok számára

2 190 Ft – 2 290 Ft

Kémia 7. tankönyv

1 690 Ft – 5 490 Ft

Kémia 8 o.

1 070 Ft – 1 190 Ft

Kémia feladatgyűjtemény közép- és emelt szintű érettségire készülőknek

Fiume Antikvárium

hibátlan, olvasatlan példány

A feladatgyűjtemény teljes körű felkészítést ad a közép- és az emelt szintű érettségire. Közel 1500 feladatot és azok megoldásait, valami.

A kémiai folyamatok energetikai alapjai

Oskola Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Kémia II.osztály a gimnázium II. osztálya számára

Pápaszem Antikvárium Bt.

jó állapotú antikvár könyv

Kémia 9.

Kémia 7. – Kémiai alapismeretek munkafüzet

930 Ft – 3 990 Ft

Kémia – Fémek

Kémia 7. Ellenőrző feladatlapok

tantárgy:Kémia évfolyam:7. A tankönyvjegyzéken szerepel.

1 690 Ft – 1 890 Ft

Kémia 9. szakközépiskolásoknak munkafüzet

Mike és Tsa Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Tartalomjegyzék Bevezető 3 I. ATOMOK, IONOK, MOLEKULÁK 4 A víz földi előfordulása és körforgása 4 Az atom felépítése 5 Az izotópok 6.

Hutchinson – Diákenciklopédia Kémia

1 090 Ft – 1 770 Ft

Kémia érettségi feladatsorok – Emelt szintű írásbeli és szóbeli

A könyv az emelt szintű kémia érettségin előforduló feladattípusokat mutatja be – 15 komplett írásbeli és 10 szóbeli feladatsort, valamin.

4 990 Ft – 8 990 Ft

Kémia 10. Munkafüzet – Szervetlen és szerves kémia

Tartalomjegyzék ELőSZÓ 3 A SZÉNCSOPORT ÉS ELEMEINEK SZERVETLEN VEGYÜLETEI 4 A szén 4 Fontosabb szervetlen szénvegyületek 6 A szilíci.

1 750 Ft – 3 390 Ft

KÉMIA 10. (NT-17239)

1 890 Ft – 4 390 Ft

Kémiai példatár és tesztgyűjtemény megoldásokkal 12-15 éveseknek

Ez a példatár 245 feladatot, majd további játékos feladványokat és feleletválasztásos teszteket tartalmaz. Első fejezete összefoglalja az.

2 290 Ft – 2 500 Ft

Kémia – Általános iskola 8. osztály

945 Ft – 1 800 Ft

Kémia III. Munkafüzet

Mike és Tsa Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Tantárgy: Kémia Évfolyam: 9. A tankönyvjegyzéken szerepel. A Kémia III. tankönyvet (raktári száma: NT-15139) a munkafüzet teszi még j.

Kémia 9.

A Prizma-könyvek fizikából, kémiából és biológiából a 9. és 10. évfolyam számára készültek. A könyvek a középszintű érettségire való felk.

990 Ft – 1 190 Ft

Kétszintű érettségi nagykönyvek: Kémia – Középszint

Könyvbogár Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

A feladatsorok felépítése megegyezik a valódi felvételi feladatsorokéval. A feladattípusok jellege és súlyozása, az értékelés és a megold.

Kémia 7. Munkafüzet – 00777/M

A tankönyvhöz tartozó munkafüzet.

Kémia 7. Munkafüzet

Mike és Tsa Antikvárium

hibátlan, olvasatlan példány

Szerzők:Kecskés Andrásné – Rozgonyi Jánosné Tantárgy:Kémia Évfolyam:7. A tankönyvjegyzéken szerepel. A Kecskésné-sorozat Kémia 7. cím.

Kémiai feladatgyűjtemény. Gyakorló feladatok 7. o. NT-80106/I

Pestszentlõrinci antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

tantárgy:Kémia évfolyam:7. A tankönyvjegyzéken szerepel. Ez egy kétkötetes (7. és 8. osztály számára készült) feladatgyűjtemény első köte.

A kémia tanítása 3-4 XXVIII. évf 1989

Méliusz Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Kémia 7. Ellenőrző feladatlapok

Mike és Tsa Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

tantárgy: Kémia évfolyam: 7. A tankönyvjegyzéken szerepel. A Kecskésné-sorozat Kémia 7. című könyvéhez (raktári száma NT-00707/2) kész.

Kémia 7.

Mike és Tsa Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Tantárgy: Kémia Évfolyam: 7. A tankönyvjegyzéken szerepel.

Kémia 8.o.

Könyvlabirintus Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Szerzők:Kecskés Andrásné – Kiss Zsuzsanna – Rozgonyi Jánosné Tantárgy:Kémia Évfolyam:8. A tankönyvjegyzéken szerepel. A Nat és a kémi.

KÉMIA – Tesztgyűjtemény középiskolásoknak

A kötet a Kémia Összefoglaló középiskolásoknak című könyv kiegészítője, de önállóan is használható. Témakörökre bontva tartalmaz közel 20.

1 690 Ft – 5 990 Ft

Kémia 8. – Szervetlen kémia

Kémia tanmenetek az általános iskolák felső tagozata számára.

3 990 Ft – 4 290 Ft

Látványos kémiai kísérletek – kísérletgyűjtemény

Szép Magyar Könyv `99 Az új kísérletgyűjtemény a megújuló kémiatanításhoz kíván segítséget nyújtani. Több mint kétszáz olyan látványos és.

3 990 Ft – 6 390 Ft

Kémia 8.

A tankönyvjegyzéken nem szerepel. A tartalomból: Ismétlés, rendszerezés A nemfémes elemek és vegyületeik A fémes elemek és vegyületeik Hé.

950 Ft – 4 990 Ft

VegyÉsztorna 1998-2008

5 999 Ft – 9 300 Ft

Kémia 9. Általános kémia

A Műszaki Könyvkiadó az elmúlt években útjára indított egy új kémia-tankönyvcsaládot. A tankönyvek szerzője Villányi Attila, akinek koráb.

1 590 Ft – 4 850 Ft

Kémia munkafüzet 9. (Általános és szervetlen kémia)

1 650 Ft – 1 690 Ft

5000 feladat kémiából középiskolásoknak, felvételizőknek

Mike és Tsa Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Ez a könyv a 12–18 éves korosztály számára készült feladatgyűjtemény. Témájában felöleli az általános és középiskola teljes kém.

Kémiai számítások képletgyűjteménye

900 Ft – 1 000 Ft

Ennyit kellene tudnod – Kémia

Nehézséget okoz a kémia tanulása, felvételi vizsgára készülsz? Ez a könyv segítségedre lesz abban, hogy megértsd a legfontosabb alapfogal.

2 990 Ft – 9 990 Ft

Kémia 9. B kerettantervek szerint

Ez a könyv az Emberi Erőforrások Minisztériuma által a gimnáziumok számára kiadott B típusú kerettantervének követelményeit figyelembe vé.

1 990 Ft – 3 490 Ft

Kémia munkafüzet 7. (Kísérleti tankönyv)

990 Ft – 1 290 Ft

Kidolgozott számítási feladatok – Kémia / Közép- és emelt szintű érettségire készülőknek

Tartalomjegyzék Bevezetés 5 Bevezetés 6 Képletgyűjtemény 6 Képletgyűjtemény 12 Általános kémia 12 1. Atomok, ionok, molekulák 12 K.

KÉMIA 8. TÉMAZÁRÓ FELADATLAPOK (NT-11877/F)

2 190 Ft – 2 790 Ft

Kémia I. osztály

Mike és Tsa Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Kémia tankönyv a gimnázium I. osztálya számára. A tankönyv engedélyszáma:35043/1981/VIII.1.

Kémia 7. Munkafüzet

Mike és Tsa Antikvárium

hibátlan, olvasatlan példány

Tantárgy: Kémia Évfolyam: 7. A tankönyvjegyzéken szerepel.

Kémia 10. – Szerves kémia

A Műszaki Könyvkiadó az elmúlt években útjára indított egy új kémia-tankönyvcsaládot. A tankönyvek szerzője Villányi Attila, akinek a kor.

2 390 Ft – 4 850 Ft

Összefoglaló feladatgyűjtemény kémiából – 81316

Könyvlabirintus Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Ez a feladatgyűjtemény – a matematika és a fizika összefoglaló feladatgyűjteményhez hasonlóan – tartalmazza az írásbeli kémia érettségi f.

Kémia 7. – Kémiai alapismeretek

1 290 Ft – 3 990 Ft

Kémia 7. – Bevezetés a kémiába

Vonnegut Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

A Szerző Kémia I. könyve kívül-belül megújult. Az átdolgozott kiadvány kiváló alapot nyújt a kémiából továbbtanulni vágyó diákoknak, és i.

Kémia 9-10 – Szakközépiskolásoknak

A szakközépiskolák 9-10. évfolyama számára készült tankönyv a szerző korábbi, a Korona Kiadónál megjelent könyvének átdolgozott, korszerű.

1 450 Ft – 7 990 Ft

Kémia 9. Általános kémiai ismeretek

1 990 Ft – 5 590 Ft

Érettségi mintatételek kémiából (120 középszintű tétel)

60 A és 60 B szóbeli középszintű érettségi mintatételt tartalmazó kötetünk a 2017-ben életbe lépő, új érettségi követelményrendszer, vala.

1 860 Ft – 1 920 Ft

Kémiai album KE-0001

Diófa Antikvárium Kft.

jó állapotú antikvár könyv

évfolyam: 7.-12. Korosztály: -az általános iskola 7. osztályától az érettségiig, felvételiig, -bármely tankönyvcsaládhoz használható segé.

Kémia I. (Közismereti kémia) NT-14107

tantárgy:Kémia évfolyam:9. A tankönyvjegyzéken szerepel. A Nat és a kémia a szakközépiskolában és szakiskolában A kémia szempontjából a N.

1 190 Ft – 1 390 Ft

Kémia 10. – Szerves kémia tankönyv+Munkafüzet

1 890 Ft – 1 990 Ft

Kémia 9. – Általános és szervetlen kémia

Kémia tankönyv 9. osztályos tanulóknak.

2 990 Ft – 4 890 Ft

Kémia 10. Szerves kémiai ismeretek. MS-2620 Tankönyv

Szentendre Antikvárium

jó állapotú antikvár könyv

Kémia 9. – Általános kémia munkafüzet

Elérhetőségek

Cégünk

Mit kínálunk

Így vásárolhatsz

Közösségi média

Oldalaink bármely tartalmi és grafikai elemének felhasználásához a Libri-Bookline Zrt. előzetes írásbeli engedélye szükséges.
SSL tanúsítvány

OH-KEM910TA/I Kémia Tankönyv 9-10. I. kötet

Szerző(k): Bárány Zsolt Béla, Hotziné Pócsi Anikó, Marchis Valér, Várallyainé Balázs Judit (tananyagfejlesztő), Tantárgy/Tanegység: Kémia, Évfolyam: 9, Kiadó: Oktatási Hivatal Kiadó, Kiadás éve: 2021A tankönyv/munkafüzet a(z) FI-505050901/1 Kémia tankönyv 9. A kerettanterv…

Szerző(k): Bárány Zsolt Béla, Hotziné Pócsi Anikó, Marchis Valér, Várallyainé Balázs Judit (tananyagfejlesztő), Tantárgy/Tanegység: Kémia, Évfolyam: 9, Kiadó: Oktatási Hivatal Kiadó, Kiadás éve: 2021

A tankönyv/munkafüzet a(z) FI-505050901/1 Kémia tankönyv 9. A kerettanterv – Újgenerációs tankönyv alapján került összeállításra.

Méret:	A4
Borító típusa:	Puha borítós

Szállítás

Kiszállítás futárszolgálattal, utánvétes fizetés

Házhozszállítás a megadott szállításai címre futárszolgálattal, fizetés átvételkor készpénzben, vagy bankkártyával a futárnál. A visszaigazolásban szereplő státusz (Feldolgozás alatt) jelentése: A rendelés beérkezett hozzánk, feldolgozása hamarosan elkezdődik! (Munkanapokon, a 15.00 után beérkezett rendeléseket a rendelés beérkezését követő munkanapon tudjuk feldolgozni! A munkaszüneti napokon beérkezett rendelések az azt követő munkanapon kerülnek feldolgozásra!)

Átvétel Postaponton, utánvétes fizetés

Átvétel a megjelölt Postaponton (MOL, COOP, Csomagautomata, Posta), fizetés átvételkor készpénzben, vagy bankkártyával a Postaponton. A visszaigazolásban szereplő státusz (Feldolgozás alatt) jelentése: A rendelés beérkezett hozzánk, feldolgozása hamarosan elkezdődik! (Munkanapokon, a 15.00 után beérkezett rendeléseket a rendelés beérkezését követő munkanapon tudjuk feldolgozni! A munkaszüneti napokon beérkezett rendelések az azt követő munkanapon kerülnek feldolgozásra!)

Személyes átvétel Géniusz Könyváruház, fizetés átvételkor

Cím: Miskolc, Széchenyi István út 107. (H-P: 9.00-17:30, Szo: 9.00-13.00), fizetés átvételkor készpénzben, vagy bankkártyával üzletünkben. A visszaigazolásban szereplő státusz (Feldolgozás alatt) jelentése: A rendelés beérkezett hozzánk, feldolgozása hamarosan elkezdődik! (Munkanapokon, a 15.00 után beérkezett rendeléseket a rendelés beérkezését követő munkanapon tudjuk feldolgozni! A munkaszüneti napokon beérkezett rendelések az azt követő munkanapon kerülnek feldolgozásra!)

Kiszállítás futárszolgálattal, előreutalásos fizetés

Házhozszállítás a megadott szállításai címre futárszolgálattal, fizetés előreutalással (feldolgozás után küldjük az utaláshoz szükséges adatokat). A visszaigazolásban szereplő státusz (Feldolgozás alatt) jelentése: A rendelés beérkezett hozzánk, feldolgozása hamarosan elkezdődik! (Munkanapokon, a 15.00 után beérkezett rendeléseket a rendelés beérkezését követő munkanapon tudjuk feldolgozni! A munkaszüneti napokon beérkezett rendelések az azt követő munkanapon kerülnek feldolgozásra!)

Átvétel Postaponton, előreutalásos fizetés

Átvétel a megjelölt Postaponton (MOL, COOP, Csomagautomata, Posta), fizetés előreutalással (feldolgozás után küldjük az utaláshoz szükséges adatokat). A visszaigazolásban szereplő státusz (Feldolgozás alatt) jelentése: A rendelés beérkezett hozzánk, feldolgozása hamarosan elkezdődik! (Munkanapokon, a 15.00 után beérkezett rendeléseket a rendelés beérkezését követő munkanapon tudjuk feldolgozni! A munkaszüneti napokon beérkezett rendelések az azt követő munkanapon kerülnek feldolgozásra!)

Személyes átvétel Géniusz Könyváruház, előreutalásos fizetés

Cím: Miskolc, Széchenyi István út 107. (H-P: 9.00-17:30, Szo: 9.00-13.00), fizetés előreutalással (feldolgozás után küldjük az utaláshoz szükséges adatokat). A visszaigazolásban szereplő státusz (Feldolgozás alatt) jelentése: A rendelés beérkezett hozzánk, feldolgozása hamarosan elkezdődik! (Munkanapokon, a 15.00 után beérkezett rendeléseket a rendelés beérkezését követő munkanapon tudjuk feldolgozni! A munkaszüneti napokon beérkezett rendelések az azt követő munkanapon kerülnek feldolgozásra!)

Kémia tankönyv 9 10 i kötet

Bejelentkezés

Close

• Back
• ANGOL
• ÉNEK
• HIT ÉS ERKÖLCSTAN, ETIKA
• MAGYAR NYELV ÉS IRODALOM
• MATEMATIKA
• NÉMET
• TECHNIKA, ÉLETVITEL

• Back
• ANGOL
• ÉNEK
• HIT ÉS ERKÖLCSTAN, ETIKA
• KÖRNYEZETISMERET
• MAGYAR NYELV ÉS IRODALOM
• MATEMATIKA
• NÉMET
• TECHNIKA, ÉLETVITEL

• Back
• ANGOL
• ÉNEK
• HIT ÉS ERKÖLCSTAN, ETIKA
• KÖRNYEZETISMERET
• MAGYAR NYELV ÉS IRODALOM
• MATEMATIKA
• NÉMET

• Back
• ANGOL
• ÉNEK
• HIT ÉS ERKÖLCSTAN, ETIKA
• KÖRNYEZETISMERET
• MAGYAR NYELV ÉS IRODALOM
• MATEMATIKA
• NÉMET
• TECHNIKA, ÉLETVITEL
• VIZUÁLIS KULTÚRA

• Back
• ANGOL
• BIOLÓGIA
• DIGITÁLIS KULTÚRA
• ÉNEK
• FRANCIA
• HIT ÉS ERKÖLCSTAN, ETIKA
• KÖRNYEZETISMERET
• MAGYAR NYELV ÉS IRODALOM
• MATEMATIKA
• NÉMET
• TECHNIKA, ÉLETVITEL
• TERMÉSZETISMERET
• TÖRTÉNELEM

• Back
• ANGOL
• BIOLÓGIA
• DIGITÁLIS KULTÚRA
• ÉNEK
• FRANCIA
• HIT ÉS ERKÖLCSTAN, ETIKA
• KÖRNYEZETISMERET
• MAGYAR NYELV ÉS IRODALOM
• MATEMATIKA
• NÉMET
• TECHNIKA, ÉLETVITEL
• TERMÉSZETISMERET
• TÖRTÉNELEM

• Back
• GULLIVER KIADÓ
• HERMIT KIADÓ
• K.U.K. KÖNYV ÉS LAPKIADÓ KFT.
• SIKER KIADÓ

Nincs termék a bevásárlókosárban.

Az összes kategória

Kosár

Filters

Personal menu

Preferenciák

Keresés

• Főoldal /
• JEGYZÉKI TANKÖNYV 2022/23 /
• Kémia 7-8. tankönyv I. kötet

Az áraink forintban értendők és az ÁFA-t tartalmazzák!

Copyright © 2022 KELLO Publikus webáruház. Minden jog fenntartva.

Készítette az ALLWIN

Szolgáltatásaink minőségének folyamatos, magas szinten tartása érdekében a weboldalon cookie-kat használunk, annak érdekében, hogy biztonságos böngészés mellett a legjobb felhasználói élményt nyújthassuk.

Знайти

A Kémia 11-12. könyv és a hozzá szorosan kapcsolódó feladatgyűjtemény a közép- és emelt szintű érettségi vizsgára való felkészülést szeretnénk.

A szakközépiskolák 9-10. évfolyama számára készült tankönyv a szerző korábbi, a Korona Kiadónál megjelent könyvének átdolgozott, korszerűsített változata.

A könyv tananyaga bőséges lehetőséget biztosít a széles körű ismeretszerzésre, a hétköznapokban, akár a hírekben felbukkanó kérdések megtárgyalására. A gyakorlatba.

A feladatgyűjtemény teljes körű felkészítést ad a közép- és az emelt szintű érettségire.

Ajánljuk a diákoknak:

tudásuk, tájékozottságuk önellenőrzéséhez.

A Fizika 11–12. – Közép- és emelt szintű érettségire készülőknek című könyvhöz kapcsolódó Munkafüzet az érettségi kísérleti feladatainak elvégzéséhez, az.

a mindennapi életet befolyásoló kémiai természetű jelenségek helyes értelmezését, fejlesztik a tanulók természettudományos gondolkodását.

A kötet az MS-2692 Kémia szakközépiskolásoknak 9-10. munkafüzet összevont kötetének a kilencedik évfolyamos, új kerettanterv szerint átdolgozott változata.

Az MS-2625U kiadói kódú kötetünk az MS-2625 Földrajz 10. tankönyv új kerettanterv szerint átdolgozott változata. A tartalom frissült, a világgazdasági.

Az MS-2614 Biológia 8. tankönyv jelentős részben megfelel az új “A” típusú kerettantervnek is. A tankönyv új kerettantervi feldolgozásához ez.

Az MS-2612 Kémia 8. tankönyv jelentős részben megfelel az új “B” jelű kerettantervnek is. A tankönyv új kerettantervi feldolgozásához ez.

Az MS-2613 Földrajz 8. tankönyv a hetedikes tankönyvvel együtt jelentős részben lefedi az új kerettantervi anyagot is. A kiegészítő kötet.

Az MS-2620U kiadói kódú kötetünk az MS-2620 Kémia 10. tankönyv új kerettanterv szerint átdolgozott változata.

Az MS-2641U kötetünk az MS-2641 Biológia 10. (gimn.) c. kötetünk új kerettanterv szerint átdolgozott változata.

Gál Béla népszerű gimnáziumi biológia tankönyvsorozatának legújabb kötete a NAT2020 alapján készült, követve a korábbi MS-2641, MS-2642 és MS-2643 Biológia.

Gál Béla népszerű gimnáziumi biológia tankönyvsorozatának legújabb kötete a NAT2020 alapján készült, követve a korábbi MS-2641, MS-2642 és MS-2643 Biológia.

NAT. Kémia. tankönyv

2 A kiadvány tankönyvi engedélyt kapott a TKV/3175-7/2020 ( ) számú határozattal. A tankönyv megfelel a Kormány 5/2020 (I.31.) Korm. rendelete a Nemzeti alaptanterv kiadásáról, bevezetéséről és alkalmazásáról szóló 110/2012. (VI.4.) Korm. rendelet módosításáról megnevezésű jogszabály alapján készült Kerettanterv a gimnázium 9. évfolyama számára megnevezésű évfolyam számára készült kerettanterv kémia tantárgy előírásainak. A tankönyvvé nyilvánítási eljárásban közreműködő szakértő: dr. Müllner Erzsébet Tananyagfejlesztők: Bárány Zsolt Béla, Hotziné Pócsi Anikó, Marchis Valér, Várallyainé Balázs Judit Lektor: dr. Prokainé Hajnal Zsuzsanna Kerettantervi szakértő: Bárány Zsolt Béla Fedélterv: Slezák Ilona, Bánáti János Fedélfotó: Shutterstock Szerkesztették az Oktatási Hivatal Tankönyvfejlesztési Osztályának munkatársai. A tankönyv szerkesztői ezúton is köszönetet mondanak dr. Kardos Leventének az értékes megjegyzésekért. Oktatási Hivatal 2020 A könyvben felhasználtuk a Kémia tankönyv 9. osztályosoknak című művet. (Tananyagfejlesztők: Ludányi Ágota, dr. Ludányi Lajos, Szabó Krisztián, dr. Tóth Zoltán FI /1) ISBN Oktatási Hivatal 1055 Budapest, Szalay utca Telefon: (+36-1) A kiadásért felel: dr. Gloviczki Zoltán elnök Raktári szám: OH-KEM09TA Tankönyvkiadási osztályvezető: Horváth Zoltán Ákos Műszaki szerkesztő: Bernhardt Pál, Marcsek Ildikó, Orosz Adél Grafikai szerkesztő: Morvay Vica, Sugár Simon Illusztráció: Jécsai Zoltán, Simó Eszter Nyomdai előkészítés: Buris László, WOW (OA) Terjedelem: 11,33 (A/5) ív A könyv tömege: 227,59 gramm 1. kiadás, 2020 Ez a tankönyv a Széchenyi 2020 Emberi Erőforrás Fejlesztési Operatív Program EFOP VEKOP számú, A köznevelés tartalmi szabályozóinak megfelelő tankönyvek, taneszközök fejlesztése és digitális tartalomfejlesztés című projektje keretében készült. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. Nyomta és kötötte: Felelős vezető: A nyomdai megrendelés törzsszáma: Európai Szociális Alap

3 Tartalom I. MILYEN RÉSZECSKÉKBŐL ÁLLNAK AZ ANYAGOK? 1. Élet a laboratóriumban 6 Kísérletezgessünk! 2. Az atom szerkezete 8 Mitől nehéz a nehézvíz? 3. A radioaktivitás 10 Mitől fél az, aki az atomtól fél? 4. Az anyagmennyiség 12 Amikor egy vesszőnek is szerepe van 5. A periódusos rendszer 14 A kémikus kristálygömbje 6. Molekulák és a kovalens kötés 16 Nem mind igaz, ami reklám! 7. A molekulák alakja 18 Miért más az illata, ha ugyanaz a képlete? 8. A molekulák polaritása 20 Hogyan melegít a mikrohullámú sütő? 9. A másodrendű kötések 22 Miért lehet forró olajban krumplit sütni? 10. Az ionok 24 Fürdővízben ülve ne használj elektromos hajszárítót! Összefoglalás 26 II. MI OKOZZA A FIZIKAI TULAJDONSÁGOKAT? 1. Az anyag szerkezete és fizikai tulajdonságai 30 Melyik a könnyebb: a víz vagy a benzin? 2. A kristályrács és a rácstípusok 32 Kristály van a kvarcórában? 3. Az anyag szerkezete és az oldódás 34 Vörös húshoz vörösbort? 4. Diffúzió, oldódás 36 Miért csattannak ki a bogyós gyümölcsök eső után? 5. Az oldódás mértéke és sebessége 38 Miért kevergetjük a teát, ha cukrot teszünk bele? 6. Az oldatok összetétele 40 Miről árulkodik az italok címkéje? 7. Oldatok hígítása és töményítése 42 Hogyan lesz a tengervízből só? Összefoglalás 44 III. AZ ELEKTRON EGY MÁSIK ATOMMAG VONZÁSÁBA KERÜL 1. Fizikai és kémiai változások 46 Miért pezseg az egyik, és miért a másik? 2. A kémiai reakciók típusai 48 Mi a közös a kindertojásbombában és a légzésben? 3. Sztöchiometriai számítások 50 Valóban vizet raktároz a teve a púpjában? 4. A reakciók feltétele és sebessége 52 Mit tudnak az enzimes mosószerek? 5. A kémiai reakciók energiaváltozásai 54 Mitől melegszenek az önmelegítő ételek? 6. Egyirányú reakciók 56 KRESZ a kémiában 7. A kémiai egyensúly 58 Kétirányú forgalom 8. A kémiai egyensúly befolyásolása 60 Mészkőbarlangok és cseppkőképződés Összefoglalás 62 IV. CSOPORTOSÍTSUK A KÉMIAI REAKCIÓKAT! 1. Savak és bázisok 66 Mit kell tenni szúnyogcsípés esetén? 2. A kémhatás és a ph 68 Valóban semleges a ph 5,5? 3. A sav-bázis reakció 70 Miért lúgos kémhatású a szódabikarbóna oldata? 4. Redoxireakciók 72 Miért hasznos a vákuumos vagy védőgázos csomagolás? 5. A redoxireakció mint elektronátmenet 74 Égés oxigén nélkül? 6. Az elektrokémia alapjai 76 Mennyire zöld autó a hibrid autó? 7. Galvánelemek 78 Pótolható a lemerült ceruzaelem citrommal is? 8. Primer elemek és akkumulátorok 80 Miért lyukad ki a használt elemek fala? Összefoglalás 82 3

5 Milyen részecskékből állnak az anyagok? I. 1. Élet a laboratóriumban Kísérletezgessünk! 2. Az atom szerkezete Mitől nehéz a nehézvíz? 3. A radioaktivitás Mitől fél az, aki az atomtól fél? 4. Az anyagmennyiség Amikor egy vesszőnek is szerepe van 5. A periódusos rendszer A kémikus kristálygömbje 6. Molekulák és a kovalens kötés Nem mind igaz, ami reklám! 7. A molekulák alakja Miért más az illata, ha ugyanaz a képlete? 8. A molekulák polaritása Hogyan melegít a mikrohullámú sütő? 9. A másodrendű kötések Miért lehet forró olajban krumplit sütni? 10. Az ionok Fürdővízben ülve ne használj elektromos hajszárítót! Összefoglalás Ebben a fejezetben felelevenítjük és bővítjük a kémiai részecskékkel atomokkal, ionokkal és molekulákkal, valamint a köztük ható kötésekkel kapcsolatos ismereteinket. Megismerjük a kémiában alapvető fontosságú mennyiség, az anyagmennyiség fogalmát. A fejezet leckéiben választ kapunk például a következő kérdésekre is, hogy mitől nehéz a nehézvíz; mit jelent a 7-es egy üdítőital márkanevében; mitől fél az, aki az atomtól fél; mi történik az atomerőművekben; miért kapott kémiai Nobel-díjat Hevesy György; miért a kémikusok kristálygömbje a periódusos rendszer; mi különbség van az anyagmennyiség és az anyag mennyisége között; léteznek-e intelligens molekulák; miért más a citrom és a narancs illatanyagának szaga, ha ugyanaz a képlete; hogyan melegít a mikrohullámú sütő; miért lehet forró olajban krumplit sütni; miért nem szabad fürdővízben ülve elektromos hajszárítót használni; hogyan mér az edzőgépen lévő pulzusmérő. 5

6 1. Élet a laboratóriumban Kísérletezgessünk! A szacharin felfedezése egy hibának és ugyanakkor szerencsés véletlennek köszönhető. A kutató ugyanis amikor kiment cigarettaszünetre a laboratóriumából, elfelejtette megmosni a kezét. Amikor a cigarettáját a szájába vette, szokatlanul erős édes ízt érzett. Hamar rájött, hogy ez attól az anyagtól származhat, amivel korábban dolgozott, és ráragadt belőle egy kevés az ujjára. Szerencsés volt a kutató, mert egy rendkívül erős mérget is felfedezhetett volna ugyanilyen módon. Ha laboratóriumban dolgozol, ott nemcsak a saját, hanem társaid testi épségére, egészségére is ügyelned kell. A laboratóriumban szigorú biztonsági szabályokat kell betartani, ugyanúgy, ahogy ezt a vegyészek teszik munkájuk során. A rendszabályok 1. Mielőtt megkezded a laboratóriumi munkát, alaposan tanulmányozd át az elvégzendő feladatról szóló leírást! Ha nem értesz valamit, még a munka megkezdése előtt kérdezd meg tanárodat! 2. Soha ne végezz olyan kísérleteket a tanárod engedélye nélkül, amelyek nem szerepelnek a leírásban! Soha nem kísérletezhetsz egyedül a laboratóriumban! 3. A biztonsági szimbólumok ismerete alapvető a munkavégzés során! Mindig figyeld meg a munkalapodon és a vegyszeres edény címkéjén az ezzel kapcsolatos piktogramokat, és eszerint tevékenykedj! 4. Használj köpenyt a laboratóriumban! Húzz kesztyűt, ha a leírásban irritáló vagy bőrön át felszívódó anyagokkal dolgozol! Ha a hajad hosszú, gumizd hátra! 5. Ha kontaktlencsét viselsz, akkor mindenképpen használj védőszemüveget is, mivel a lencse képes megkötni káros anyagokat a levegőből! 6. Ne viselj túlságosan bő ruházatot és csuklódról lelógó ékszereket! A laboratóriumban viselj zárt cipőt! 7. Tilos ételt, italt, rágógumit bevinni és fogyasztani a laboratóriumban! 8. Már a laboratóriumi munka megkezdése előtt legyél tisztában azzal, hol van a legközelebbi poroltó, vészzuhany és tűzoltásra szolgáló pokróc! 9. Azonnal töröld fel, ha valami kiömlik a laboratórium padlójára! Ha valamilyen eszközöd eltörik, szólj a tanárodnak! Ha a munka során valami nem a várt módon történik, azonnal értesítsd róla tanárodat! Bármilyen sérülés történik, arról tanárodnak tudnia kell. 10. Ha vegyi anyag kerül a szemedbe vagy bőrödre, azonnal bő vízzel ki, illetve le kell mosni, és értesíteni a tanárodat a további intézkedések miatt. 11. Soha nem a vegyszeres üvegben kísérletezünk, hanem abból mindig kiöntünk kisebb mennyiségeket kémcsőbe vagy főzőpohárba. 12. Figyelmesen dolgozz a vegyi anyagokkal! Csak akkor tölts ki egy vegyszerből, ha megbizonyosodtál róla, hogy a leírásban valóban ezt az anyagot kell használni! 13. Mindig csak akkora mennyiséget használj a vegyszerekből, mint amennyi a leírásban szerepel! 14. A fel nem használt anyagokat ne töltsd vissza a tárolóüvegébe! 15. Semmilyen, még ártalmatlannak tűnő anyagot se kóstolj meg! 16. A gázégőd vagy borszeszégőd körül ne legyenek gyúlékony anyagok! 17. Amikor a kémcsőben melegítesz valamit, ügyelj arra, hogy a kémcső szája ne irányuljon magad vagy társad felé! 18. Soha nem melegítünk mérőhengert, pipettát, bürettát. 19. Vigyázz a már felmelegített üvegeszközök megfogásakor! A hideg és forró üvegtárgy között látszólag nincs különbség. 20. Savas oldatokkal való munkavégzéskor a savat öntjük a vízbe. 21. A mérleged tányérját mindig tartsd tisztán. Soha ne helyezz rá közvetlenül vegyszert! 22. A munka elvégzése után mosogass el, tisztítsd meg az asztalodat, és győződj meg arról, hogy a gázcsapot elzártad, az elektromos készülékeket kikapcsoltad! 23. A munka végeztével alaposan moss kezet! 6

7 Tudod? Jó, ha tudod! A különböző anyagok, vegyszerek biztonságos kezelése céljából csomagolásukon azok tulajdonságaira utaló piktogramok, a feladatlapokon munkabiztonsági jelek szerepelhetnek (1. ábra). Ezek jelentését ismerned kell! Tudod? Jó, ha tudod! Biztonsági jelek 1. Védőszemüveg, illetve gumikesztyű viselése kötelező! Kesztyű levétele mérgező anyaggal való beszenynyeződése esetén Az iskolai laboratóriumban végzett munka során ritkán fordul elő, hogy valakinek mérgező vagy fertőző anyag kerül a gumikesztyűjére, amelyet nem tud lemosni róla. De érdemes tudni, hogy miként húzzunk le egy ilyen kesztyűt, hogy még csak véletlenül se érintkezzen bőrünkkel (2. ábra). Tudományos felfedezés zsenialitás, szorgalom vagy szerencse? A felfedezések elsősorban az állhatatos, fáradságot nem ismerő munka eredményei, de kétségkívül jelentős szerepe van a kiváló képességeknek és a szerencsés véletlennek is. Ehrlich és Hata 606 kísérletet végzett, amíg a szalvarzánt egy szifiliszellenes gyógyszert és annak gyógyító hatását felfedezte. Ugyancsak a kitartó munka gyümölcse volt két sugárzó elem, a rádium és a polónium kinyerése többtonnányi uránszurokércből. Ez a felfedezés Maria Skłodowska (Madame Curie) és férje, Pierre Curie nevéhez fűződik. A véletlen segítette elő a 19. században az indigó kék festékanyag ipari szintézisének megvalósítását. A kísérletek során a naftalin és a kénsav elegyébe merített hőmérő eltörött, és higany került a reakciótérbe. A képződött higany-szulfát katalitikus hatására a naftalinból ftálsav keletkezett, amely jó kiindulási anyaga volt az indigószintézisnek. Ugyancsak a véletlennek volt nagy szerepe az antibiotikumok felfedezésében. Alexander Fleming egy Staphylococcus baktériumot hagyott laboratóriuma munkaasztalán, miközben elutazott két hétre nyaralni. Mire visszaérkezett, a baktériumtenyészetet ellepte egy gomba, mely megakadályozta a baktérium növekedését. Ugyanakkor a kutatói zsenialitás is fontos lehet, mint ahogy azt a periódusos rendszer megalkotásával Mengyelejev munkássága bizonyítja. Zsenialitása abban nyilvánult meg, hogy az elemek rendszerezésekor azok kémiai tulajdonságait helyezte előtérbe, ezért cseréket hajtott végre az atomsúly szerinti sorrendben, üres helyeket hagyott. Néhány akkor még nem ismert elem esetén nagyon pontosan megjósolta azok várható fizikai és kémiai tulajdonságait is. 2. Veszélyes anyaggal szennyezett kesztyű levételének módszere Van fogalmad? Veszélyes vegyi anyagokat jelző piktogramok A laboratóriumi munka Alapja a rend, fegyelem és tisztaság. A munkavégzés előtt ismerni kell a lehetséges baleseti forrásokat. Csak azok a kísérletek végezhetők el és csak olyan mennyiségben, amire a tanár engedélyt ad. A munkalapokon szereplő, illetve a tanári utasításban elhangzott védőeszközöket kötelező viselni. A vegyszerek és eszközök helytelen használata egészségkárosodást okozhat. 7

8 2. Az atom szerkezete Mitől nehéz a nehézvíz? Hallottál már a nehézvízről? Fontos szerepe volt az első atombombák előállításában. Atomreaktorokban ma is használják (1. ábra). De mitől nehéz a nehézvíz? Attól, hogy benne a hidrogénatom nehéz változata, a deutérium található. Ahhoz, hogy ezt megértsük, tekintsük át az atomok felépítését és szerkezetét! Az atom atommagból és az azt körülvevő elektronburokból álló semleges kémiai részecske. Az atommagban találhatók a protonok és a neutronok (1. táblázat). Az atommagot felépítő elemi részecskéket összefoglaló néven nukleonoknak ( magot alkotónak ) is nevezzük. Paksi atomerőmű 1. Nehézvizet használnak az atomerőművekben is Elemi részecske Jele Tömege (m) Relatív tömege (m r ) Töltése (Q) Relatív töltése (Q r ) Proton p + 1, kg 1 +1, C +1 Neutron n 0 1, kg Elektron e 9, kg 1/1836 1, C 1 1. táblázat. Az elemi részecskék protonok, neutronok és elektronok legfontosabb adatai 2. Az atom kémiai jele a vegyjel, fontos adatai a rendszám és a tömegszám Az atom jelölésére vegyjelet használunk (2. ábra). A vegyjel mellett gyakran feltüntetjük az atom két jellemző adatát: a rendszámot és a tömegszámot. Az atom minőségét az atommagban lévő protonok száma határozza meg. Az atommagban található protonok számát adja meg a rendszám (Z). Mivel az atom tömegét lényegében csak az atommagot alkotó protonok és neutronok tömege határozza meg, ezért a protonok és neutronok számának összegét tömegszámnak (A) nevezzük. A tömegszám számértéke közel azonos a relatív atomtömeg számértékével. A relatív atomtömeg a vizsgált atom tömegének és az atomi tömegegységnek a hányadosa. Számos olyan atom van, amelyeknek azonos a rendszáma, de különböző a tömegszáma, tehát atommagjukban azonos számú proton, de eltérő számú neutron található. Az ilyen atomokat nevezzük izotópatomoknak (3. ábra). A különböző tömegű izotópatomokból különböző tömegű molekulák képződhetnek. A két nehéz hidrogénatomot (deutériumot) és egy oxigénatomot tartalmazó vízmolekula tömege nagyobb, mint a természetben legnagyobb mennyiségben előforduló vízmolekuláé. Ezért nevezik nehézvíznek a D 2 O-molekulákból álló vizet (2. táblázat). Jel Név Előfordulás 1 1 H hidrogén, prócium 99,985% 2 1 H, 2 1 D deutérium, nehézhidrogén 0,0115% 3 1 H, 3 1 T trícium

9 Tömegszám mint márkanév Elgondolkoztál már azon, hogy mit jelenthet egy üdítő ital márkanevében a 7? Ez bizony a lítiumatom tömegszáma ( 7 3 Li). 150 évvel ezelőtt a lítiumvegyületeket az örök ifjúság forrásának hitték. Ez szerepelt egy, a múlt század elején az USA-ban bevezetett üdítőital reklámjában is, az ugyanis lítium-citrátot tartalmazott. Az ital különösen hatékonynak bizonyult a másnaposság kezelésében. Bár később orvosilag is igazolták a lítiumvegyületek jótékony hatását depreszszió, skizofrénia és alkoholizmus kezelésében, vesét károsító hatása miatt az 1950-es években kivonták az üdítőitalból. A mai üdítőitalokban már nincsenek lítiumvegyületek. A Bohr-féle atommodell 1913-as megalkotása óta rengeteg olyan jelenséget tapasztaltak a fizikusok és a kémikusok, amelyet nem lehetett ezzel a modellel sem értelmezni. Ezért az elmúlt száz évben számos további, egyre bonyolultabb atommodellt alkottak és alkotnak még ma is. Mivel a kémiai átalakulások az atomok elektronszerkezetében okoznak változást, ezért mi a továbbiakban a Bohr-féle atommodellt (4. ábra) fogjuk használni a kémiai változások értelmezésére. A kémiai reakció nem érinti az atommagot és a telített héjakat. Telítettnek nevezünk egy elektronhéjat, ha azon maximális számú (2n 2, ahol n az elektronhéj sorszáma) elektron található. Az atommag és a körülötte lévő telített héjak alkotják az atomtörzset. Azt az elektronhéjat, amely nem telített, vegyértékhéjnak, a rajta lévő elektronokat vegyértékelektronoknak nevezzük (5. ábra). A hélium és a neon esetében a külső, telített elektronhéjat nevezzük vegyértékhéjnak. Egy modell az anyagok fénykibocsátásának értelmezésre Niels Bohr ( ) dán fizikus az anyagok fénykibocsátásának magyarázatához feltételezte, hogy az atomban az elektron csak az atommagtól meghatározott távolságra lévő, meghatározott sugarú kör alakú pályákon (ún. elektronhéjakon) keringhet. Minden egyes héjnak jellemző energiája van. Az atommagtól távolodva az elektron egyre nagyobb energiájú héjon kering. Ha az elektron egy magtól közelebbi héjról átkerül egy magtól távolabbi héjra, akkor ezt csak úgy teheti meg, ha energiát vesz fel a környezetéből. Ez az energia pontosan annyi, mint a két héj energiájának különbsége. Ha egy nagyobb energiájú héjról kerül vissza az elektron egy maghoz közelebbi héjra, akkor a két héj közötti energiakülönbséget az atom a környezetének adja át, például megfelelő színű fényt sugároz ki. 5. A kémiai reakció nem érinti az atomtörzset, csak a vegyértékhéjat 4. A Bohr-féle atommodellben az elektronok meghatározott sugarú, gömb alakú pályákon (héjakon) helyezkednek el az atommag körül Atom: atommagból és az azt körülvevő elektronburokból álló semleges kémiai részecske. Van fogalmad? Rendszám: az atom magjában található protonok száma. Tömegszám: az atom magjában található protonok és neutronok számának összege. Izotópatomok: azonos rendszámú, különböző tömegszámú atomok. Nehézvíz: olyan víz, amelynek molekuláiban nehéz hidro gén-atom (deutérium) található. Atomtörzs: az atommag és a körülötte lévő telített héjak. Vegyértékelektronok: az atomtörzsön kívül található vegyértékhéjon lévő elektronok. Elemi részecskék protonok, neutronok és elektronok; jellemzőik: relatív tömeg és relatív töltés. Az atom elektromosan semleges kémiai részecske; felépítése: atommag + elektronburok, vagy atomtörzs + vegyértékelektronok; vegyjellel jelöljük; jellemző adatai: rendszám, tömegszám és relatív atomtömeg. Izotópatomok azonos protonszám, különböző neutronszám. 9

10 3. A radioaktivitás Mitől fél az, aki az atomtól fél? Nagyon sok ember fél az atomtól. Az atombombák által elpusztított városok (Hirosima, Nagaszaki) és az atomerőmű-katasztrófák (Csernobil, Fukusima) miatt ez nem is meglepő. Ezekre a veszélyekre emlékeztet a képen látható hirosimai romtemplom is (1. ábra). Aki az atomtól fél, az igazából a sugárzó, radioaktív atomoktól fél. De mit is jelent az, hogy egy atom radioaktív? A különböző atomok atommagjai különböző összetételűek és stabilitásúak. A hidrogénatom 3-as tömegszámú izotópjának (a tríciumnak) az atommagja például sokkal kevésbé stabilis, mint a deutérium atommagja. A tríciumatomok fele kb. 12 év alatt átalakul héliumatommá, miközben ún. bétasugárzást bocsát ki. Az instabilis atommagok spontán (önként végbemenő) átalakulását radioaktív bomlásnak nevezzük. A radioaktív bomlással együtt járó sugárzásnak három fajtája van: alfa-sugárzás, béta-sugárzás és gamma-sugárzás. Kétszer kettő? Hogyan változik meg az atom rendszáma és tömegszáma, ha az atommagja a) alfa-sugárzás, b) béta-sugárzás kibocsátása közben stabilizálódik? 10 Radioaktív sugárzások Alfa-sugárzás Két protont és két neutront tartalmazó részecskékből (héliumatommagokból) áll. Elektromos térben a negatív pólus felé térül el. Kicsi az áthatolóképessége. Amennyiben az élő szervezetben képződik, akkor nagyon veszélyes. Béta-sugárzás Elektronokból áll. Elektromos térben a pozitív pólus felé térül el. Nagy az áthatolóképessége. Az élő szervezetre veszélyes. Gamma-sugárzás Nagy energiájú elektromágneses sugárzás. Elektromos térben nem térül el. Áthatolóképessége nagyon nagy. Az élő szervezetekre veszélyes. Új atomok 1. A hirosimai atombomba-támadásra (1945. augusztus 6.) emlékeztet a romtemplom Kétszer kettő? A 131-es tömegszámú jódizotóp felezési ideje 8 nap, tehát az atommagok fele 8 nap alatt alakul át. Ha szeptember 30-án 4 gramm 131 I-izotópunk van, hány gramm marad belőle november elsejére (2. ábra)? október 2. Ha az atommagok fele 8 nap alatt bomlik el, mennyi marad november 1-jére? 4 g Októberi feleződés g g Uránnal vagy szénnel? Az atommag átalakulása során felszabaduló energiát nukleáris energiának nevezzük. A kémiai reakciók során felszabaduló energiát pedig kémiai energiának nevezzük. A nukleáris energia sokszorosa a kémiai energiának. Például 1 kg urán maghasadásával annyi energia nyerhető, mint 3,5 millió kg szén elégetésével! Ezért nehéz elképzelni, hogy a jövő energiaforrásai között ne szerepeljen a nukleáris energia.?

11 A radioaktivitás felfedezése nemcsak a tudományban jelentett forradalmat, hanem a mindennapi életünkben is. A radioaktivitás alkalmazásának három legfontosabb területe: A különböző stabilitású atommagok stabilisabb atommagokká alakulása energiafelszabadulással jár. Az így nyert hatalmas energiát békés célokra (atomerőművekben) és sajnos pusztításra (atombombában, hidrogénbombában) is fel lehet használni. A radioaktív sugárzás sejteket roncsoló hatásán alapszik a radiológia, a radioaktív sugárzás gyógyászati alkalmazása. A radioaktív izotópokat sugárzásuk mérésével lehet nyomon követni. Ezen alapszik a radioaktív nyomjelzés és a radiokarbon-kormeghatározás. Tudod? Jó, ha tudod! A nagy tömegszámú atommagokból maghasadással nyerhetünk stabilisabb atommagokat, miközben hatalmas energia (atomenergia, nukleáris energia, hő) szabadul fel. Erre a célra leggyakrabban 235 U-izotópot használnak (3. ábra). Ezen az elven működnek az atomerőművek és az atombombák is. A maghasadás során számos radioaktív izotóp keletkezik, ezért az atomerőművek esetleges üzemzavara, valamint a kiégett fűtőelemek tárolása komoly biztonságtechnikai feladatot jelent. Magyarországon a paksi atomerőműben termelnek maghasadással elektromos energiát. Az 1986-os csernobili és a 2011-es fukusimai atomerőmű-baleset hatására számos országban leállították az atomerőműveket Ba báriumatom U uránatom neutron Mi történik az atomerőművekben? hasadási neutronok Tudod? Jó, ha tudod! Radioaktív nyomjelzés Ha valakivel radioaktív hidrogénizotópot, tríciumot tartalmazó vizet ún. trícizált vizet itatnak meg, sugárzásmérő berendezéssel követhető a víz útja a szervezetében. A pajzsmirigy anyagcsere-vizsgálatára technécium-99 radioaktív izotópot használnak. A radioaktív izotópokkal történő nyomjelzés kidolgozásáért egy magyar vegyész, Hevesy György kapott kémiai Nobel-díjat 1943-ban (4. ábra). A 7 8. osztályos tanulók országos kémiaversenyét róla nevezték el. Nézz utána! A radioaktivitás 4. Hevesy György ( ) Projektmunka keretében dolgozzátok fel a következő témákat! Készítsetek számítógépes bemutatót! 1. A radioaktív sugárzás gyógyászati alkalmazásai, a radiológia. 2. Természetes és mesterséges radioaktív sugárforrások lakásunkban. 3. Az atomkutatás magyar származású tudósai. 4. A radiokarbon-kormeghatározás. 5. Radioaktív ételek és italok mint a 20. század első évtizedeinek csodaszerei. 6. Henri Antoine Becquerel, a radioaktivitás felfedezője. 7. Három Nobel-díj egy családban: a Curie házaspár. 3. Az uránatom maghasadása nagy energiafelszabadulással jár Kr kriptonatom Radioaktív bomlás: instabilis atommagok spontán átalakulása. Van fogalmad? Radioaktív sugárzás: a radioaktív bomlás kísérője. Lehet: alfa-, bétaés gamma-sugárzás. Nukleáris energia: az atommag átalakulása során felszabaduló energia. Radioaktív bomlás Instabilis atommagok spontán átalakulása. Kísérője a radioaktív sugárzás: alfa-sugárzás, béta-sugárzás, gamma-sugárzás. Felhasználása: energiatermelés, gyógyászat, kormeghatározás. 11

12 4. Az anyagmennyiség Amikor egy vesszőnek is szerepe van Vajon mi lehet a különbség egy pohár víz, mint anyag menynyisége, és egy pohár víz anyagmennyisége között? Egy pohár víz mennyiségét megadhatjuk tömegével (m), térfogatával (V ), a benne található vízmolekulák számával (N ) vagy anyagmennyiségével (n) (1. táblázat). 12 A mennyiség neve jele mértékegysége Tömeg m kg > g > mg Térfogat V m 3 > dm 3 > cm 3 Részecskeszám N Anyagmennyiség n kmol > mol > mmol 1. táblázat Az anyag mennyiségét többféleképpen adhatjuk meg Az anyagmennyiség jele: n, mértékegysége: mól, a mértékegység jele: mol. Egy mol annak az anyagi rendszernek az anyagmennyisége, amely elemi egységet (pl. atomot, molekulát vagy iont) tartalmaz. Az 1 mólnyi anyag tömege a moláris tömeg (M), térfogata a moláris térfogat (V m ), a benne lévő elemi egységek száma az Avogadro-állandó (N A ). (A g/mol egységben megadott moláris tömeg számértéke megegyezik a relatív atomtömeg, illetve relatív molekulatömeg számértékével. Az Avogadro-állandó: /mol.) A kémiai számításokban az anyagmennyiségnek központi szerepe van (1. ábra). Rajta keresztül tudjuk átszámítani egy anyagi rendszer tömegét térfogatra vagy részecskeszámra. A számítás történhet képlettel vagy következtetéssel. M = m n V m = V n N A = N n m M 1. Az anyagmennyiség, illetve a tömeg, a térfogat és a részecskeszám kapcsolata ρ n N N A V m V Tudod? Jó, ha tudod! A megoldási háló A számítási feladatok megoldásakor sokat segíthet a jól áttekinthető megoldási háló (2. ábra). Ebből azt is láthatod, hogy a kémiai számítások során általában úgy járunk el, hogy két ismert mennyiségből számolunk egy harmadik, ismeretlen mennyiséget. Hány molekula van egy pohár (2 dl) vízben? A víz sűrűsége 1 g/cm 3, ezért a 2 dl víz 200 g tömegű. M = 18 N A = Nézz utána! g mol 1 mol N = 66, m = 200 g n = 11,11 mol 2. A meg oldási háló szem léletesen mutatja a feladatmegoldás lépéseit és azok egymás hoz való kapcsolódását A nagyság bűvöletében Projektmunka keretében dolgozzátok fel a következő témákat! Készítsetek számítógépes bemutatót! 1. Gyűjtsétek össze azokat a hasonlatokat, amelyek az Avogadro-szám nagyságát szemléltetik! 2. Miért éppen (pontosabban: 6, ) az Avogadro-szám értéke? 3. Számos tankönyvben az anyagmennyiség mértékegységének, a mólnak más definíciójával is találkozhatsz. Mi ez a definíció? 4. A homeopátiás készítményeken gyakran látunk ilyen jelöléseket: D30 vagy C6. Mit jelentenek ezek? Ha feltételezzük, hogy az eredeti szerben 1 mol, azaz hatóanyag-részecske van, akkor mennyi részecske található a D30-as vagy a C6-os készítményben? 5. Beszéljétek meg, milyen fontosabb, kémiával kapcsolatos hírt hallottatok a héten!

13 Kétszer kettő? Képlettel vagy következtetéssel? A tömeg, a térfogat, a részecskeszám és az anyagmennyiség közötti kapcsolatot az 1. ábrán láthatod. Ennek ismeretében ezeket a mennyiségeket egymásba átszámíthatjuk. A következőkben bemutatjuk az átszámítás kétféle lehetőségét. g Mennyi a tömege 5,00 mol vízmolekulának? M = 18,0 mol Számítás képlettel 1. Felírjuk a tömeg és az anyagmennyiség közötti kapcsolatot leíró képletet: M = m n. 2. A képlet átalakításával kifejezzük a keresett mennyiséget: m = n M. 3. Azonosítjuk a feladatban szereplő adatokat és a keresett mennyiséget a megfelelő jelekkel: Az anyagmennyiség 5,00 mol, tehát n = 5,00 mol. g g A moláris tömeg 18,0, tehát M = 18,0 mol mol. Keressük a tömeget (m). 4. Helyettesítsünk be a képletbe! m = 5,00 mol 18,0 g mol. 5. Végezzük el a műveletet! m = 90,0 g. 6. Válaszoljunk a kérdésre! 5,00 mol vízmolekula tömege tehát 90,0 g. Számítás következtetéssel 1. Értelmezzük a moláris tömeget két mennyiség (a tömeg és az anyagmennyiség) kapcsolataként! g A 18,0 azt jelenti, hogy 1,00 mol vízmolekula tömege 18,0 g. mol 2. Írjuk fel az ismert és az ismeretlen mennyiségek kö zötti egyenes arányosságot! Ha 1,00 mol vízmolekula tömege 18,0 g, akkor 5,00 mol vízmolekula tömege x g. 3. Írjuk fel az egyenes arányosságot matematikai egyenlet formájában! 18,0 g 1,00 mol = x g 5,00 mol 4. Oldjuk meg a kapott matematikai egyenletet! x = 90,0. 5. Válaszoljunk a kérdésre! 5,00 mol vízmolekula tömege tehát 90,0 g. Kétszer kettő? Anyagok mennyisége Milyen nagy az Avogadroszám? Másold le, majd egészítsd ki a következő táblázatot! Víz neve képlete H 2 O Az anyag Ammónia NH 3 0,5 mol anyagmennyisége részecskeszáma molekula tömege Metán CH 4 0,32 g Anyagmennyiség: az anyagok menynyiségének egyik megadási módja. Van fogalmad? Jele: n, mértékegysége a mól (mol). 1 mól: annak az anyagi rendszernek az anyagmennyisége, amely elemi egységet tartalmaz. Moláris tömeg: számértéke megegyezik 1 mól anyag tömegével. A tömeg és az anyagmennyiség hányadosa. Moláris térfogat: számértéke megegyezik 1 mól anyag térfogatával. A térfogat és az anyagmennyiség hányadosa. Avogadro-állandó: 1 mól anyagban az elemi egységek (pl. részecskék) száma. Az elemi egységek számának (pl. részecskeszámnak) és az anyagmennyiségnek a hányadosa. A azt jelenti, hogy a 6-os után 23 nullát kell írni, ha szokásos formában akarjuk leírni az Avogadroszámot: Hogyan írnád át a következő számokat: ; 2,3 10 6? Anyagmennyiség Jele: n. Mértékegysége: a mól (mol) elemi egység. Egy mól anyag Tömege: a moláris tömeg (M = m n ). Térfogata: a moláris térfogat (V m = V n ). Részecskeszáma: a moláris részecske szám (Avogadro-állandó) (N A = N n ). Számítások képlettel, következtetéssel. 13

14 5. A periódusos rendszer A kémikus kristálygömbje Ki ne vágyna egy kristálygömbre, amiből jósolni lehet! Nos, kémiaórán teljesül a kívánságotok. Magatok elé vehetitek a kémikusok kristálygömbjét, a periódusos rendszert. El sem hiszitek, mennyi mindent fogtok tudni az anyagokról és tulajdonságaikról! Csak nézzetek bele ebbe a kristálygömbbe! A ma ismert elemek periódusos rendszerének elődjét Mengyelejev alkotta meg 1869-ben. Ez a periódusos rendszer fizikai és kémiai tulajdonságaik alapján rendszerezi az elemeket. Az elemek periódusos rendszere tartalmazza az elemre vonatkozó legfontosabb adatokat: halmazállapot, sűrűség, olvadáspont, forráspont, szín, fémes vagy nemfémes jelleg, kristályszerkezet. A ma használatos periódusos rendszerben a rendező elv az atomok elektronszerkezete. Az atomok periódusos rendszere az atomok jellemző adatait tartalmazza: rendszám, relatív atomtömeg, elektronszerkezet, atomsugár, ionizációs energia, elektronegativitás, vegyérték. Mivel az elemek fizikai és kémiai tulajdonsága az őket felépítő atomok tulajdonságaitól is függ, ezért szoros kapcsolat van az atomok periódusos rendszere és az elemek periódusos rendszere között (1. táblázat). Tudod? Jó, ha tudod! Periodikusan változó tulajdonságok A periódusos rendszer nevét onnan kapta, hogy benne az elemek és atomjaik számos tulajdonsága periodikusan változik a rendszámmal. Mit jelent a periodikus és a nem periodikus változás? Az atomok Az elemek periódusos rendszere A sorképzés alapja protonszám atomsúly Rendező elv elektronszerkezet tulajdonság Periodikusan ismétlődik A rendszám jelentése vegyértékelektronszerkezet proton- és elektronszám kémiai tulajdonság sorszám 1. táblázat. Az atomok és az elemek periódusos rendszerének összehasonlítása Kétszer kettő? Vedd magad elé a kémikusok kristálygömbjét, a periódusos rendszert, és kezdjük a jóslást! Hány vegyértékelektronja lehet a kénatomnak, ha a foszforatomnak 5 vegyértékelektronja, a klóratomnak 7 vegyértékelektronja van? Mennyi lehet a magnéziumatom sugara, ha a berilliumatomé 112 pm, a kalciumatomé 197 pm? Mennyi lehet a klóratom elektronegativitása, ha a fluor atomé 3,98, a brómatomé 2,96? Jóslataidat hasonlítsd össze a valódi adatokkal, és állapítsd meg, hogy hány százalékot tévedtél! r = 71 pm Jósoljuk meg az atomok néhány jellemző adatát! r =? r = 64 pm 1. Melyik jelöl periodikus változást? Mennyi lehet az oxigén atom sugara, ha a nitrogénatomé 71 pm, a fluoratomé 64 pm? 14

15 Tudod? Jó, ha tudod! Az elektronszerkezet és a periódusos rendszerben elfoglalt hely kapcsolata rendszám = protonok száma főcsoport száma = vegyértékelektronok száma periódus száma = elektronhéjak száma A 11 Na rendszáma 11, így a semleges atomban 11 proton és 11 elektron található. Az elektronszerkezete 2, 8, 1. 3 elektronhéjra kerülnek elektronok, ezért a 3. periódusban található. A legkülső elektronhéjon (vegyértékhéjon) 1 elektron található, így az I. főcsoport eleme. Tudod? Jó, ha tudod! A periódusos rendszer fontosabb csoportjainak elnevezése A periódusos rendszer fontosabb csoportjai: 1. csoport (I. főcsoport): alkálifémek 2. csoport (II. főcsoport): alkáliföldfémek 11. csoport (I. mellékcsoport): rézcsoport elemei 12. csoport (II. mellékcsoport): cinkcsoport elemei 14. csoport (IV. főcsoport): széncsoport elemei 15. csoport (V. főcsoport): nitrogéncsoport elemei 16. csoport (VI. főcsoport): kalkogének 17. csoport (VII. főcsoport): halogénelemek 18. csoport (VIII. főcsoport): nemesgázok A periódusos rendszer 18 oszlopát csoportnak nevezzük. Régebben az 1-2., illetve a csoportokat főcsoportoknak, a csoportokat mellékcsoportnak nevezték. A periódusos rendszer sorait periódusnak nevezzük. Vigyázz! Kész labor! Miben hasonló és miben különböző? Nézz utána! Amikor a kristálygömb is torzít Számos esetben helytelen következtetésre jutunk, ha az elemeknek, atomoknak csak a periódusos rendszer beli helyét vizsgáljuk. Projektmunkában dolgozzátok fel a következő problémákat! Készítsetek számítógépes bemutatót! 1. Mi az oka annak, hogy a 2. periódusban található nitrogén és oxigén kétatomos molekulákat képez, míg a 3. periódusban helyet foglaló foszfor négyatomos, a kén pedig nyolcatomos molekulákból áll? 2. Mi az oka annak, hogy a BeCl 2 molekulákból áll, a CaCl 2 pedig ionos vegyület? 3. Mi az oka annak, hogy az AgF vízben jól oldódik, az AgCl viszont vízben nagyon rosszul oldódó csapadék? 4. Beszéljétek meg, milyen fontosabb, kémiával kapcsolatos hírt hallottatok a héten! Periódusos rendszer: olyan rendszer, amely atommagjaik növekvő protonszáma sorrendjében tartalmaz- Van fogalmad? za a kémiai elemeket és atomjaikat. A periódusos rendszerben az elemek és atomjaik számos tulajdonsága nem monoton, hanem periodikusan ismétlődő változást mutat. Fehér csempére (vagy üveglapra, műanyag lapra) cseppents kisebb pacát kálium-klorid-oldatból, káliumbromid-oldatból és kálium-jodid-oldatból! Cseppents mindhárom pacához egy-két csepp ezüst-nitrátoldatot! Mi történik? Milyen azonosságokat és milyen különbségeket figyelhettél meg a három reakció során? Értelmezd az eredeti három oldat hasonló viselkedését annak ismeretében, hogy azokban K + -ionok, valamint Cl -, Br – és I -ionok voltak, az ezüst-nitrát-oldat pedig Ag + – és NO 3 -ionokat tartalmazott! Mi lehet a képződött csapadékok képlete? Mit nevezünk a kémiában csapadéknak? Miért különbözik a három csapadék színe? Tedd ki a csempét a napfényre! Mi történik? Nézz utána az interneten, mire lehet ezt a jelenséget hasznosítani? A periódusos rendszer Az elemek hasonló tulajdonságai és az atomok hasonló elektronszerkezete alapján épül fel. Segítségével következtetni tudunk atomi tulajdonságokra: relatív atomtömeg, elektronszerkezet, atomsugár, ionizációs energia, elektronegativitás, vegyérték; az elem fizikai tulajdonságaira: halmazállapot, sűrűség, olvadáspont, forráspont; az elem kémiai tulajdonságaira: fémes és nemfémes jelleg, vegyérték, vegyületképzés más elemekkel. 15

16 6. Molekulák és a kovalens kötés Nem mind igaz, ami reklám! Intelligens mosószer-molekulák (1. ábra), baktériumölő ezüstmolekulák, és még sorolhatnánk a reklámokból ismert tudományos(kodó) kifejezéseket. Ugye te is találkoztál már velük? Ahhoz, hogy megértsük ezek áltudományos jellegét, ismerkedjünk meg az anyagokat felépítő másik kémiai részecskével, a molekulával! Bár az atomoknak alapvető szerepük van az anyagok felépítésében, földi körülmények között csak nagyon kevés olyan anyag található, amely különálló atomokból áll. Anyagaink többsége két vagy több atomot tartalmazó, elektromosan semleges kémiai részecskékből, molekulákból épül fel. A molekulákat képlettel jelöljük. A molekulaképletben feltüntetjük a molekulát alkotó atomok vegyjelét és jobb alsó indexben az atomok számát. (Az 1-es indexszámot nem szoktuk kiírni.) A vízmolekula képlete: H 2 O, tehát benne 2 hidrogénatom és 1 oxigénatom található (1. táblázat). A molekulák egyik fontos jellemző adata a relatív molekulatömeg. A relatív molekulatömeget a molekulát felépítő atomok relatív atomtömegéből lehet kiszámítani azok összegzésével. Összetétele alapján a molekulákat két csoportra oszthatjuk: elemmolekulákra és vegyületmolekulákra. Szerinted létezhet intelligens élet a poháron túl? 1. A reklámokban minden létezhet Makroszintű jelentés Részecskeszintű jelentés Vegyjel (H, O, C) Elem (hidrogén, oxigén, szén) Atom (hidrogénatom, oxigénatom, szénatom) Kétszer kettő? A relatív molekulatömeg A periódusos rendszerben található relatív atomtömegek isme retében számítsd ki a következő molekulák relatív molekulatömegét! H 2, O 2, O 3, S 8, H 2 O, CO 2, CH 4, H 2 SO 4 Képlet (H 2, O 3, H 2 O, CO 2, CH 4 ) Elem (hidrogén, ózon) Vegyület (víz, szén-dioxid, metán) Molekula (hidrogénmolekula, ózonmolekula, vízmolekula, szén-dioxidmolekula, metánmolekula) 1. táblázat. A vegyjel és a molekulaképlet jelentéseinek összehasonlítása Tudod? Jó, ha tudod! Elemmolekulák Nem csak a vegyületek épülhetnek fel molekulákból, számos elem is molekulákból áll. A legtöbb elemmolekula két atomból áll, de ismerünk három-, négy-, sőt nyolcatomos elemmolekulát is (2. ábra)! Az elemmolekulákat azonos rendszámú atomok építik fel. Keress példát háromatomos elemmolekulára! Tudod? Jó, ha tudod! Vegyületmolekulák A vizet (H 2 O), a szén-dioxidot (CO 2 ) és az aszpirint (C 9 H 8 O 4 ) is molekulák építik fel (3. ábra). A két- vagy többféle, különböző rendszámú atomból felépülő molekulákat nevezzük vegyületmolekuláknak. Hidrogén (H 2 ) Nitrogén (N 2 ) Oxigén (O 2 ) Fluor (F 2 ) vízmolekula Foszfor (P 4 ) Kén (S 8 ) 2. Néhány elemmolekula képlete és modellje 16 szén-dioxid-molekula 3. A vízmolekula, a szén-dioxid-molekula és az aszpirinmolekula modellje aszpirinmolekula

17 A molekulákban az atomok vegyértékelektronjai alacsonyabb energiaszintre kerülnek. Molekulaképzéskor az atomok vegyértékelektronjainak egy része ún. kötő elektronpár formájában kapcsolja össze a két atomot. A maradék kötő elektronpárt nem alkotó vegyértékelektronokból pedig nemkötő elektronpárok lesznek (2. táblázat). Azt, hogy egy atom hány vegyértékelektronjával fog kötést létesíteni, számos esetben úgy állapíthatjuk meg, hogy megnézzük az atomnak hány elektront kellene még felvennie ahhoz, hogy a vegyértékhéján 8 elektron (a hidrogénatom esetén 2 elektron) legyen. Amikor egy atom kovalens kötés kialakításakor összesen 8 vegyértékelektronra tesz szert, azt úgy nevezzük, hogy stabilis nemesgázszerkezete lett. Ilyen vegyértékelektron-szerkezete van ugyanis a stabilis nemesgázatomoknak is. Az atomok A molekula elektronszerkezeti képletének jelölése H H H H H H Cl Cl Cl Cl Cl Cl N N N N N N H Cl H Cl H Cl 2. táblázat Molekulaképződéskor a vegyértékelektronok egy része kötő elektronpárt, másik része nemkötő elektronpárt alkot Kétszer kettő? A H H kötés energiája A molekulaképződés energiafelszabadulással jár. A molekula atomokra bontásához energia szükséges (4. ábra). E H + H Az atomok között kötő elektronpárral (vagy elektronpárokkal) létrejövő kapcsolat a kovalens kötés. A kovalens kötés egy erős elsőrendű kémiai kötés. A kovalens kötés kialakításakor a legtöbb esetben két atomból származik a kötő elektronpár. Vannak azonban kivételek, amikor a kötő elektronpár mindkét elektronját csak az egyik atom adja. Ezt nevezzük datív kötésnek. Ilyen kötés található a szén-monoxid molekulájában is. A kötő elektronpár a hidrogénmolekulában, a nitrogénmolekulában, vagy a hidrogén-klorid-molekulában két atommag vonzása alatt áll. Ha a kovalens kötés több atommagra is kiterjed, azaz a kötő elektronpár kettőnél több atommag vonzása alatt áll, akkor azt delokalizált kovalens kötésnek nevezzük. Ilyen található például a benzol molekulájában. kj 436 mol H H kj +436 mol 4. Mennyi lehet a H H kötés energiája a hidrogénmolekulában? Molekula: két vagy több atomból álló, elektromosan semleges kémiai részecske. Van fogalmad? Kovalens kötés: az atomok között kötő elektronpárral létrejövő kapcsolat. Elsőrendű kémiai kötés. Nemesgázszerkezet: 8 elektront tartalmazó vegyértékelektron-szerkezet. (a hélium esetében 2 elektront tartalmazó vegyértékelektron-szerkezet) A kovalens kötés aszerint, hogy a két atom közötti kapcsolatot hány kötő elektronpár létesíti, lehet egyszeres, kétszeres vagy háromszoros kovalens kötés. Például: egyszeres kovalens kötés: H H, H Cl, H O H. kétszeres kovalens kötés: O O, O C O. háromszoros kovalens kötés: N N, C O. Molekula Több atomból álló, elektromosan semleges kémiai részecske. Lehet: elemmolekula és vegyületmolekula. Jelölése: molekulaképlettel. Jellemző adata: relatív molekulatömeg. Benne az atomokat kovalens kötés tartja össze. Kovalens kötés Kötő elektronpárokkal létrejövő kapcsolat. Lehet egyszeres és többszörös. Lehet datív kötés. Lehet delokalizált kovalens kötés. 17

18 7. A molekulák alakja Miért más az illata, ha ugyanaz a képlete? Gondoltad volna, hogy a citrom és a narancs illatanyagának molekulaképlete azonos, csak a két molekula alakja különbözik (1. ábra)? Orrunkkal érezzük ezt a különbséget. Az atomokkal ellentétben a molekulák alakja ritkán hasonlít a gömbre. Kétatomos molekulákban az atommagok szükségképpen egy egyenes mentén helyezkednek el (H H, O O, N N, Cl Cl, C O). Az ilyen molekulák alakjára mondjuk, hogy lineáris. A molekulák alakján ugyanis az atommagok által meghatározott geometriai alakzatot értjük. A három- vagy többatomos molekulák esetén már bonyolultabb a helyzet. Az ilyen molekulák alakját az határozza meg, hogy a központi atomhoz hány ligandum (atom, atomcsoport) és hány nemkötő elektronpár kapcsolódik. A központi atom a molekulában az az atom, amely a legtöbb kötést alakítja ki (2. ábra). A központi atomhoz kapcsolódó atomokat, atomcsoportokat ligandumoknak nevezzük. A molekulák alakját az határozza meg, hogy a központi atom körül elhelyezkedő kötő és nemkötő elektronpárok minél távolabb kerüljenek egymástól. (1. táblázat) Egy hasonlattal élve: a kötő és nemkötő elektronpárok úgy helyezkednek el a központi atom körül, mint az egy ponthoz rögzített lufik (3. ábra). 1. A citrom és a narancs illatanyagának ugyanaz a molekulaképlete, de eltérő a molekulák alakja N H H H O C O 2. Az ammónia molekulában a központi atom a nitrogénatom, a szén-dioxid-molekulában a szénatom, a kénsavmolekulában a kénatom H H O O S O O 3. A központi atom körül a kötő és nemkötő elektron párok úgy helyezkednek el, mint az egy ponthoz rögzített lufik: a lehető legtávolabb egymástól Fontosabb molekulaalakzatok Alakzat Alakja lineáris síkháromszög V alak tetraéder háromszög alapú piramis V alak Példa CO 2 SO 3 SO 2 CH 4 NH 3 H 2 O 1. táblázat. Fontosabb molekulaalakzatok 18

19 Tudod? Jó, ha tudod! A vízmolekula alakja Tudod? Jó, ha tudod! Molekulamodellek A vízmolekulában az oxigénatom a központi atom, mivel két kötést alakít ki, a hidrogénatomok a ligandumok. Ha az oxigénatomon nem lenne nemkötő elektronpár, akkor a molekula valóban lineáris lenne. Mivel az oxigénatomon két nemkötő elektronpár is van, ezért a vízmolekula V alakú. A nemkötő elektronpároknak nagyobb a térigénye, mivel csak egy atomtörzs erőterébe tartoznak (4. ábra). 4. A vízmolekula V alakú A kovalens kötés kialakításában és a molekulák alakjának meghatározásában fontos szerepe van az atomok vegyértékelektronjainak. Azt, hogy egy atomnak hány vegyértékelektronja van, a periódusos rendszerben elfoglalt helye alapján tudjuk megmondani. Az atom rendszáma megadja az elektronburkában található elektronok számát. Az oxigénatom rendszáma 8, tehát az oxigénatomatomban összesen 8 elektron található. A vízszintes sorok (periódusok) száma megadja az elektronhéjak számát. Az oxigénatom a 2. periódusban található, tehát összesen 2 elektronhéja van. Az ún. főcsoportszám (a függőleges oszlopok száma) egyenlő az atom legkülső, vegyértékhéján található vegyértékelektronok számával. Az oxigénatom a VI. főcsoportban található, vegyértékelektronjainak száma tehát 6. Az atomok molekulaképzés szempontjából fontos adata a vegyérték. Egy atom vegyértéke azt mutatja meg, hogy hány kovalens kötés kialakítására képes. Néhány fontosabb atom vegyértéke: H: 1, O: 2, C: 4. H O A vegyérték és a vegyértékelektronok számának kapcsolata Egy atom vegyértékének elvileg lehetséges maximális értéke annyi, mint ahány vegyértékelektronja van az atomnak. A kovalens vegyérték minimális értékét pedig úgy kaphatjuk meg, ha a vegyértékelektronok számát kivonjuk 8-ból. Miért éppen 8-ból kell kivonni a vegyértékelektronok számát? Mennyi a következő atomok minimális és maximális vegyértéke: P, S, Cl? H A molekulák alakjának, térszerkezetének szemléltetésére gyakran használjuk a pálcikamodellt. Ebben a modellben a különböző színű atomi centrumokat műanyag pálcikákkal kötjük össze. Ez szemlélteti a kovalens kötést. A kalottamodell is a molekula alakját, térkitöltését szemlélteti, de ezzel nem tudjuk szemléltetni a kötéseket. Az 5. ábrán a vízmolekula, az oxigénmolekula és a metánmolekula kalotta- és pálcikamodellje látható. Vigyázz! A modellekben használt különböző színek nem jelentik azt, hogy az atomoknak színe lenne! H 2 O CH 4 O 2 Kalotta Pálcika 5. A vízmolekula, a metánmolekula és az oxigénmolekula kalotta- és pálcikamodellje Molekulaalak: az atommagok által meghatározott geometriai alakzat. Van fogalmad? Központi atom: az az atom, amely a legtöbb kötést alakítja ki a molekulában. Az atom vegyértéke: azt mutatja meg, hogy az atom hány kovalens kötés kialakítására képes. A molekulák alakja, téralkata Az atommagok által meghatározott geometriai alakzat. A központi atomhoz kapcsolódó kötő és nemkötő elektronpárok közötti taszítás határozza meg. A leggyakrabban előforduló molekulaalakok: lineáris, síkháromszög alakú, V alakú, tetraéderes, háromszög alapú piramis alakú. Vegyérték Kovalens kötés kialakításakor a kötő elektronpárok száma. Maximális értéke = a vegyértékelektronok száma. Minimális értéke = (8 vegyértékelektronok száma). Hidrogénatom: 1; oxigénatom: 2, szénatom: 4. 19

20 8. A molekulák polaritása Hogyan melegít a mikrohullámú sütő? Elgondolkodtál már azon, hogyan melegít a mikrohullámú sütő (1. ábra)? A mikrohullám nem a szokásos módon melegíti fel a testeket, mint ahogy azt a napfény vagy a kályha hősugárzása teszi. Működése azon alapszik, hogy a vízmolekulák változó elektromos térben forgó mozgást végeznek, és a forgás közben közöttük fellépő súrlódás melegíti fel a vizet. De miért viselkednek így a vízmolekulák elektromos erőtérben? A vízben a molekulák rendezetlenül helyezkednek el. Elektromos erőtérben elhelyezkedésük rendezetté válik: a V alakú molekulák hidrogénatomok felőli része a negatív pólus felé, az oxigénatom felőli része a pozitív pólus felé fordul. A vízmolekula ugyanis kétpólusú molekula (idegen szóval: dipólusmolekula). Annak, hogy a vízmolekula dipólusmolekula, két oka van. Egyrészt, a molekulában az oxigén- és hidrogénatomok közötti kötések poláris kötések. Ez azt jelenti, hogy a kötő elektronpár közelebb van az oxigénatom atomtörzséhez, mint a hidrogénatoméhoz. Másrészt, a V alakból következően a molekula azonos oldalán található a két, elektronban szegény (ezért részlegesen pozitív) hidrogénatom, a másik oldalán pedig az elektronban gazdag (ezért részlegesen negatív) oxigénatom (2. ábra). Azokat a molekulákat, amelyekben a töltéseloszlás egyenletes, apoláris molekuláknak nevezzük. Apolárisak az elemmolekulák, valamint számos vegyületmolekula (pl. metánmolekula, szén-dioxid-molekula, a benzint alkotó molekulák) is. A kovalens kötés a kötő elektronpárok elhelyezkedése alapján lehet apoláris és poláris. Apoláris a kovalens kötés, ha a kötő elektronpárok mindkét atomtörzstől azonos távolságra vannak. Apoláris az azonos atomok között kialakuló kovalens kötés, pl. H H, O O, Cl Cl stb. Különböző elektronegativitású atomok kapcsolódása esetén poláris kovalens kötés jön létre. Ilyenkor a kötő elektronpárok a nagyobb elektronegativitású (elektronvonzású) atom atomtörzséhez közelebb helyezkednek el, pl. H Cl, H O, C O, N H stb. növekvő elektronsűrűség csökkenő elektronsűrűség 2. A vízmolekulában nem egyenletes az elektronok eloszlása, az elektronsűrűség, ezért a vízmolekula dipólusmolekula 1. A mikrohullámú sütőben a vízmolekulák forgó mozgása révén melegszik meg az étel Vigyázz! Kész labor! Vízsugár eltérítése Közelíts vízcsapból vékony sugárban folyó vízsugárhoz megdörzsölt műanyag vonalzót, ebonitrudat vagy felfújt és előzetesen megdörzsölt lufit (3. ábra)! Vajon a vízmolekulák melyik felükkel fordulnak az ebonitrúd felé, ha tudjuk, hogy dörzsölés hatására a rúd felülete negatív töltésűvé válik? Tudod? Jó, ha tudod! 3. Előzetesen megdörzsölt ebonitrúd hatására a vízsugár eltérül Az elektronegativitás A különböző atomok különböző mértékben vonzzák a kötő elektronpárokat. Ezt fejezi ki az atomok egyik jellemző adata: az elektronegativitás. A legnagyobb elektronegativitású atomok (N, O, F, Cl) a periódusos rendszer jobb felső sarkában helyezkednek el. A legkisebb elektronegativitású atomok (K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba) a periódusos rendszer bal alsó sarkában találhatók. 20

21 Hogyan melegít a mikrohullámú sütő? A molekulák polaritásának megállapítása A mikrohullámú sütők működése a dipólusmolekulák azon sajátosságán alapul, hogy változó elektromos térben forgó mozgást végeznek (4. ábra). Ez az állandó forgás a szorosan egymás mellett lévő molekulák között súrlódással jár, és az ezzel járó hő az, ami mele gíti a mikróba tett ételeket. Mivel a víz is dipólus mole kulákból áll, ezért azok az anyagok melegednek gyorsabban, amelyek több vizet tartalmaznak. Mit gondolsz, miért nehéz mikrohullámú sütőben megmelegíteni a fagyasztóból kivett ételeket? A kétatomos molekulák polaritásának megállapítása nagyon egyszerű: amennyiben a két atomot poláris kovalens kötés kapcsolja össze, abban az esetben a molekula is poláris, azaz dipólusmolekula lesz. Azonos atomok kapcsolódása esetén mind a kötés, mind a molekula apoláris. A három- vagy többatomos molekulák polaritását a molekulaalak és a kötéspolaritások együttes ismerete alapján határozhatjuk meg. Ilyen esetben szinte mindig használható a következő szabály: Ha a központi atomon van nemkötő elektronpár, akkor a molekula majdnem mindig dipólusmolekula. Ha nincs a központi atomon nemkötő elektronpár, de különböző ligandumok kapcsolódnak a központi atomhoz, akkor is dipólus mo lekulával van dolgunk. Szerinted? Melyik poláris? Rajzold le a következő molekulák szerkezeti képletét: H 2, CO 2, HCl, NH 3, CH 4, O 2! Állapítsd meg a bennük található a) kovalens kötés polaritását, valamint b) a molekulapolaritást! Nézz utána! Apoláris és dipólus molekulák 4. A vízben a molekulák rendezetlenül helyezkednek el (bal oldali ábra). Elektromos erőtérben elhelyezkedésük rendezetté válik: a V alakú molekulák hidrogénatomok felőli része a negatív pólus felé, az oxigénatom felőli része a pozitív pólus felé fordul (jobb oldali ábra) Apoláris kovalens kötés: a kötő elektronpárok mindkét atomtörzstől azonos távolságra helyezkednek el. Van fogalmad? Poláris kovalens kötés: a kötő elekt ronpárok a nagyobb elektronegativitású atom atomtörzséhez közelebb helyezkednek el. Elektronegativitás: a kötésben lévő atomoknak a kötő elektronpárokra gyakorolt vonzásának erőssége. Apoláris molekula: olyan molekula, amelyben a töltéseloszlás egyenletes, azaz a töltéseloszlás szimmetrikus. Dipólusmolekula: olyan molekula, amelyben a töltéseloszlás nem egyenletes, azaz a negatív töltések súlypontja nem esik egybe a pozitív töltések súlypontjával. Projektmunka keretében dolgozzátok fel a következő témákat! Készítsetek számítógépes prezentációt is! 1. A három- vagy többatomos molekulák polaritását a kötéspolaritás-vektorok összegzése útján kell megállapítani. Ismertesd, mi ennek a lényege! 2. Készítsetek memóriakártyát a legfontosabb molekulákról! A kártyák egyik oldalán tüntessétek fel a molekula összegképletét és szerkezeti képletét, a másik oldalára kerüljön az atomok, illetve a kötő és nemkötő elektronpárok száma, a molekula alakja és polaritása. 2. Beszéljétek meg, milyen fontosabb, kémiával kapcsolatos hírt hallottatok a héten! Molekulák polaritása Apoláris és dipólusmolekulák. Molekulapolaritás = = kötéspolaritás + molekulaalak. 21

22 9. A másodrendű kötések Miért lehet forró olajban krumplit sütni? A krumpli sütésének lényege, hogy a benne található víz egy részének elpárologtatásával csökkentjük víztartalmát, és a krumpli falán megszilárduló keményítő magas hőmérsékleten barnára sül (1. ábra). De miért magasabb az olaj forráspontja, mint a vízé? Mi határozza meg azt, hogy egy anyagnak milyen magas a forráspontja? A gázhalmazállapotú anyagok molekulái között nincs kölcsönhatás, csak mozgásuk során ütközhetnek egymással. Folyékony és szilárd állapotban viszont a molekulák között vonzó kölcsönhatás, ún. másodrendű kémiai kötés alakul ki (2. ábra). Az apoláris molekulák között fellépő vonzó kölcsönhatást diszperziós kölcsönhatásnak nevezzük. A dipólusmolekulák közötti elektromos vonzás a dipólus-dipólus kölcsönhatás. A vízmolekulák között kialakuló legerősebb kölcsönhatás az ún. hidrogénkötés. Hidrogénkötés esetén az egyik molekula oxigénatomjához (esetleg nitrogénatomjához vagy fluoratomjához) kapcsolódó hidrogénatom pozitív polározottsága révén vonzó kölcsönhatásba lép a másik molekula negatív polározottságú oxigénatomjának (esetleg nitrogénatomjának vagy fluoratomjának) nemkötő elektronpárjával (3. ábra). 1. Mivel az olaj forráspontja jóval magasabb, mint a vízé, ezért forró olajban a krumpli víztartalmának egy része elpárolog Minden molekulából álló anyagban lehet diszperziós kölcsönhatás. Néhány molekuláris vegyületben dipólus-dipólus kölcsönhatás is található a diszperziós kötésen kívül. Néhány dipólusmolekulából álló vegyületben kialakul a hidrogénkötés is. 2. A molekulák között kialakuló vonzó kölcsönhatás, a másodrendű kémiai kötés típusai Tudod? Jó, ha tudod! Milyen kötések vannak a vízben? δ hidrogénkötés 3. A vízmolekulák között kialakuló legerősebb másodrendű kölcsönhatás a hidrogénkötés A másodrendű kötések közül legerősebb a hidrogénkötés, kevésbé erős a dipólus-dipólus kölcsönhatás. A kölcsönhatások között a leggyengébb az apoláris molekulák között jellemző diszperziós kölcsönhatás, amelynek erőssége a molekulatömegtől függően széles energiatartományban változik. Ezért a molekulák közötti kölcsönhatás erősségének megítélésekor mindig tekintettel kell lenni azok molekulatömegére is. δ + 4. A vízben a vízmolekulán belül a hidrogén- és oxigénatomok között elsőrendű kémiai kötés, kovalens kötés található. A vízmolekulák között ennél sokkal gyengébb másodrendű kötés, hidrogénkötés van (4. ábra). 22

23 Fontosabb molekulaalakzatok Alakzat Alakja lineáris síkháromszög V alak tetraéder háromszög alapú piramis V alak Példa CO 2 SO 3 SO 2 CH 4 NH 3 H 2 O Polaritás apoláris apoláris Poláris (dipólusos) apoláris Poláris (dipólusos) Poláris (dipólusos) Másodrendű kölcsönhatás diszperziós kölcsönhatás diszperziós kölcsönhatás dipólus-dipólus kölcsönhatás diszperziós kölcsönhatás 1. táblázat A molekulák között kialakuló vonzó kölcsönhatás, a másodrendű kémiai kötés típusai hidrogénkötés hidrogénkötés A krumplisütés kémiája avagy sok lúd disznót győz Amint az ismeretes, a krumplit forró olajban (étolajban) sütik. Sütés közben sistergést, olykor fröcskölést tapasztalunk, ami annak jele, hogy a forró olajban a krumpli víztartalmának egy része elpárolog, miközben az olajnak csak nagyon kis hányada párolog el. Ez azért meglepő, mert az olajmolekulák között csak diszperziós kölcsönhatás, a vízmolekulák között pedig erős hidrogénkötés van. Csakhogy az olajmolekulák tömege közel ötvenszerese a vízmolekulák tömegének. Az olajmolekulák között nagyon sok, egyenként kis energiájú diszperziós kapcsolat van, de ezek együttesen erősebbek a kis molekulatömegű vízmolekulák között kialakuló hidrogénkötésnél. Tudod? Jó, ha tudod! A hidrogénkötés kialakulásának feltételei A hidrogénkötés kialakulásának két szerkezeti feltétele van: 1. Legyen a molekulában olyan hidrogénatom, amely fluor-, oxigén- vagy nitrogénatomhoz kapcsolódik. 2. Legyen a molekulában olyan fluor-, oxigén- vagy nitrogénatom, amelynek van nemkötő elektronpárja. Ha a két feltétel két különböző molekulában alakul ki, akkor a két molekula között kialakulhat a hidrogénkötés. Kialakulhat-e hidrogénkötés a következő molekulapárok között: CH 4 H 2 O; CH 3 OH CH 3 OH; HCl HF; H 2 S HF; NH 3 H 2 O? Nézz utána! Másodrendű kötések és a forráspont Projektmunka keretében dolgozzátok fel a következő témákat! Készítsetek számítógépes prezentációt is! 1. Példákon keresztül mutassátok be a másodrendű kötések erősségének hatását az anyagok forráspontjára! 2. A függvénytáblázat adatainak felhasználásával ábrázoljátok az V. főcsoport elemeinek hidrogénnel képzett vegyülete (NH 3, PH 3, AsH 3, SbH 3 ) forráspontját a relatív molekulatömeg függvényében! Magyarázzátok meg a forráspont függését a molekulatömegtől! 3. A függvénytáblázat adatainak felhasználásával ábrázoljátok a VI. főcsoport elemeinek hidrogénnel képzett vegyülete (H 2 O, H 2 S, H 2 Se, H 2 Te) forráspontját a relatív molekulatömeg függvényében! Magyarázzátok meg a forráspont függését a molekulatömegtől! 4. A függvénytáblázat adatainak felhasználásával ábrázoljátok a VII. főcsoport elemeinek hidrogénnel képzett vegyülete (HF, HCl, HBr, HI) forráspontját a relatív molekulatömeg függvényében! Magyarázzátok meg a forráspont függését a molekulatömegtől! 5. Beszéljétek meg, milyen fontosabb, kémiával kapcsolatos hírt hallottatok a héten! Látlelet a vízről A víz nem normális, hanem anomális viselkedésű, mert forráspontja és fagyáspontja kis molekulatömegéhez képest nagyon magas; sűrűsége 4 C-ig nő a hőmérséklettel, majd csökken; fagyása térfogatnövekedéssel jár; felületi feszültsége a folyadékok közül a második legnagyobb. Oka: a molekulái közötti hidrogénkötések. Enyhítő körülmény: ha nem így lenne, a víz nem lehetne az élet alapja. Másodrendű kötés: molekulák között fellépő vonzó kölcsönhatás. Van fogalmad? Diszperziós kölcsönhatás: apoláris molekulák között fellépő vonzó kölcsönhatás. Dipólus-dipólus kölcsönhatás: dipólusmolekulák között fellépő legerősebb vonzó kölcsönhatás. Hidrogénkötés: olyan másodrendű kötés, melynek során fluor-, oxigén- vagy nitrogénatomhoz kapcsolódó hidrogénatom kötést létesít a fluor-, oxigén- vagy nitrogénatom nemkötő elektronpárjával. 23

24 10. Az ionok Fürdővízben ülve ne használj elektromos hajszárítót! Miért? Azért, mert könnyen halálos áramütés érhet. A fürdő víz ugyanis vezeti az elektromos áramot, mivel elektromosan töltött részecskék, ionok is vannak benne. Az elektromos töltéssel rendelkező Ionok kémiai részecskéket ionoknak nevezzük. Az ionokat töltésük és összetételük alapján csoportosíthatjuk (1. táb- szerint Összetétel Töltés szerint lázat). kation (+) egyszerű vagy Töltésük alapján megkülönböztetünk negatív és pozitív töltésű iono- vagy anion ( ) összetett kat. A negatív töltésű ionok az anionok. Bennük az elektronok száma töltés és összetétel szerint 1. táblázat. Az ionok csoportosítása nagyobb a protonok számánál. Ilyen például a kloridion (Cl ), a hidroxid ion (OH ) és a karbonátion (CO 2 3 ). A pozitív töltésű ionok a kationok. Bennük az elektronok száma kisebb a protonok számánál. Ilyen például a nátriumion (Na + ), az oxóniumion (H 3 O + ) és a kalciumion (Ca 2+ ). Összetétel alapján az ionok lehetnek egyszerű és összetett ionok. Az egyszerű ionok egy atommagot, az összetett ionok több atommagot tartalmaznak. Egyszerű ion például a bromidion (Br ), az oxidion (O 2 ) és az alumí niumion (Al 3+ ). Összetett ion például az ammóniumion (NH + 4 ), a nitrátion (NO 3 ) és a szulfátion (SO 2 4 ). Az összetett ionokban az atomokat kovalens kötés tartja össze. Az ionokat képlettel jelöljük. Az ion (relatív) töltését a jobb felső indexben jelöljük. Az ellentétes töltésű ionok között létrejövő elektromos kölcsönhatás az ionkötés. Az ionkötés elsőrendű kémiai kötés. Ionkötés alakul ki a periódusos rendszerben egymástól távol eső atomok (nagy elektronegativitás-különbségű atomok) kölcsönhatása esetén. Ionkötéssel jönnek létre az ionvegyületek, melyek ionrácsban fordulnak elő (1. ábra). Az ionvegyületek összetételét képlettel jelöljük. Az ionvegyületben a kationok és az anionok olyan anyagmennyiség-arányban képeznek egymással vegyületet, hogy az iontöltések összege nulla legyen. Az ionvegyületek tehát nem molekulákból épülnek fel! Cl Na Cl Na + elektronátadás 1. Az ionvegyületek ionrácsban fordulnak elő Összetett ionok képződése molekulákból Az összetett ionok általában protonfelvétellel (H + -ion felvételével) vagy protonleadással (H + -ion leadásával) keletkeznek molekulákból (2. ábra). Például: H 2 O + H + H 3 O + vagy NH 3 + H + NH Ammóniumion képződése ammóniamolekulából protonfelvétellel A legfontosabb összetett ionok képletét és nevét tartalmazza a 2. táblázat. Pozitív töltésű összetett ionok NH 4 + ammónium H 3 O + oxónium Negatív töltésű összetett ionok CH 3 COO acetát CO 3 2 karbonát HCO 3 hidrogén-karbonát NO 2 nitrit NO 3 nitrát PO 4 3 foszfát HPO 4 2 hidrogén-foszfát H 2 PO 4 dihidrogén-foszfát OH hidroxid SO 3 2 szulfit SO 4 2 szulfát HSO 4 hidrogén-szulfát MnO 4 permanganát 2. táblázat. Fontosabb összetett ionok képlete és neve 24

25 Tudod? Jó, ha tudod! Egyszerű ionok képződése atomokból Az egyszerű ionok elektronleadással vagy elektronfelvétellel képződhetnek az atomokból. Ionképződés során az atomok általában annyi elektront adnak le vagy vesznek fel, amennyi ahhoz szükséges, hogy nemesgázszerkezetük (vegyértékhéju kon 2 vagy 8 elektron) legyen. Például: Na Na + + e vagy Cl + e Cl. A legfontosabb egyszerű ionok periódusos rendszere látható a 3. ábrán H + H Li + O 2 F Na + Mg A legfontosabb egyszerű ionok periódusos rendszere Al 3+ S 2 Cl K + Ca 2+ Sc 3+ Ti 4+ V 3+ V 4+ Cr 3+ Mn 2+ Mn 4+ Fe 2+ Fe 3+ Co 2+ Co 3+ Ni 2+ Cu + Cu 2+ Zn 2+ Se 2 Br Rb + Sr 2+ Pd 2+ Ag + Cd 2+ Sn 2+ Sn 4+ Sb 3+ Sb 5+ Te 2 I Cs + Ba 2+ Pt 2+ Au + Au 3+ Hg 2+ Pb 2+ Pb 4+ Bi 3+ NEMESGÁZOK Az ionok mérete Tudod? Jó, ha tudod! Ionvegyületek képlete Az ionok mérete nemcsak elektronhéjaik számától, hanem az ion töltésétől is függ. A következő ionok azonos számú elektront és elektronhéjat tartalmaznak, és az elektronszerkezetük is megegyezik: Na +, Al 3+, O 2, F, Mg 2+. Hány elektront tartalmaznak ezek az ionok? Melyik ionnak a legkisebb a mérete, és melyiknek a legnagyobb? Válaszodat indokold meg! Az ionvegyületek képletét legegyszerűbben a keresztbeírásos módszerrel szerkeszthetjük meg (4. ábra): Mg Cl Al O NH CO Mg 1 Cl 2 Al 2 O 3 (NH 4 ) 2 (CO 3 ) 1 Ionok a testünkben Az ionokat tartalmazó sós víz elektromos vezetésén alapul számos berendezésünk. A hazugságvizsgálat során a csekély mértékű izzadás változtatja meg a bőr elektromos vezetését. Az edzőgépen lévő pulzusmérő is azért tud mérni, mert az izzadság sós folyadék, amely vezeti az elektromos áramot. A kisgyerekek szobatisztaságra szoktatását szolgáló zenélő bili működése is azon alapszik, hogy a bili alján lévő két fémvég között elektromos vezetés jön létre, ha azokat vizelet borítja, mivel a vizeletben is vannak ionok. Ion: elektromos töltéssel rendelkező kémiai részecske. Van fogalmad? Egyszerű ion: egy atommagot tartalmazó ion. Összetett ion: több atommagot tartalmazó ion. Anion: negatív töltésű ion. Kation: pozitív töltésű ion. Ionkötés: ellentétes töltésű ionok között létrejövő elsőrendű kémiai kötés. MgCl 2 (NH 4 ) 2 CO 3 4. Az ionvegyületek képletének megállapítása A példák alapján képezz ionvegyületeket a következő ionokból: Na +, Ca 2+, O 2, PO 4 3! Ionok Elektromos töltéssel rendelkező kémiai részecskék. Töltése alapján: anion (negatív) és kation (pozitív). Összetétel alapján: egyszerű és összetett. Jelölése: képlettel. Képződése: egyszerű ion: atomból elektron felvételével vagy leadásával, összetett ion: molekulából többnyire hidrogénion felvételével vagy leadásával. Ionkötés Ellentétes töltésű ionok között megvalósuló vonzó kölcsönhatás. Létrejötte: nagyon különböző elekt ronegativitású atomok esetén. Előfordulása: ionvegyületekben, ionrácsban. 25

26 Összefoglalás Kapcsolatok Szóban vagy írásban értelmezd a következő ábrákat! jellemzői ATOM felépítése IONOK elektron leadása/felvétele ATOMOK protonok neutronok elektronok hidrogénion leadása/felvétele kovalens kötés kialakulása/felbomlása MOLEKULÁK Rendszám azonos Tömegszám p + száma p + + n o száma Izotópatomok különböző Stabilitás Instabilis Stabilis Radioaktív bomlás kísérője Radioaktív sugárzás Atommag (proton: p + és neutron: n 0 ) + Elektronok (e – ) Atomtörzs + Vegyértékhéj meghatározza Kémiai tulajdonság fajtái alfa, béta, gamma Atomokból Poláris vagy apoláris Kovalens kötéssel lehet felépítése Egyszeres vagy többszörös MOLEKULA kapcsolatok Másodrendű kötések Hidrogénkötés Diszperziós Dipólusdipólus kölcsönhatás kölcsönhatás alakját meghatározza Központi atom A legmagasabb vegyértékű atom Kötő elektronpár Nemkötő elektronpár Ligandum összetétel szerint kapcsolatok ION töltés szerint Egyszerű Összetett Kation Anion Ionkötés 26

27 Természettudományos gondolkodás 1. Hányféle vízmolekula lehet a poharunkban? Egészen sokáig abban a hitben voltak a tudósok, hogy csak egyféle hidrogénatom létezik, amely atomjának relatív tömege ben kiderült, hogy van egy kétszer nehezebb változata is, a deutérium ( 2 H, jelöljük most D-vel), aztán megkerült a harmadik, igen ritka izotópja, a trícium is ( 3 H, jelölése T). Mivel egy vízmolekulában két hidrogénatom kapcsolódik egy oxigénatomhoz, így elképzelhető a H 2 O képleten túl a D 2 O és a T 2 O is. De semmi akadálya annak, hogy egy molekulán belül kétféle hidrogénizotóp kapcsolódjon az oxigénatomhoz, így egészen biztosan egy pohár vízben megtalálható a: HDO-, HTO- és DTO-molekula is. Azaz hatféle vízmolekulánál járunk. De az oxigénatomnak is vannak izotópjai, ezek: 16 O, 17 O, 18 O. Az előző hat víz képletében magától értetődően a 16 O izotópot szerepeltettük. De a molekulaképletbe beírható a 17-es és a 18-as tömegű oxigénatom is. Azaz még 12 variáció adódik. Egy pohár víz megivásakor tehát 18-féle vízmolekulát iszunk meg. Az egyes izotópok előfordulási gyakorisága a következő: Izotóp 1 H 2 H 3 H 16 O 17 O 18 O Előfordulási gyakoriság %-ban 99,99 0, ,759 0,037 0,204 Mit jelenthet az előfordulási gyakoriság? A 18-féle vízmolekulából melyiknek a legkisebb a moláris tömege? Mekkora ez? A 18-féle vízmolekulából melyiknek a legnagyobb a moláris tömege? Mekkora ez? 2. Az üstökös jeges felszínén található víz különbözik a földitől! A szonda által küldött adat kétségeket támaszt azzal az elmélettel szemben, amely szerint a Föld vizének nagy része üstökösök becsapódásaival került a bolygóra. Kialakulásának idején, 4,6 milliárd évvel ezelőtt a Föld annyira forró hely volt, hogy a víz nem maradhatott meg rajta. Az a víz, amivel ma rendelkezünk, annak utólag, már a fiatal bolygó lehűlése után kellett idekerülnie, méghozzá kívülről. A vizet szállító jelöltek között az üstökösök mellett a kisbolygók is számításba jöhetnek. Az Európai Űrügynökség (ESA) Rosetta-missziójának hűtőszekrény nagyságú leszállóegysége, a Philae 2014 novemberében sikeresen landolt a 67P üstökös felszínén. A robotnak fúrással sikerült talajmintákat vennie az üstökösből. Az üstökös felszíni pora alatt jégréteget talált. Mielőtt napelemei kimerültek volna, még elküldte az általa összegyűjtött tudományos adatokat. A legfrissebb eredmények az anyaűrhajónak, a Rosettának köszönhetők. A 67P üstökös körül továbbra is keringő űrszonda Rosina nevű spektrométere mintát vett az égitest felszínét elhagyó gázokból és kimutatta, hogy a benne lévő nehézvíz aránya nem egyezik a földi aránnyal. 27

28 A projekt egyik vezető kutatója elmondta: a nehézvíz (D 2 O) és a víz (H 2 O) aránya olyan jellemzője egy égitestnek, amely hosszú ideig állandónak tekinthető és alig módosul. Ha összevetjük az üstökösök vizét a földivel, egyértelműen el tudjuk dönteni, a két vízösszetétel hasonló-e. A nehézvíznek a Naprendszerben eddig talált legnagyobb arányát mérte a Rosina az üstökösnél, ez háromszor akkora, mint a Földön létező nehézvíz víz arány. Ez azt jelenti, hogy ilyen típusú üstökös nem hozhatott vizet a Földre magyarázta a kutató. Az adatok elemzéséről kiadott tanulmány szerzői szerint valószínűbb, hogy a víz becsapódó aszteroidák felszínéről jutott bolygónkra. A kutatócsoport egyik tagja azonban a végleges következtetések levonása előtt türelemre intett: A Rosina az üstökös felszínének gázait vizsgálta. Többet akkor tudunk mondani, ha megnézzük, mi érkezik a Philae műszereitől, a COSAC-tól és a Ptolemytől mondta. Igaz-e a cikk címében sugallt állítás, hogy a 67P-n talált és a Föld vize két különböző anyag? Különbözik-e kémiai tulajdonságaiban a D H 2 O arány 2 O és D 2 O a H 2 O? Mekkora a nehézvíz és a 10 normál víz moláris tömege? 3 Milyen lehet az átlagos moláris tömege a 67P-ből kiolvasztott víznek? Találhatnak-e még más vizet is a minták elemzésekor? Oort-felhő 10 4 Napjainkig tartja magát az az elmélet, hogy a földi vizet a Jupiter-család (lilával jelölve) üstökös köveinek köszönhetjük. Miért gondolják ezt? Megingott-e ez az elmélet a jelenlegi felfedezéssel? 10 5 Föld aszteroidák Jupiter Enceladus Szaturnusz Uránusz Neptunusz C/ Hale Bopp 153P/Ikeya Zhang C/2001 Q4 (NEAT) C/2002 T7 (LINEAR) 8P Tuttle C/2009 P1 Garrard C/1995 B2 Hyakutake 1P/Halley 45P/H-M-P 103P/ Hartley 2 Jupiter-család 103P/ Hartley 2 protoszoláris köd Projektmunka Játsszatok bíróságot! A következő feladat megoldásához alkossatok három, nagyjából azonos nagyságú csoportot! Az 1. csoport lesz a VÁDLÓK csoportja, a második a VÉDŐK csoportja, a harmadik pedig az ESKÜDTEK csoportja. Az esküdtek titkos szavazással válasszanak maguk közül egy bírót, aki a tárgyalást vezetni fogja. A vádbeszéd és a védőbeszéd elkészítésére 10 percetek van. Ezután először a VÁDLÓK, majd a VÉDŐK fejthetik ki érveiket maximum 5-5 percben. A bírónak joga van kérdéseket feltenni, illetve 1-1 percet adni mind a védelemnek, mind a vádlóknak, hogy reagálhassanak a másik fél beszédére. A tárgyaláson a vádlott : az atomerőmű. A VÁDLÓK érveljenek az atomerőművek veszélyessége mellett, és követeljék azok leállítását! A VÉDŐK érveljenek az atomerőművek szükségessége mellett, és követeljék azok bővítését, fejlesztését! A tárgyalás végén az esküdtek titkos szavazással nyilvánítanak véleményt a vádlott bűnösségéről, illetve ártatlanságáról. 28

29 Mi okozza a fizikai tulajdonságokat? II. Ebben a leckében példákon keresztül szemléltetjük, hogy az anyagok fizikai tulajdonságait miként lehet értelmezni az anyagi rendszereket felépítő kémiai részecskék tulajdonságaival, valamint a részecskék közötti kölcsönhatások jellegével. A fejezet leckéiben a címben jelzetteken túl olyan kérdésekre is választ keresünk, hogy mire jó a fordított ozmó zis; miért a búvárok réme a keszonbetegség; miért fut ki a pezsgő a palack kinyitásakor. 1. Az anyag szerkezete és fizikai tulajdonságai Melyik a könnyebb: a víz vagy a benzin? 2. A kristályrács és a rácstípusok Kristály van a kvarcórában? 3. Az anyag szerkezete és az oldódás Vörös húshoz vörösbort? 4. Diffúzió, oldódás Miért csattannak ki a bogyós gyümölcsök eső után? 5. Az oldódás mértéke és sebessége Miért kevergetjük a teát, ha cukrot teszünk bele? 6. Az oldatok összetétele Miről árulkodik az italok címkéje? 7. Oldatok hígítása és töményítése Hogyan lesz a tengervízből só? Összefoglalás 29

30 1. Az anyag szerkezete és fizikai tulajdonságai Melyik a könnyebb: a víz vagy a benzin? A kérdés pontosan: Melyiknek kisebb a sűrűsége: a víznek vagy a benzinnek? A köznapi nyelvben a könnyebb és nehezebb szavakat egyaránt használjuk a tömeg jelzőjeként és a sűrűség jelzőjeként is. De a tömeg a testet jel lemző fizikai mennyiség, a sűrűség pedig a test anyagára jellemző. A válasz attól függ, milyen halmazállapotban hasonlítjuk össze a két anyag sűrűségét. Gázhalmazállapotban a benzin sűrűsége nagyobb, mint a vízé. Gázhalmazállapotban ugyanis sem a benzin, sem a víz molekulái között nincs kölcsönhatás, ezért sűrűségüket csak molekulatömegük határozza meg. Folyadék halmazállapotban viszont a benzin sűrűsége a kisebb. Ezért nem lehet égő benzint vízzel oltani. Folyadékok esetén ugyanis már nemcsak a molekulák tömege, hanem a molekulák egymáshoz való illeszkedése, a közöttük ható vonzó kölcsönhatás erőssége is fontos a sűrűség szempontjából. Az anyag legfontosabb fizikai tulajdonságai az érzékszervekkel megállapítható vagy műszerekkel mérhető tulajdonságok. Ilyenek a halmazállapot, olvadáspont és forráspont, sűrűség, keménység, viszkozitás és az oldhatóság. A fizikai tulajdonságokat az anyagot felépítő kémiai részecskék tulajdonságai (pl. apoláris vagy dipólusmolekulák) és a részecskék közötti kölcsönhatás jellege (pl. diszperziós kölcsönhatás, dipólus-dipólus kölcsönhatás vagy hidrogénkötés) határozza meg. Tudod? Jó, ha tudod! Sűrű, sűrűség, viszkozitás A mindennapi életben gyakran használjuk a sűrű kifejezést a fizikai jelentéstől eltérő értelemben is: az olaj sűrűbb, mint a víz. Ebben az értelemben a sűrű a sűrűn folyós, viszkózus tulajdonságot jelenti. A viszkozitás a folyadék folyási tulajdonságára jellemző. Nagyságát a folyadékokat felépítő részecskék közötti kölcsönhatás erőssége szabja meg. Nagy viszkozitású, tehát sűrűn folyó például az olaj, kis viszkozitású, tehát hígan folyó például a benzin. A motorolajok viszkozitása A motorolajok fontos adata a viszkozitás. A jó motorolaj nagyon hidegben is könnyen folyik. A viszkozitásuk jellemzésére bevezetett két szám közül minél kisebb a W jel előtti szám, az olaj annál alkalmasabb alacsony hőmérsékleten is a felhasználásra, mert ekkor is folyós marad, így hidegben is könnyen indul a motor. Vigyázz! Kész labor! 1. A légbuborékok felfelé haladása miatt a folyadékoknak az edény fala és a buborék között egy szűk részen kell lefolynia Folyadékok vizsgálata Tölts meg egy kémcsövet vízzel, egy másikat étolajjal, egy harmadikat benzinnel úgy, hogy dugóval lezárva egy nagyobb légbuborék maradjon bennük! Tartsd a kémcsöveket függőlegesen, egymással párhuzamosan az egyik kezedben! Gyors mozdulattal fordítsd meg mind a három kémcsövet (egyszerre!) 180 fokkal! Figyeld meg, hogy melyik kémcsőben milyen gyorsan ér a légbuborék a megfordított kémcső aljáról a tetejére (1. ábra)! Mit szemléltet ez a kísérlet? Magyarázd meg, hogy a légbuborék sebessége miért eltérő a különböző folyadékokban! Tudod? Jó, ha tudod! A halogénelemek halmazállapota Közönséges körülmények között a fluor és a klór gázhalmazállapotú, a bróm folyadék, a jód pedig szilárd (2. ábra). Értelmezd a halmazállapotban mutatkozó különbséget a molekulák közötti kötésekkel! Vajon miért nincs üvegben ábrázolva a fluorgáz? fluor klór bróm jód 2. A halogénelemek és molekuláik modellje 30

31 A víz forráspontja Tudod? Jó, ha tudod! A víz és az alkohol forráspontja Egy földönkívüli, aki sosem látott még vizet, megpróbálja az oxigéncsoport hidrogénvegyületeinek ismeretében meghatározni a víz forráspontját (1. táblázat). Ehhez ábrázolja az ismert hidrogénvegyületek forráspontját a moláris tömegük függvényében. Ezután közelítő egyenest illeszt a három pontra, és ez alapján próbálja megjósolni a hiányzó adat, a víz forráspontját. Készíts te is diagramot, és az alapján határozd meg a víz forráspontját! Miért tér el az így kapott forráspont a víz valódi forráspontjától? Mind a vízmolekulák (H OH), mind az alkoholmolekulák (C 2 H 5 OH) között a hidrogénkötés a legerősebb másodrendű kötés. Mivel magyarázható, hogy a víz forráspontja (100 C) magasabb az alkohol forráspontjánál (78,4 C), valamint a víz sűrűsége (1,0 g/cm 3 ) nagyobb, mint az alkohol sűrűsége (0,79 g/cm 3 )? A glicerin molekulájában három hidroxilcsoport található: C 3 H 5 (OH) 3. Vajon milyen lehet a glicerin forráspontja és sűrűsége a vízéhez és az alkoholéhoz képest? Vegyület Moláris tömeg (g/mol) Másodrendű kölcsönhatás Forráspont ( C) H 2 O 18,01?? Szerinted? A benzin és a víz H 2 S 34,08? 60,7 H 2 Se 80,98? 41,5 H 2 Te 129,62? 2 Gázok relatív sűrűsége A hidrogéngáz, a héliumgáz és a metángáz sűrűsége kisebb, mint a levegőé. Az argongáz, a szén-dioxid-gáz és a propán-bután gázelegy sűrűsége nagyobb, mint a levegőé. Honnan tudhatjuk ezt anélkül, hogy ismernénk a gázok és a levegő sűrűségadatait? Miért héliummal töltik a lufikat? Mi az oka, hogy a lufikat nem hidrogénnel töltik meg? Miért és hol gyűlik össze a szén-dioxid a must forrásakor a borospincékben? A benzin 6 10 szénatomot tartalmazó, szénből és hidrogénből (ún. szénhidrogénekből) felépülő molekulák keveréke. A szénhidrogén-molekulák apolárisak, és tömegük nagyobb a vízmolekulák tömegénél (3. ábra). Mi az anyagszerkezeti magyarázata annak, hogy a benzin nem oldódik vízben? Milyen kölcsönhatás léphet fel a benzint alkotó szénhidrogének molekulái között? Hogyan értelmezhető a molekulák közötti kölcsönhatásokkal a benzin víznél kisebb sűrűsége? Mi a magyarázata annak, hogy a benzingőz sűrűsége nagyobb a vízgőz sűrűségénél? benzin határfelület víz 3. A víz részecskéi polárisak, míg a benzinmolekulák apolárisak, így nem is keverednek egymással Fizikai tulajdonságok: azok az anyagra jellemző tulajdonságok, amelyeket az érzékszerveinkkel érzékelhe- Van fogalmad? tünk (pl.: szín, szag, halmazállapot, oldhatóság) vagy mérőműszereinkkel megállapíthatunk (pl.: forráspont, olvadáspont, sűrűség, hővezető ké pesség), és a vizsgálatuk közben nem történik kémiai reakció. Viszkozitás: a folyadékállapot esetén a részecskék egymáson történő elmozdulásának mértékét mutatja meg. Fizikai tulajdonságok halmazállapot (olvadáspont, forráspont); oldhatóság; sűrűség; viszkozitás. Az anyagok fizikai tulajdonságát meghatározzák a felépítő kémiai részecskék tulajdonságai és a közöttük fellépő kölcsönhatás jellege. 31

32 2. A kristályrács és a rácstípusok Kristály van a kvarcórában? Ha homokot vagy sódert nagyítóüveg alatt vizsgálunk meg, mindig találunk benne átlátszó, apróra töredezett kvarckristályokat (1. ábra). Azt a kristályt, amelyről a kvarcóra az elnevezését kapta. De mit csinál egy ilyen kristály a kvarcórában? Szilárd halmazállapotban a részecskék között erős vonzó kölcsönhatás van, és a részecskék helyhez kötöttek, legfeljebb rezgő mozgást végeznek. Vannak olyan szilárd anyagok, amelyek szerkezete szabályosan ismétlődő részekből (ún. elemi cellákból) áll. Az ilyen térbeli szerkezetet kristályrácsnak nevezzük. Az ilyen szerkezetű anyagok a kristályos anyagok. Kristályos anyag például a konyhasó, a cukor, a vas, az arany. Azokat a szilárd anyagokat, amelyek szerkezete nem mutat szabályos ismétlődést, amorf (alaktalan) anyagoknak hívjuk. Ilyen anyag például az üveg. A kristályos anyagoknak jól meghatározott olvadáspontjuk van. Az amorf anyagok többfoknyi hőmérséklettartományban lágyulnak, majd ezt követően kezdenek el folyékonnyá válni. Előfordul, hogy ugyanaz az anyag többféle kristályszerkezetben vagy amorf állapotban is előfordulhat. Például a szén eltérő kristályos szerkezetű módosulatai a gyémánt, a grafit és a fullerének, vagy a szilícium-dioxid amorf és kristályos változata (2. ábra). A kristályos anyagokat aszerint, hogy a kristályrácsot milyen kémiai részecskék építik fel, és azok között milyen kémiai kötés van, négy alapvető csoportba sorolhatjuk. Molekularácsról beszélünk abban az esetben, ha a kristályrácsot semleges kémiai részecskék (többnyire molekulák) építik fel, és a részecskék között másodrendű kémiai kötések vannak. Molekularácsban kristályosodik például a kén (S 8 ), az elemi gázok (H 2, N 2, O 2, halogének), a víz (H 2 O), a répacukor (C 12 H 22 O 11 ), a szerves vegyületek többsége. A molekularácsos anyagoknál a rácsot összetartó erő kicsi, ebből következően olvadás- és forráspontjuk általában alacsony, az elektromos áramot nem vezetik. Sok esetben a környezet energiája is elegendő, hogy a rácsból egy-egy részecske kiszakadjon, ezért a molekularácsos anyagok néhány képviselője szagos (naftalin, mentol). Az atomrácsot atomok építik fel, közöttük kovalens kötés létesíti a kapcsolatot. Atomrácsos például a gyémánt (C), a szilícium (Si) és a kvarc (SiO 2 ). Az atomrácsos anyagokban a rácsot összetartó erő a kovalens kötés, ezért magas olvadás- és forráspontúak, az elektromos áramot általában nem vezetik. Ionrács jön létre, ha a kristályrácsot ellentétes töltésű ionok alkotják, és az ionok között ionkötés van. Ionrács- 1. A homokban mindig találunk áttetsző kvarckristályokat 2. A kristályos és az amorf szilícium-dioxid egymás allotróp módosulatai A kvarckristálynak több különleges tulajdonsága is van. Ha a megfelelően metszett kvarckristályt áram alá helyezzük, akkor képes rezegni. Ezt a tulajdonságát használják ki a kvarcórák vezérlése során (3. ábra). Másrészt, ha egy ilyen kristályt megfelelő módon öszszenyomunk, akkor a kristály felületére rögzített vezetékekben áram kezd el folyni. Ezen az elven működnek a piezoelektromos gázgyújtók és öngyújtók. léptető villanymotor kristályos SiO 2 amorf SiO 2 A kvarckristály áramköri lap elem a rezgést szolgáltató mikroprocesszor kristály 3. A kvarcóra szerkezete. Az elem által feszültség alá helyezett kvarckristály rezgésbe jön. Másodpercenként átlagosan rezgés történik, amelyet a mikroprocesszor számlál. Ezt követően ad áramimpulzust az óra motorjának, hogy egy másodperccel ugrassa tovább a másodpercmutatót 32

33 ban csak vegyületek kristályosodhatnak. Ilyen például a konyhasó (NaCl), a mészkő (CaCO 3 ), a szódabikarbóna (NaHCO 3 ) és az égetett mész (CaO). Az ionrácsos anyagok annak ellenére, hogy töltéssel rendelkező részecskékből állnak, nem vezetik az elektromos áramot, mivel a részecskék a rácsban nem mozdulhatnak el. Olvadékukban vagy vizes oldatukban viszont az ionok mozoghatnak, és így elektromosan vezetővé válnak. A negyedik rácstípus a fémrács. A fémrácsot fématomok (pontosabban atomtörzsek) építik fel, amelyek között delokalizált elektronfelhő (fémes kötés) létesíti a kapcsolatot. Fémrácsban kristályosodnak a fémek (pl. vas, arany, réz, alumínium stb.) és a fémek egymással képzett vegyületei, illetve ötvözetei (pl. bronz, sárgaréz, acél stb.). A delokalizált elektronfelhő miatt a fémrácsos anyagok jó elektromos vezetők (4. ábra). Különösen jól vezetik az elektromos áramot és a hőt a nemesfémek (Au, Ag) és a réz. a) b) Vigyázz! Kész labor! 4. Ha nem folyik áram a fémekben, az elektronok a fématomtörzsek környezetében rendezetlenül mozognak (a). Ha kívülről elektronok lépnek be a vezetékbe (áramot vezetünk bele), akkor ezek a fémbe belépő elektronok az addig rendezetlen mozgású elektronokat arra kényszerítik, hogy egy irányba áramoljanak (b) Éjszaka világító kristály előállítása Tudod? Jó, ha tudod! Kristályvíz A kristályvíz a köznapi nyelvben ásványvizet jelent. Kémiában viszont a kristályos anyagok kristályrácsában lévő vízmolekulákat jelenti. Például a rézgálic olyan kristályos szilárd anyag, amelynek ionrácsában Cu 2+ -ionok és SO 4 2 -ionok vannak, de a kristályrács hézagaiban vízmolekulák is találhatók többnyire a Cu 2+ -ionok körül, és a vízmolekulák száma öt ször annyi, mint a Cu 2+ -ionok száma. A vegyület képletében a kristályvizet is feltüntetjük, de egy ponttal választjuk el a képlet többi részétől: CuSO 4 5 H 2 O. Egy pohár forró vízbe áztass be egy szövegkiemelő tollból kivett betétet ( világító sárgát, zöldet vagy neonszínűt), amelyet előzőleg ollóval több darabra aprítottál! Hagyd kiázni a festéket, majd szedd ki a betét darabkáit a folyadékból! A folyadékot forrósítsd fel ismét (például mikrohullámú sütőben), majd ebbe a forró festékoldatba szórj több kanál kristálycukrot kevergetés közben, mindaddig, míg oldhatatlanul ott nem marad a cukor! A fel nem oldódott cukorkristályok fölül öntsd le a folyadékot egy tálkába, amelyben a kristály kiválása történik majd meg! Ezt a tálkát takard le egy papírtörlővel és tedd félre több napra! A legszebb és legnagyobb kristályokat timsóból tudod készíteni, ugyanezzel a módszerrel. A kapott kristályokat nehogy megkóstold! Elemi cella: a kristályrács legkisebb részlete. Van fogalmad? Kristályrács: az elemi cella térbeli eltolásából származtatható. Kristályos anyag: olyan szilárd anyag, amelyben a részecskék szabályos térbeli elrendeződésben (kristályrácsban) helyezkednek el. Amorf anyag: olyan szilárd anyag, amelyben a részecskék nem szabályos térbeli elrendeződésben helyezkednek el. Atomrács: a rácspontokban atomok vannak, köztük az összetartó erő kovalens kötés. Molekularács: a rácspontokban többnyire molekulák vannak, köztük az összetartó erőt másodrendű kötőerők biztosítják. Ionrács: a rácspontokban felváltva pozitív és negatív ionok vannak, köztük az összetartó erő az ionkötés. Fémrács: a rácspontokban atomtörzsek vannak, köztük az összetartó erőt a delokalizált elektronok jelentik. Kristályvíz: szilárd anyagok kristályrácsába beépült vízmolekulák együttese. Szilárd anyagok Szerkezetük alapján: kristályos, amorf. A kristályos anyagok szabályos rácsszerkezettel rendelkeznek. A rácspontban lévő részecskéktől és a rácsot összetartó erőtől függően négyféle rácsot különböztetünk meg: molekularács, ionrács, atomrács, fémrács. A kristályos anyag keménysége, olvadáspontja a kristályt összetartó erőktől függ. A kristályszerkezetbe gyakran beépülhet víz is: kristályvíz. 33

34 3. Az anyag szerkezete és az oldódás Vörös húshoz vörösbort? A vörös húsok (sertéshús, marhahús, birkahús) rendkívül intenzív ízanyagai elsősorban zsír- és faggyútartalmuknak köszönhető. Evés közben ezek a zsiradékok hamar bevonják nyelvünk ízlelőbimbóit, ezáltal csökkentik ízérzetünket. Mivel a zsiradékok apoláris molekulákból állnak, ezért vízben nem oldódnak, vízivással nem lehet őket a nyelvről eltávolítani, vörösbor kortyolgatásával viszont igen (1. ábra). Ahhoz, hogy megítélhessük a fenti mondás igazságtartalmát, meg kell ismerkednünk a szerkezet és az oldódás kapcsolatával. A víz a legfontosabb oldószerünk. Vízben azok az anyagok oldódnak jól, amelyek vagy ionvegyületek (pl. a konyhasó), vagy dipólusmolekulákból állnak. Közülük különösen jól oldódnak azok, amelyek hidrogénkötés kialakítására képesek (pl. a cukor, az alkohol). Ionos vegyületek oldódásakor a víz dipólusmolekulái megfelelő polaritású végükkel fordulnak az ionok felé, és körbeveszik azokat. Ezt nevezzük hidratációnak (2. ábra). Az apoláris molekulákból álló anyagok (pl. zsírok, olajok) vízben nagyon rosszul oldódnak. Az apoláris anyagok azokban az oldószerekben oldódnak jól, melyek szintén apoláris molekulákból állnak (pl. benzinben). Azt, hogy milyen anyagok milyen oldószerekben oldódnak jól, a hasonló a hasonlóban elv alapján tudjuk megmondani. Ionokból vagy dipólusmolekulákból álló anyagok dipólusmolekulájú oldószerekben, apoláris molekulákból felépülő anyagok apoláris molekulájú oldószerekben oldódnak jól. 1. A vörösbor eltávolítja a nyelvünk ízlelőbimbóira rakódott zsírréteget 2. A hidratáció során a kristályrácsból kiszabaduló ionokat a víz dipólusmolekulái körülveszik Vigyázz! Kész labor! Jód oldódása különböző folyadékokban Jódtinktúra Csempére (üveglapra) képezz nagyobb (2-3 cm átmérőjű) pacát csapvízből. Szórj egy-két jódkristályt a Az alkohol (etanol) molekulájának van egy poláris (hidrofil) és egy apoláris (hidrofób) része is. Ezért az alkohol jól oldódik vízben is, de jó oldószere az apoláris molekulákból álló anyagoknak is. Ezért lehet pl. folttisztításra használni. Az alkohol a jódot barna színnel oldja. Az alkoholos jódoldatot jódtinktúrának nevezik, és külsőleg fertőtlenítésre használják. A 3. ábrán az alkohol molekulájának modellje látható. Vajon a molekula melyik része hidrofil és melyik hidrofób? 3. Az etil-alkohol molekulájának modellje 34 vízbe, keverd meg egy üvegbottal, és figyeld meg, hogy látsz-e oldódásra utaló jelet (a folyadék színváltozása, a szilárd jód feloldódása)! Ismételd meg a kísérletet alkohollal, benzinnel és kálium-jodidot is tartalmazó vízzel (4. ábra)! 4. Jód oldódása benzinben és alkoholban

35 Tudod? Jó, ha tudod! A Lugol-oldat Vörös húshoz vörösbor, fehér húshoz fehérbor A jód rosszul oldódik vízben, viszont jól oldódik kálium-jodid-oldatban. A jodidionok egy része ugyanis reakcióba lép a jódmolekulák egy részével, és azokkal trijodidiont képez. A kálium-jodidos jódoldatot (Lugol-oldatot) használják a keményítő kimutatására is. Nagyon kis mennyiségű keményítő hatására az eredetileg barna oldat kék színű lesz. Írd fel a jodidionok és a jódmolekulák közötti reakció kémiai egyenletét! A vörösborok fanyar ízét csersavtartalmuk okozza. A csersav molekulái az alkoholhoz hasonlóan tartalmaznak hidrofób és hidrofil részeket, így képesek a nyelvre rakódott zsírréteg lemosására (5. ábra). Ezért kortyolgatunk vörösbort a vörös húsok fogyasztá sakor. A fehér húsok (szárnyasok, hal) jóval kevesebb zsírt tartalmaznak, ezért fogyasztásukhoz a kisebb csersav- és aromatartalmú fehérborokat ajánlják. Vigyázz! Kész labor! Melyik van felül? Tölts egy kémcsőbe kevés (kb. kétujjnyi) benzint, majd ugyanebbe a kémcsőbe kevés (kb. kétujjnyi) vizet! Rázd össze a kémcső tartalmát, majd helyezd nyugalomba a kémcsövet! Nézz utána az interneten a jodidionok és jódmolekulák közötti reakció egyenletének! Szerinted? Amit vízzel nem olthatunk 5. A kiömlött vörösborfolt eltávolításának egyik módja a folt tejbe történő áztatása. Mi lehet ennek a magyarázata? A csilipaprika csípős ízét okozó kapszaicinmolekula apoláris oldószerekben oldódik. Ezért, ha a csípős ízt szeretnénk enyhíteni, a víz nem használ. Milyen étel vagy ital fogyasztásával lehet enyhíteni a csilipaprika csípős ízét? Nézz utána! Mi miben oldódik? Projektmunkában dolgozzátok fel a következő témaköröket! Készítsetek számítógépes bemutatót is! 1. A folttisztítás alapjai. 2. Vízben oldódó és zsírban oldódó vitaminok. 3. Beszéljétek meg, milyen fontosabb, kémiával kapcsolatos hírt hallottatok! Hidratáció: az a folyamat, amikor az oldódás során a vízmolekulák körbeveszik az oldott anyag molekuláit, Van fogalmad? ionjait. Hasonló a hasonlóban elv: apoláris oldószerek az apoláris, poláris oldószerek a poláris anyagokat oldják. Jódtinktura: alkoholos jódoldat. Lugol-oldat: kálium-jodidot és jódot tartalmazó vizes oldat. A víz jó oldószere az ionvegyületeknek, a dipólusmolekulákból álló vegyületeknek. Hasonló a hasonlóban elv apoláris az apolárisban, poláris a polárisban oldódik jól. 35

36 4. Diffúzió, oldódás Miért csattannak ki a bogyós gyümölcsök eső után? Bizonyára megfigyelted már, hogy kiadós eső után az érett bogyós gyümölcsök (meggy, cseresznye, szőlő, paradicsom, egres) gyakran kirepednek. Ez azért következik be, mert víz jut be a gyümölcsök belsejébe, és a megnövekedett nyomás szétfeszíti a gyümölcs héját. De hogyan jut át a víz a gyümölcs héján? A gázokat és folyadékokat felépítő részecskék (atomok, ionok, molekulák) állandó mozgásban vannak. Mozgásuk során kitöltik a rendelkezésükre álló teret. Így jön létre a diffúzió. A diffúzió az a folyamat, amely során két anyag részecskéi külső beavatkozás nélkül elkeverednek. (1. és 2. ábrák) A diffúzió az alapja az oldódásnak. 3. Hidratált nátriumionok és hidratált kloridionok a nátrium-klorid vizes oldatában. A nátriumionokat kis lila, a kloridionokat nagyobb zöld körökkel jelöltük. 1. A kék színű tinta részecskéinek diffúziója a vízben Vigyázz! Kész labor! Ionok diffúziója vízben Fehér csempére vagy lapos edénybe tölts annyi vizet, hogy egy kb cm átmérőjű folyadékfolt keletkezzen! Tégy a vízbe egymástól 5-6 cm-re egy-egy ólom(ii)-nitrát- és kálium-jodid-kristályt! Figyeld meg, mi történik néhány perc múlva! Értelmezd a látottakat, ha tudod, hogy mind az ólom(ii)-nitrát, mind a kálium-jodid ionkristályos anyag, a kémiai kölcsönhatásukban képződő ólom(ii)-jodid pedig sárga színű, vízben rosszul oldódó vegyület (4. ábra)! 2. A részecskék a diffúzió során a nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb koncentrációjú helyek irányába haladnak, homogén rendszert létrehozva Oldódásnak nevezzük az oldódó anyag és az oldószer részecskéinek elkeveredését. Az oldódás során az oldódó anyag részecskéi között ható kötések felbomlanak. Ezzel párhuzamosan új kötések alakulnak ki az oldódó anyag részecskéi és az oldószer részecskéi között. Az oldószer molekulái körbeveszik az oldódó anyag részecskéit. Ha az oldószer víz, akkor ezt a folyamatot hidratációnak nevezzük. Vizes oldatban az oldott anyag részecskéi mindig vízmolekulákkal körbevéve, ún. hidratált formában vannak (3. ábra) Mi okozza a sárga színt?

37 Tudod? Jó, ha tudod! Dialízis Ki fér át és ki marad? A vese fő feladata, hogy a vért megszűrve eltávolítsa a mérgező anyagokat és a fölösleges vizet. A kiválasztott anyagok aztán a vizelettel távoznak. A vese elégtelen működése során ezek a mérgező anyagok nem tudnak eltávozni. Ha a veseátültetés nem lehetséges, akkor a betegnek dialízisre kell járnia, amely során kivonják véréből a mérgező anyagokat. A folyamat lényege, hogy a beteg vérét átengedik egy készüléken, amelyben az egy féligáteresztő membrán egyik oldalára kerül, a másik oldalon pedig glükózt, aminosavakat, ionokat tartalmazó steril oldat van. A vérben lévő salakanyagok és a felesleges víz átkerülnek a membránon át a steril oldatba. A sejtek és a fehérjék méretüknél fogva nem juthatnak át, megmaradnak a tisztított vérben, melyet aztán visszavezetnek a beteg szervezetébe (5. ábra). A dialízis 2 8 órán át tart, és esetenként 2 4 kg káros anyag is kivonásra kerül a szervezetből. A folyamatot sajnos 2-3 naponként meg kell ismételni, mivel a mérgező anyagok nap mint nap felhalmozódnak a szervezetben. véralvadásgátló használt dialízisfolyadék vérpumpa a betegtől levett vér A 6. ábra azt szemlélteti, hogy a féligáteresztő hártya lyukain csak a legkisebb részecskék, például a vízmolekulák férnek át. (Ha a vízmolekulát a kék pont jelenti, akkor egy nagyobb szerves vegyület molekulájának a focilabda, a vírusnak az autó, a baktériumnak az elefánt felel meg.) Hogyan lehetséges az, hogy a sóoldatban található nátriumionok és kloridionok sem férnek át a féligáteresztő hártya pórusain, pedig ezek az ionok kisebbek, mint a vízmolekulák? A nátriumion átmérője 95 pm, a kloridion átmérője: 181 pm, a vízmolekula átmérője: 280 pm. friss dialízisfolyadék vízmolekula szerves vegyület vírus baktérium 6. A féligáteresztő hártya működése féligáteresztő hártya membrán a beteghez visszaáramló vér 5. A dialízis lényege Diffúzió: két anyag részecskéinek keveredése külső beavatkozás nélkül. Oldódás: az oldódó anyag és az oldószer részecskéinek elkeveredése. Van fogalmad? Tudod? Jó, ha tudod! A diffúzió és a szagok A szaglás során a belélegzéskor az illattal rendelkező anyagok részecskéi az orrunkba kerülnek, ahol a megfelelő receptorok érzékelik azokat, aminek eredményeként ingerületként jut el az információ az agyba. Ez az egész azonban nem mehetne végbe, ha az illattal rendelkező anyagok részecskéi nem diffundálnának az orrunk felé. A kisebb méretű részecskék könnyebben diffundálnak. Ilyen például az ammónia molekulája. Ezért is érezzük meg nagyon gyorsan a kiáramló ammóniagázt. Diffúzió két anyag részecskéi külső beavatkozás nélkül keverednek; az oldódás és az ozmózis alapja. Oldódás az oldódó anyag és az oldószer részecskéinek elkeveredése; eredménye: oldat; hidratált részecskék (víz esetén). 37

38 5. Az oldódás mértéke és sebessége Miért kevergetjük a teát, ha cukrot teszünk bele? Gondolkodtál már azon, hogy miért kevergetjük a teát, ha cukrot teszünk bele? Vajon ilyenkor több cukor fog feloldódni, mint kevergetés nélkül? Úgy oldódik, mint a cukor tartja a mondás. De vajon mit jelent ez? Olyan sok oldódik belőle, mint a cukorból, vagy olyan gyorsan oldódik, mint a cukor? Ezekre a kérdésekre keressük a választ ebben a leckében. Az oldódást jellemezhetjük sebességével (gyors, lassú) és mértékével (sok oldódik, kevés oldódik). Az oldódás mértékén adott mennyiségű (többnyire 100 g) oldószerben feloldható anyag maximális mennyiségét értjük. Ezt nevezzük az adott anyag oldhatóságának. Az oldhatóság függ az oldószer és az oldott anyag anyagi minőségétől (hasonló a hasonlót oldja elv) és a hőmérséklettől is. Szilárd anyagok oldhatósága általában a hőmérséklet emelkedésével nő. Gázok oldhatósága általában csökken a hőmérséklettel. Gázok oldhatósága a nyomástól is függ. Nagyobb nyomáson több gáz oldódik fel adott mennyiségű oldószerben, mint alacsonyabb nyomáson. Azokat az oldatokat, amelyekben adott körülmények között már nem tudunk több anyagot feloldani, telített oldatnak nevezzük. Ha az oldat kevesebb oldott anyagot tartalmaz, mint a telített oldat, akkor telítetlen oldatnak nevezzük. Túltelített oldatok Vannak olyan oldatok is, amelyekben több oldott anyag van feloldva, mint a telített oldatban. Ezek a túltelített oldatok. Túltelített oldatot csak a hőmérséklet (vagy gázok esetén a nyomás) változtatásával lehet előállítani. Ha a telített oldathoz további anyagot adunk, abból nem lesz túltelített oldat (1. ábra). 1. A túltelített oldatok nem stabilak. Rázásra, egy szem beleejtett kristály hatására kristályosodni kezdenek Kétszer kettő? oldott só grammja 100 g víz oldhatóság, Sók oldhatósága grafikonelemzés A 2. ábra néhány só oldhatóságának hőmérsékletfüggését mutatja. Melyik só oldhatósága változik a legkevésbé a hőmérséklettel? A KNO 3 vagy a KBr oldódik jobban 80 C-on? Mekkora a KNO 3 oldhatósága 80 C-on? Ha 80 C-ról 20 C-ra lehűtjük mind a négy oldat 100 g-ját, melyikből válik ki a legtöbb só? Sók oldhatóságának változása a hőmérséklettel NaClO 2 KNO 3 KBr hőmérséklet, C Keszonbetegség, a búvárok réme NaCl Gázok oldhatósága a nyomás növelésével nő. Emiatt nagy mélységben a búvárok vérében megnő a nitrogéngáz mennyisége. Felszínre jövetelkor csökken a nyomás, ennek hatására a vérben oldott nitrogéngáz mennyisége csökken, és előfordulhat, hogy a gázbuborékok már a vérerekben kiválnak. Ez súlyos megbetegedést, embóliát okozhat. Ezért zsilipelnek a búvárok felszínre jövetelkor. Nézz utána, hogy mit jelent a zsilipelés, és mi a teendő, ha a búvár zsilipelés nélkül jön a felszínre! A búvárkodás másik veszélye a mélységi mámor. Nézz utána, mi okozza ezt! 38

39 A mindennapokban gyakran legalább annyira fontos kérdés, hogy egy anyag mennyi idő alatt oldódik fel, mint az, hogy mennyi oldódik fel belőle. Azt, hogy egy anyag milyen gyorsan vagy lassan oldódik fel, az oldódás sebességével jellemezzük. Az oldódás sebességén az időegység (pl. egy perc, egy óra) alatt oldódott anyag mennyiségét értjük. Az oldódás sebességét növelni lehet a hőmérséklet emelésével, keveréssel vagy az oldandó anyag aprításával. A keverés és az oldandó anyag aprítása csak az oldódás sebességét növeli, de nem befolyásolja az anyag oldhatóságát. Vigyázz! Kész labor! Szén-dioxid oldódása különböző hőmérsékleteken A szénsavas üdítőkbe nagy nyomáson préselik bele a szén-dioxid-gázt. Ezt a gázt gyűjtjük össze egy lufiban. A kupakot szúrd át rajzszöggel, helyezd rá szorosan a lufit, majd a lufin keresztül vedd ki a rajzszöget, hogy a gáz a lufiba áramolhasson! Tedd az üdítőt jeges vízbe, figyeld meg a felszabaduló gáz mennyiségét! Végezd el úgy is a kísérletet, hogy az üdítőt csapvíz-hőmérsékletű vízbe, illetve forró vizes fürdőbe helyezed (3. ábra)! Mi a magyarázat? Visszatér a folyadékba az összes gáz, ha a palackot visszatesszük ismét a jeges vízbe? Az elvégzett kísérlet miként hozható összefüggésbe a tengerek felmelegedésével és az üvegházhatással? rajzszög Bár az oxigén is apoláris molekulákból áll, kismértékben oldódik vízben. Oldhatósága a hőmérséklet növelésével csökken. Ezért nyáron, nagy melegben az élővizek oxigéntartalma annyira lecsökkenhet, hogy a halak kénytelenek a mélyebb (hidegebb) rétegekbe húzódni. Az is előfordulhat, hogy kénytelenek a felszínen tátogni, pipálni. Vajon mi lehet annak az oka, hogy a pisztráng csak hegyi patakokban, magasban lévő hideg tavakban él? Élővizek oxigéntartalma A megoldás kulcsa: túltelített oldat Ha egy szénsavas italt tartalmazó palackot vagy dobozt nem elég óvatosan nyitunk ki, az ital egy része kifut. Mi a magyarázata annak, hogy ha előzetesen nyugalomban volt a palack vagy a doboz, akkor felbontáskor sem fut ki az ital? És miért fut ki akkor, ha felnyitás előtt megrázzuk egy kicsit? A szénsavas italokban nagy nyomáson szén-dioxidot oldanak. Amikor felbontjuk a palackot vagy dobozt, a folyadék fölött lévő szén-dioxid a levegőbe kerül, így nyomása lecsökken. A lecsökkent nyomáshoz képest az italban több szén-di oxid található, tehát az ital széndioxidra nézve túltelített lesz. A fölös szén-dioxidnak gáz formájában el kell távoznia. A folyadékban történő gázbuborék-képződés azonban gátolt folyamat. Ezért az italból csak nagyon lassan fejlődnek a gázbuborékok. Rázás hatására apró kis buborékokat juttatunk az italba. Ezek gócként szolgálnak a gázképződéshez, így meggyorsítják a szén-dioxid távozását. A gyors gázfejlődés miatt fut ki ilyenkor az ital. jeges víz csapvíz hő- forró víz mérsékletű víz 3. A szénsavas üdítőitalból magasabb hőmérsékleten több szén-dioxid-gáz szabadul fel Az oldódás sebessége: az időegység alatt feloldódott anyag mennyisége. Van fogalmad? Az oldódás mértéke (oldhatóság): az adott hőmérsékleten telített oldat koncentrációja. Telített oldat: olyan oldat, amelyben az oldott anyagból több nem oldható fel (adott hőmérsékleten). Telítetlen oldat: olyan oldat, amelyben az oldott anyagból még több oldható fel (adott hőmérsékleten). Oldhatóság az oldódás mértéke; a telített oldat összetétele; befolyásolja az anyagi minőség, a hőmérséklet, a nyomás (gázok esetén). Az oldódás sebessége növelhető: a hőmérséklet növelésével, keveréssel, aprítással. 39

40 6. Az oldatok összetétele Miről árulkodik az italok címkéje? Tudod-e, mit jelent a szénsavas ásványvizek címkéjén lévő CO 2 -tartalom: 4 g/l vagy a borospalackok címkéjén az Alk. 10,5%Vol jelölés? Valóban, az első az ásványvíz széndi oxid-tartalmát, a második a bor alkoholtartalmát jelöli: 1 liter ásványvízben 4 g szén-dioxid van, a bor térfogatának pedig 10,5%-a alkohol. Az oldatok összetételét tehát különbözőképpen adhatjuk meg Az oldatok összetételét (töménységét, koncentrációját) az oldott anyag mennyiségének és az oldat mennyiségének viszonyával adjuk meg. Ezt a mennyiségi viszonyt gyakran százalékban fejezzük ki (tömegszázalék, térfogatszázalék). Az oldat egységnyi (pl. 1 dm 3 ) térfogatában lévő oldott anyag tömegével vagy anyagmennyiségével is jellemezhetjük az oldatok összetételét (tömegkoncentráció, anyagmennyiség-koncentráció). A mindennapokban leggyakrabban használt kon centráció fajták (1. táblázat): a tömegszázalék, a térfogatszázalék és a tömegkoncentráció. Szerinted? Cukros víz vagy sós víz? Egy liter vízben feloldottunk 100 g cukrot. Egy másik edényben 1 liter vízben oldottunk fel 100 g konyhasót (1. ábra). Egyik esetben sem tapasztaltunk térfogatváltozást, azaz a folyadék szintje nem változott. Melyik oldatnak nagyobb a tömegszázalékos összetétele, a sós vízé vagy a cukros vízé? Válaszodat indokold meg! cukor só 1. Azonos térfogatú vízben azonos tömegű cukrot, illetve konyhasót oldunk Koncentráció neve Jele Mértékegysége Számítása Jelentése Tömegszázalék m % m vagy w% Térfogatszázalék V % V vagy φ% Tömegkoncentráció c m g dm 3 Anyagmennyiségkoncentráció c n mol dm 3 1. táblázat. A kémiában leggyakrabban használt koncentrációk m oa m 100 old V oa V 100 old m oa V old n oa V old Pl. 100 g oldatban hány g oldott anyag van. Pl. 100 cm 3 oldatban hány cm 3 oldott anyag van. Pl. 1 dm 3 oldatban hány g oldott anyag van. Pl. 1 dm 3 oldatban hány mol oldott anyag van. Szerinted? Tömény vagy telített? Nézz utána! Koncentráció 100 g vízben szobahőmérsékleten 211 g cukrot lehet feloldani. Ugyancsak 100 g vízben 0,015 g mészkő oldható fel. Egy pohárban lévő 2 dl (200 g) vízben feloldunk 150 g cukrot. Egy másik pohárban lévő ugyancsak 2 dl vízben feloldunk 0,030 g mészkövet. Melyik a töményebb oldat? Melyik oldat telített? Dolgozzátok fel a következő témaköröket! Készítsetek számítógépes bemutatót is! 1. Miért vicces a következő figyelmeztetés? Vizsga előtt ne igyál sok vizet, mert a víz csökkenti a koncentrációt! A koncentráció szó mely jelentéseit keverte össze ez a mondat? 2. Beszéljétek meg, milyen fontosabb, kémiával kapcsolatos hírt hallottatok! 40

41 Kétszer kettő? Tömegszázalék és tömegkoncentráció Az oldatok összetételével kapcsolatos számítási feladatok megoldására kétféle módszert is használhatunk. A számítást elvégezhetjük képlet segítségével vagy következtetéssel. Hány gramm cukorból készült a 15,0 tömegszázalékos cukoroldat 250 grammja? Megoldás képlettel: 100 m(cukor) w% = m(oldat) Ismert adatok: w% = 15,0; m(oldat) = 250 g Keresett adat: m(cukor) A képletből kifejezzük a keresett adatot: m(oldat) w% m(cukor) = 100 Behelyettesítjük az adatokat: m(cukor) = 250 g 15,0 100 Elvégezzük a számítást: m(cukor) = 37,5 g Megoldás következtetéssel: 15,0 w% jelentheti, hogy pl. 100 g oldatban van 15,0 g cukor. Egyenes arányosság felírása: Ha 100 g oldatban van 15,0 g cukor, akkor 250 g oldatban van x g cukor Az egyenes arányosság alapján: 15,0 100 = x 250 Innen: x = 37,5 Az oldat tehát 37,5 g cukorból készült. Egy ásványvíz szén-dioxid-tartalma 4,00 g. Hány liter ásványvízben van 10,0 g szén-dioxid? l Megoldás képlettel: c m = m(co 2) V(oldat) Ismert adatok: m(co 2 ) = 10,0 g, c m = 4,00 g l Keresett adat: V(oldat) A képletből kifejezzük a keresett adatot: V(oldat) = m(co 2 ) c m Behelyettesítjük az adatokat: V(oldat) = Elvégezzük a számítást: V(oldat) = 2,50 l 10,0 g g 4,0 l Tehát 2,5 liter ásványvízben van 10,0 g CO 2. Megoldás következtetéssel: 4,00 g jelenti, hogy 1 liter oldatban van 4,00 gramm l szén-dioxid. Egyenes arányosság felírása: Ha akkor 4,00 g szén-dioxid 1 liter oldatban van, 10,0 g szén-dioxid x liter oldatban van. Az egyenes arányosság alapján: 1 4 = x 10 Innen: x = 2,5 10,0 g szén-dioxid tehát 2,50 liter ásványvízben van. Tömegszázalék (w%): megmutatja, hogy az oldott anyag tömege hány Van fogalmad? százaléka az oldat tömegének. Térfogatszázalék (φ%): megmutatja, hogy az oldott anyag térfogata hány százaléka az oldat térfogatának. Tömegkoncentráció (c m ): az oldott anyag tömegének és az oldat térfogatának hányadosa. Anyagmennyiség-koncentráció (c n ): az oldott anyag anyagmennyiségének és az oldat térfogatának hányadosa. Az oldatok összetételét megadhatjuk tömegszázalékban, térfogatszázalékban; tömegkoncentrációban, anyagmennyiség-koncentrációban; számíthatjuk képlettel; következtetéssel. 41

42 7. Oldatok hígítása és töményítése Hogyan lesz a tengervízből só? Hallottál már arról, hogyan állítják elő a tengeri sót? A tengervíz vagy sós tavak vizének töményítésével, bepárlásával (1. ábra). Ehhez a Nap energiáját használják fel. Újabban viszont nem csak a só előállítása a célja a sólepárlásnak. Mit gondolsz, mit lehet még ezzel az eljárással előállítani? Töményítés során az oldat koncentrációja nő. Töményítést érhetünk el az oldószer mennyiségének csökkentésével, az oldott anyag mennyiségének növelésével vagy töményebb oldattal történő összekeveréssel. Hígítás során az oldat koncentrációja csökken. Oldatokat többféleképpen hígíthatunk: az oldószer mennyiségének növelésével, az oldott anyag mennyiségének csökkentésével vagy hígabb oldattal történő összekeveréssel. Bepárlás: ha egy oldatból vizet (oldószert) párologtatunk el, akkor az oldott anyag egy része kikristályosodik. Így állítanak elő például konyhasót (NaCl) a tengervíz bepárlásával. A nagy sótartalmú tengervízből zárt öblökben, napsugárzás hatására olyan sok víz párolog el, hogy megindul a sókiválás. Szerinted? Oldatok hígítása és töményítése Hogyan alakul (nő, csökken, nem változik) egy oldat koncentrációja, ha a) oldószert adunk hozzá; b) még további oldott anyagot oldunk fel benne; c) oldószert párologtatunk el belőle; d) töményebb oldattal keverjük össze; e) hígabb oldattal keverjük össze; f) azonos töménységű oldattal keverjük össze? 1. A tengervíz töményítésével, bepárlásával tengeri sót állíthatunk elő Vigyázz! Kész labor! Sós vízből édesvíz Készíts sós vizet, ami kísérletünkben a tengervizet helyettesíti: fél literes PET-palackba szórj egy evőkanál sót, töltsd fel vízzel, majd rázd össze! Kóstold meg, hogy tényleg ihatatlan! Helyezd el a palackot a fagyasztószekrénybe! Ne várd meg, míg teljesen megfagy, akkor vedd ki, mikor már harmada-negyede jéggé fagyott (2. ábra)! Ezt a jeges folyadékot szűrd át kávéfilteren egy pohárba! A szűrőn maradt jégkristályokat vidd a csap alá, és egy kicsit öblítsd le a felületüket! Ezt a jeget szórd bele egy másik pohárba, és várd meg, míg elolvad! Ezt követően ízleld meg a két pohár tartalmát! Mi lehet a két íz magyarázata? Mi történne, ha üdítőitallal végeznéd el ezt a kísérletet? Nézz utána! Tengeri só Projektmunkában dolgozzátok fel az alábbi témaköröket! 1. Hogyan készül, és mit tartalmaz a tengeri só? 2. Beszéljétek meg, milyen fontosabb, kémiával kapcsolatos hírt hallottatok! 2. A fagyási folyamat a palack oldalától indul 42

43 Kétszer kettő? Hogyan oldjuk meg? Miből és hogyan készül a 100%-os narancslé? Az oldatok hígításával és töményítésével kapcsolatos számítási feladatok megoldására többféle módszert használhatunk. Ezeknek a megoldási módszereknek az alapja, hogy hígítás és töményítés során is érvényes a tömegmegmaradás törvénye, mind az oldott anyagra, mind az oldószerre. Hány gramm vízzel kell hígítani 200 gramm 40,0 tömegszázalékos cukoroldatot, hogy cukortartalma 30,0 tömegszázalékra csökkenjen? 1. módszer (logikai megoldás) A két oldatban a cukor tömege ugyanannyi. Mivel ezt a tömeget könnyen ki tudjuk számolni, ezért erre építhetjük a megoldást: Töményebb cukoroldat + víz hígabb cukoroldat m(oldat): 200 g? w% 40,0 30,0 m(cukor): 80,0 g 80,0 g m(oldat): 267 g m(víz): 267 g 200 g = 67 g 2. módszer (tömegbővítéses eljárás) A víz hozzáadása növeli az oldat tömegét, de nem változtatja az oldott anyag tömegét. Kiindulási oldat: m(oldat) = 200 g m(cukor) = 80,0 g Hozzáadott víz: m(víz) = x g Végső oldat: m(oldat) = 200 g + x g m(cukor) = 80,0 g 30 Összefüggés a végső oldat összetételére: 100 = 80, x Innen: x = 67 g 3. módszer (keverési egyenlet) Tömegek és tömegszázalékok alapján írható fel. Töményebb cukoroldat + víz hígabb cukoroldat m(oldat): 200 g x g 200 g + x g w% 40,0 0 30,0 keverési egyenlet: ,0 + x 0 = (200 + x) 30,0 Sokan azt gondolják, hogy a 100%-os narancslé azonos a frissen facsart narancslével. Nos, nem! A nagyipari módszerrel előállított narancslé narancssűrítményből történő visszahígítással készül. A sűrítmény alapját képező narancslevet gyengébb minőségű gyümölcsökből különböző előkészítés után préseléssel nyerik. A kipréselt lé tisztítás után az ún. vákuumbepárlókba kerül, ahol csökkentett nyomáson vizet párologtatnak el belőle. A vákuum miatt a víz forráspontja csökken, így a lé vitamintartalma alig változik meg. A bepárlás elején a narancslé aromatartalma párolog el. Ezt felfogják, és az így nyert tömény aromákat a visszahígításkor ismét hozzáadják a termékhez. Tudod? Jó, ha tudod! Mi a különbség a gyümölcslé, a gyümölcsnektár és a gyümölcsital között? A gyümölcslé (juice) 100% gyümölcshányadot tartalmaz. A sűrítmény a visszahígítás során adott vízen és aromákon kívül más hozzáadott anyagot nem tartalmazhat. A gyümölcsnektár 25 50% gyümölcstartalmú, szintén sűrítményből készült ital, amely hozzáadott anyagokat (savakat, cukrot, színezőanyagot, természetazonos aromát) tartalmazhat. A gyümölcsitalok esetén a gyümölcstartalom minimum 12%, és az előbbi hozzáadott anyagokon kívül tartósítószert is tartalmazhat. Töményítés: az oldat koncentrációjának növelése. Van fogalmad? Hígítás: az oldat koncentrációjának csökkentése. Bepárlás: ha egy oldatból vizet (oldószert) párologtatunk el. Oldatot hígítani lehet oldószer hozzáadásával; az oldott anyag kikristályosításával; hígabb oldattal való keveréssel. Oldatot töményíteni lehet az oldószer elpárologtatásával; további anyag oldásával; egy töményebb oldattal való keveréssel. Innen: x = 67 g 43

44 Összefoglalás Kapcsolatok Szóban vagy írásban értelmezd a következő ábrákat! SZILÁRD ANYAG szerkezete alapján Kristályos jellemzője Amorf Kristályrács típusai Ionrács Molekularács Atomrács Fémrács Oldhatóság Exoterm Endoterm Sebessége Mértéke Energia változása (lásd: III./5. fejezet) OLDÓDÁS jellemzői eredménye OLDAT Részei Összetétel szerint Összetételének megadása Oldószer Oldott anyag Telített Telítetlen Túltelített Százalékosan Koncentrációval w% φ% C m C n 44

45 Az elektron egy másik atommag vonzásába kerül III. Ebben a fejezetben a kémiai reakciókkal foglalkozunk. Megismerkedünk típusaival, létrejöttének feltételeivel. Megtudjuk, hogyan jellemezzük a kémiai átalakulás sebességét és mértékét; hogy mi a különbség az egyirányú és az egyensúlyra vezető reakciók között. Foglalkozunk a kémiai reakciók energiaváltozásával is, és megismerkedünk a kémiai számítások alapjaival. A leckék címében jelzett problémákon kívül választ keresünk többek között arra, hogy: mit értünk csapadék fogalmán a kémiában; miért az életfolyamatok katalizátorai az enzimek; mire használható a friss ananászlé; mi köze van a veseműködésnek a csontritkuláshoz és a vesekövesség kialakulásához. 1. Fizikai és kémiai változások Miért pezseg az egyik, és miért a másik? 2. A kémiai reakciók típusai Mi a közös a kindertojásbombában és a légzésben? 3. Sztöchiometriai számítások Valóban vizet raktároz a teve a púpjában? 4. A kémiai reakciók feltétele és sebessége Mit tudnak az enzimes mosószerek? 5. A kémiai reakciók energiaváltozásai Mitől melegszenek az önmelegítő ételek? 6. Egyirányú reakciók KRESZ a kémiában 7. A kémiai egyensúly Kétirányú forgalom 8. A kémiai egyensúly befolyásolása Mészkőbarlangok és a cseppkőképződés Összefoglalás 45

46 1. Fizikai és kémiai változások Miért pezseg az egyik, és miért a másik? Bizonyára láttad már, hogy ha egy pohárba frissen felbontott, szénsavas ásványvizet töltesz, akkor buborékok szállnak felfelé a vízben. Ha egy pohár vízbe pezsgőtablettát teszel (vagy szódabikarbónára ecetet öntesz), akkor is buborékok szállnak fel a vízben (1. ábra). Vajon mi lehet a különbség a két folyamat között? Az anyag változásainak egy része nem jár az anyag alapvető megváltozásával. Ilyenek a halmazállapot-változások és az oldódás. Ezeket a változásokat fizikai változásoknak nevezzük. Az anyag alapvető megváltozásával járnak a kémiai változások. A kémiai változások (kémiai reakciók) során elsőrendű kémiai kötések bomlanak fel és alakulnak ki. A kémiai változás során általában új kémiai részecske (atom, molekula, ion) képződik. Mind a fizikai, mind a kémiai változásokra érvényes a tömegmegmaradás törvénye. A tömegmegmaradás törvénye szerint egy zárt rendszerben végbemenő változás során a rendszer tömege nem változik meg (2. ábra). A kémiai reakciókat kémiai egyenlettel (reakcióegyenlettel) is leírhatjuk. A kémiai egyenlet bal oldalán feltüntetjük az egymással kémiai reakcióba lépő anyagok kémiai jelét (vegyjelét vagy képletét). A kémiai egyenlet jobb oldalára a keletkezett anyagok (reakciótermékek) kémiai jelét írjuk. A két oldal közé nyilat (esetleg egyenlőségjelet) teszünk. A kémiai reakciókra az atomok megmaradásának törvénye is érvényes. Eszerint zárt rendszerben végbemenő kémiai reakció során a különböző elemek atomjainak száma nem változik meg (3. ábra). 2. A lufiban szódabikarbóna van, a lombikban ecet. Rendszerünk zártnak tekinthető. Ha beleszórjuk a lombikba a szódabikarbónát, szén-dioxid-gáz, só és víz keletkezik, de a rendszer tömege nem változik CO 2 1. Vajon miért pezseg a pezsgőtabletta, ha vízbe dobjuk? CH O H 2 O 1 C 1 C 2 O ( 4 H ) (4 O) ( 2 O ) ( 4 H ) 3. A kémiai reakciók során a különböző atomok száma változatlan marad Tudod? Jó, ha tudod! A kémiai egyenlet típusai Hányféleképpen tudjuk kémiai egyenlettel leírni azt, hogy ha cinkre sósavat öntünk, akkor hidrogéngáz fejlődik? Szóegyenlettel Sztöchiometriai egyenlettel Ionegyenlettel A kémiai egyenletben nem szerepelnek kémiai jelek, csak az anyagok neve. A kémiai egyenletben kémiai jeleket szerepeltetünk, és a kémiai egyenletet az atomok megmaradásának törvénye alapján rendezzük. A kémiai egyenletben csak azokat a részecskéket szerepeltetjük, amelyek valóban részt vesznek a kémiai reakcióban. cink + sósav cink-klorid + hidrogén Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 Zn + 2 H Cl Zn Cl + H 2 Zn + 2 H + Zn 2+ + H 2 46

47 Kétszer kettő? Hogyan rendezzük? Nyílt, zárt és izolált rendszer A kémiai egyenletek (reakcióegyenletek) rendezésének alapja az atomok megmaradásának törvénye. A következő eljárással nagyon sok kémiai egyenletet lehet viszonylag gyorsan és egyszerűen rendezni. Rendezd az atomok megmaradásának törvénye alapján a következő reakcióegyenletet! HI + HIO 3 I 2 + H 2 O Megoldás: 1. Az atomok számának egyeztetését, az egyenlet rendezését mindig azzal az atommal kezdjük, amely mindkét oldalon csak egyetlen anyagban szerepel. Ebben az esetben az egyenletrendezést csak az oxigénatommal lehet kezdeni. A kémiai egyenlet bal oldalán szereplő anyag molekulájában (HIO 3 ) 3 oxigénatom van, a jobb oldalon szereplő anyag molekulájában (H 2 O) 1 oxigénatom van. 3-nak és 1-nek a legkisebb közös többszöröse a 3. A HIO 3 elé tehát 1-es együtthatót, a H 2 O elé 3-as együtthatót írunk, így a kémiai egyenlet az oxigénatomokra nézve rendezett: HI + 1 HIO 3 I H 2 O Hasznos tanács! Bár a rendezett reakcióegyenletben az 1-es együtthatót nem szoktuk kiírni, az egyenletrendezés során írjuk ki! Sok kellemetlenségtől óvjuk meg magunkat 2. Az egyenletrendezést mindig olyan atommal folytathatjuk, amelynek mennyisége az egyenlet egyik oldalán már ismert, a másik oldalon pedig csak egy anyag esetén ismeretlen. Ebben az esetben ez a feltétel csak a hidrogénatomra teljesül, tehát a rendezést a hidrogénatommal folytatjuk. Az egyenlet jobb oldalán összesen 6 hidrogénatom van. Az egyenlet bal oldalán már biztosan van 1 hidrogénatom, tehát még szükséges 5 hidrogénatom. 5 hidrogénatomot akkor kapunk, ha a HI elé 5-ös együtthatót írunk. Így a kémiai egyenlet már oxigénatomra és hidrogénatomra is rendezett: 5 HI + 1 HIO 3 I H 2 O Az egyenletrendezést a jódatommal fejezzük be: A reakcióegyenlet bal oldalán van összesen = = 6 jódatom. A jobb oldalon akkor kapunk 6 jódatomot, ha az I 2 elé 3-as együtthatót írunk. Így megkapjuk a rendezett reakcióegyenletet: 5 HI + 1 HIO 3 3 I H 2 O A rendszer és környezete közötti kapcsolat háromféle lehet. Nyílt rendszer esetén mind energia-, mind anyagáramlás lehetséges a rendszer és környezete között. Zárt rendszer esetén csak energiaáramlás lehet a rendszer és környezete között. Az izolált rendszer semmiféle kapcsolatban nincs a környezetével. Fizikai változás: olyan változás, amely során nem változik meg az anyag Van fogalmad? kémiai minősége, csak a halmaz szerkezetében történik változás. Kémiai változás: olyan változás, amely során megváltozik az anyag kémiai minősége, mert a folyamatban elsőrendű kémiai kötések bomlanak fel és alakulnak ki. Atomok megmaradásának törvénye: zárt rendszerben végbemenő kémiai reakció során a különböző elemek atomjainak száma nem változik meg. Tömegmegmaradás törvénye: zárt rendszerben végbemenő kémiai változás során a rendszer tömege nem változik meg. Töltésmegmaradás törvénye: a kémiai reakciót leíró egyenletben a két oldalon a töltések összege megegyezik. Sztöchiometriai egyenlet: a kémiai változás leírása a reakcióban szereplő anyagok vegyjelével, illetve képletével. Ionegyenlet: a kémiai változás leírására szolgáló egyszerűsített kémiai egyenlet, amelyben csak azokat a részecskéket szerepeltetjük, amelyek valóban megváltoznak a kémiai reakcióban. Anyagi változások Fajtái: fizikai változások; kémiai változások. Megmaradási törvények: tömegmegmaradás törvénye; töltésmegmaradás törvénye; atomok megmaradásának törvénye. Kémiai egyenletek A kémiai változást írják le. Típusai: szóegyenletek; sztöchiometriai egyenletek; ionegyenletek. 47

48 2. A kémiai reakciók típusai Mi a közös a kindertojásbombában és a légzésben? Kevesen gondolnák, hogy az a kémiai reakció, amely a kindertojásba töltött sütőpor és az ecet között lejátszódik, felelős azért, hogy mi lélegezni tudjunk. Az egyik esetben hangos pukkanással jár a reakció, a szervezetünkben pedig csak egy kilégzéssel. A reakcióban részt vevő anyagok száma szerint a kémiai reakciók három csoportját különböztethetjük meg: Az egyesülés során két vagy több anyagból egy anyag keletkezik (1. ábra). Egyesülés például, amikor egy vegyület elemeiből képződik: 4 Fe + 3 O 2 = 2 Fe 2 O 3 vagy a hidrogén égése: 2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O. A vegyület elemeiből vagy kisebb molekulatömegű alkotóiból való előállítását szintézisnek is hívjuk (ammóniaszintézis: N H 2 = 2 NH 3 ). A B A B 1. Az egyesülés általános leírása Azt a kémiai reakciót, amely során egy anyagból több anyag keletkezik, bomlásnak nevezzük (2. ábra). Ha egy bomlás megfordítható, akkor disszociációról beszélünk. Tudod? Jó, ha tudod! Csapadékképződés Különösen jelentősek azok a kicserélődési folyamatok, amelyek vizes oldatokban feloldott ionos vegyületek között mennek végbe. Mivel vízben főleg az ionos vegyületek oldódnak jól, ezért a vizes oldatokban végbemenő kicserélődési reakciók nagy részében ionok vesznek részt. Az ionok között végbemenő reakcióknak számos esetben jól látható jele (színváltozás, gázfejlődés, csapadékképződés) van. Kémiában csapadéknak nevezzük az oldatból kiváló ( kicsapódó ) szilárd anyagot. A csapadékképződéssel járó reakciók során az oldatban lévő ionok közül valamelyik kation egy anionnal vízben nagyon rosszul oldódó vegyületet képez, amely az oldatból szilárd anyag (csapadék) formájában kiválik (4. ábra). A B A B 2. A bomlási folyamat általános leírása Kicserélődési reakciók során két (vagy több) anyagból két (vagy több) új anyag keletkezik (3. ábra). A B C A C B A B C D A C B D 3. Két tipikus kicserélődési folyamat sémája 2 KI (aq) A színtelen káliumjodid-oldatot hozzáöntjük + Pb(NO 3 ) 2 (aq) = a szintén színtelen ólom-nitrátoldathoz, PbI 2 (sz) + 2 KNO 3 (aq) ekkor sárga, nem oldódó ólom-jodid csapadék keletkezik, ami lassan leülepszik a főzőpohár aljára 4. A kálium-jodid és az ólom-nitrát vizes oldatainak összeöntésekor sárga színű szilárd anyag, csapadék válik ki az oldatból. Hogyan mutatnád ki, hogy egy élővíz Pb 2+ – ionokkal szennyezett? 48

49 Tudod? Jó, ha tudod! A különböző ionokból álló vegyületek oldhatósági adatai alapján meg tudjuk mondani, hogy két ionos vegyület oldatának összeöntésekor képződik-e csapadék (végbemegy-e kicserélődési reakció) vagy sem (1. táblázat). Az alkálifémek ionjait, valamint a nitrátiont tartalmazó vegyületek általában vízben jól oldódnak. Ha ilyen vegyületek vizes oldatait öntjük össze, akkor nem játszódik le kémiai reakció. Ha összeöntjük a NaNO 3 és a KCl híg vizes oldatát, a kapott oldatban négyféle ion lesz: Na + (aq), K + (aq), NO 3 (aq) és Cl (aq). Az oldhatósági táblázatból láthatjuk, hogy az ezekből az ionokból elképzelhető valamennyi vegyület (NaNO 3, NaCl, KNO 3, KCl) vízben jól oldódik. Ebben az esetben tehát nincs kicserélődési reakció, tehát nem helyes felírni a következő kémiai egyenletet: NaNO 3 + KCl = KNO 3 + NaCl. Ha viszont NaCl vizes oldatát AgNO 3 vizes oldatával öntjük össze, akkor az oldatban lévő ionoknak Na + (aq), Ag + (aq), NO 3 (aq) és Cl (aq) megfelelő vegyületek (NaCl, AgCl, NaNO 3, AgNO 3 ) között lesz egy, az ezüstklorid (AgCl), amelyik a többihez képest vízben nagyon rosszul oldódik, ezért csapadék formájában az oldatból kiválik. Ebben az esetben tehát lejátszódik a kicserélődési reakció, így felírhatjuk a kémiai egyenletet is szokásos formában: NaCl (aq) + AgNO 3 (aq) = NaNO 3 (aq) + AgCl (sz), vagy a folyamat lényegét jobban kifejező ionegyenlet formájában: Ag + (aq) + Cl (aq) = AgCl (sz). Kationok Honnan tudjuk, hogy lejátszódik-e reakció két anyag között? Anionok OH Cl S 2 SO 2 4 PO 3 4 CO 2 3 NO 3 Na + Jól Jól Jól Jól Jól Jól Jól K + Jól Jól Jól Jól Jól Jól Jól Mg 2+ Nem Jól Jól Jól Nem Nem Jól Ca 2+ Kissé Jól Kissé Kissé Nem Nem Jól Al 3+ Nem Jól Jól Nem Nem Jól Zn 2+ Nem Jól Nem Jól Nem Nem Jól A kindertojásbomba és a légzés Az oldatból nemcsak csapadékként válhat ki anyag, hanem gázképződés során is elhagyhatja a rendszert. Ilyen gázfejlődéssel járó reakció például a szódabikarbóna és az ecetsav közötti reakció, melyet kindertojásbombaként is szoktak végrehajtani. A kísérletet kellő óvatossággal akár otthon is végrehajthatod: A kindertojás műanyag tojásába szórt szódabikarbónára ha ecetet öntünk, majd a tojást azonnal lezárjuk, a keletkező gázok hangos pukkanással vetik szét a tojás két felét. Védőszemüveg használata elengedhetetlen! A lejátszódó reakció sztöchiometriai egyenlete: NaHCO 3 + CH 3 COOH = = CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 (g) ionegyenlettel leírva: HCO 3 + H + = H 2 O + CO 2 (g) Ennek a reakciónak fontos szerep jut a légzésünk során. A vérünkben szállított szén-dioxid ~90%-a nem oldott formában, hanem HCO 3 -ionként van jelen. Mikor a véráramban szállított HCO 3 -ion belép a vörösvérsejtbe, reagál az ott található H + -ionnal, ekkor keletkezik a CO 2. Ez a felszabaduló gáz kerül aztán a tüdőbe, amelyen keresztül eltávozik szervezetünkből. Egyesülés: olyan kémiai reakció, amely során két vagy több anyagból Van fogalmad? egy anyag keletkezik. Szintézis: egy vegyület elemeiből vagy kisebb molekulatömegű alkotóiból való előállítása. Bomlás: olyan kémiai reakció, amely során egy anyagból több anyag keletkezik. Disszociáció: olyan bomlás, amely megfordítható. Kicserélődési reakció: olyan kémiai reakció, amely során két (vagy több) anyagból két (vagy több) új anyag keletkezik. Csapadék: az oldatból rossz oldhatósága miatt kiváló ( kicsapódó ) szilárd anyag. Ag + Nem Nem Kissé Nem Nem Jól Cu 2+ Nem Jól Nem Jól Nem Nem Jól Pb 2+ Nem Kissé Nem Nem Nem Nem Jól Fe 2+ Nem Jól Nem Jól Nem Nem Jól Fe 3+ Nem Jól Jól Nem Nem Jól 1. táblázat. Különböző kationokból és anionok ból képezhető sók vízben való oldhatóságának megállapításához A kiindulási anyagok és a termékek száma szerint a kémiai reakció lehet: egyesülés (speciális esete a szintézis), bomlás (speciális esete a disszociáció), kicserélődési reakció. A vizes oldatban lejátszódó kicserélődési reakciók járhatnak: gázfejlődéssel vagy csapadékképződéssel. 49

50 3. Sztöchiometriai számítások Valóban vizet raktároz a teve a púpjában? A tevéről az elképzelésünk, hogy képes több napig elboldogulni a sivatagban azzal a vízzel, amit a púpjában hord. De valóban víz raktározódik a púpjában? Ha utánanézünk, kiderül, hogy zsírt tartalmaz. Hogyan lesz a zsírból víz, és konkrétan mennyi? Könnyedén kiszámolhatjuk, ha ismerjük az egyenletet A kémiai egyenlet az egymással maradék nélkül reagáló anyagok mennyiségi viszonyairól (anyagmennyiség-arányáról, tömegarányáról, gázok esetén térfogatarányáról) ad felvilágosítást. Amennyiben az egymással reakcióba lépő anyagok (kiindulási anyagok) a kémiai egyenletben feltüntetett mennyiségi arányban vannak jelen, akkor sztöchiometrikus mennyiségekről beszélünk. Sztöchiometrikus mennyiségben tartalmazza például a durranógáz a hidrogént és az oxigént, hiszen a durranógázban a hidrogén és az oxigén anyagmennyiség-aránya 2 : 1, pontosan annyi, mint amennyi a két gáz reakcióját leíró kémiai egyenletben (2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O). A kiindulási anyagok azonban nem mindig sztöchiometrikus arányban vannak jelen. Ilyenkor a sztö chio metri kusnál nagyobb mennyiségben jelen lévő anyag nem alakulhat át teljes mennyiségében, tehát fölöslegben van. Az az anyag, amelyik a szöchiometrikusnál kisebb menynyiségben van jelen, az teljes mértékben átalakul, és a reakció végén nem marad belőle. A keletkező termékek mennyiségét és a vele reakcióba lépő fölöslegben lévő anyag mennyiségét is ez az anyag határozza meg, ezért ezt nevezzük meghatározó reagensnek (1. ábra). reakció előtt reakció után Szerinted? Hány egységcsomagra elég? Egy bútoráruházban fogóból, csavarhúzóból és kalapácsból egységcsomagokat kell összeállítani. Hogy hány készlet állítható össze, azt az a komponens határozza meg, amelyikből a legkevesebb van. (2. ábra). 2. Melyik szerszám határozza meg az összeállítható csomagok számát? Szerinted? rendelkezésre álló eszközök 1. készlet 2. készlet 3. készlet 4. készlet kimaradt eszközök Melyik a meghatározó reagens? Az ábrán nitrogénmolekulák (kék) és hidrogénmolekulák (fehér) láthatók. Elvileg hány ammóniamolekula keletkezhet belőlük? A reakció egyenlete: N H 2 = 2 NH H 2 és 7 O 2 10 H 2 O és 2 O 2 1. Hány vízmolekula keletkezhet 10 hidrogénmolekulából és 7 oxigénmolekulából? Mivel nincs annyi hidrogén, hogy az összes oxigénnel vízzé alakuljon, ezért csak a hidrogén fogy el maradék nélkül, a hidrogén a meghatározó reagens. 10 hidrogénmolekulából pedig 10 vízmolekula keletkezhet 3. Elvileg hány ammóniamolekula keletkezhet belőlük? 50

51 Kétszer kettő? A meghatározó reagens kiválasztása Szerinted? Miért vonzza a mágnes a vas-szulfidot? Hány mól AlCl 3 keletkezhet 10,0 mol alumínium és 12,0 mol klórgáz reakciójában? A reakcióegyenlet: 2 Al + 3 Cl 2 = 2 AlCl 3 1. Az ismert adatok összegyűjtése: Az alumínium anyagmennyisége: 10,0 mol. A klórgáz anyagmennyisége: 12,0 mol. Reakcióegyenlet: 2 Al + 3 Cl 2 = 2 AlCl 3. Keressük az alumínium-klorid anyagmennyiségét. 2. Mivel mindkét reagáló anyag mennyisége ismert, ezért el kell dönteni, hogy melyik a meghatározó reagens, és annak mennyiségéből kell kiszámolni a termék mennyiségét. A meghatározó reagens kiválasztására többféle módszert alkalmazhatunk. Itt most két módszert mutatunk be. Kiválasztás feltételezéssel: Tételezzük fel, hogy az alumínium a meghatározó reagens, tehát 10,0 mol alumínium alakul át. A reakcióegyenlet szerint ehhez másfélszer annyi, azaz 15,0 mol klórgáz szükséges. Nekünk csak 12,0 mol klórgázunk van, tehát nem tud az összes alumínium átalakulni. Az alumínium nem lehet a meghatározó reagens, tehát akkor a klórgáz lesz az. A reakcióegyenlet szerint 12,0 mol klórgáz átalakulásakor 8,0 mol AlCl 3 keletkezik. Kiválasztás az összes lehetőség figyelembevételével: Ha mind a 10,0 mol alumínium átalakulna, akkor 10,0 mol AlCl 3 keletkezne. Ha mind a 12,0 mol klórgáz átalakulna, akkor 8,0 mol AlCl 3 keletkezne. Mivel a klórgáz esetén számolt érték kisebb, mint az alumínium esetén számolt érték, ezért a klórgáz a meghatározó reagens, és így 8,0 mol AlCl 3 keletkezhet. Ha sztöchiometrikus arányban összekevert vasport és kénport reagáltatunk egymással kémcsőben, akkor sárga kéngőzképződés közben vas-szulfid keletkezik. Ez a vegyület már nem mágneses. Ugyanakkor a kémcsőből kivett vas-szulfidunkat mégis vonzza a mágnes. Mi lehet ennek az oka? Kétszer kettő? Hány liter vízzé alakít ható a teve púpjában lévő zsír? Ha a zsírt C 57 H 110 O 6 -molekulának fogjuk fel (M zsír = 891,45 g/mol), akkor oxidációja a következő egyenlet szerint megy végbe: 2 C 57 H 110 O O CO H 2 O Ha a teve 2,5 kg zsírt bont le púpjából, akkor ez 2500 g = 2,8 mol zsír g 891,45 mol A reakcióegyenletből látható, hogy 2 mol zsír lebontásakor 110 mol víz keletkezik. Ha a teve 2,8 mol zsírt bont le, akkor a keletkező víz mennyisége: 2,8 mol 110 mol = 154 mol víz 2 mol Ennek tömege pedig az m víz = n M víz egyenlet alapján g 154 mol 18 = 2772 gramm. mol Ez gyakorlatilag 2,77 liter víznek felel meg. Azaz miközben a teve a zsír lebontásával jut energiához, körülbelül a zsírral megegyező tömegű víz is keletkezik. 3. A kérdés megválaszolása 10,0 mol alumínium és 15,0 mol klórgáz reakciójában 8,0 mol AlCl 3 keletkezhet. Sztöchiometrikus mennyiség: a reagáló anyagok a kémiai egyenletben Van fogalmad? feltüntetett mennyiségi arányban vannak jelen. Meghatározó reagens: nem sztöchiometrikus mennyiségek esetén az a kiindulási anyag, amely a reakció során maradék nélkül átalakul. Sztöchiometria A kémiai reakciók mennyiségi viszonyait vizsgálja. Sztöchiometrikus mennyiségek: a reakcióban részt vevő anyagok a kémiai egyenletben szereplő mennyiségi arányban vannak jelen. Meghatározó reagens: az a kiindulási anyag, amelyik maradéktalanul átalakul, mennyiségéből lehet számításokat végezni. 51

52 4. A reakciók feltétele és sebessége Mit tudnak az enzimes mosószerek? A hagyományos mosószerek (pl. a szappanok) a kis molekulatömegű apoláris szennyezések elsősorban zsírok és olajok eltávolítására alkalmasak. Nem elég hatékonyak viszont fehérjeeredetű szennyeződések (pl. a vérfolt) eltávolításában. Az új típusú mosószerekben olyan anyagok is vannak, amelyek ezeket a nehezen eltávolítható szennyezéseket kisebb részekre bontják. Ezek az enzimek. Az enzimeket biokatali zátoroknak is nevezzük. Számos mosó- és mosogatószer, valamint a kontaktlencse mosófolyadéka is tartalmaz enzimeket. Ahhoz, hogy megértsük hatásukat, ismerkedjünk meg a kémiai reakciók feltételeivel és sebességével! A kémiai változások (kémiai reakciók) során elsőrendű kémiai kötések bomlanak fel és alakulnak ki. A kémiai reakciónak három feltétele van: az egymással reakcióba lépő anyagok (kiindulási anyagok, reagensek, reakciópartnerek) részecskéinek (1) ütközniük kell egymással; (2) megfelelő térhelyzetben kell ütközniük; és (3) megfelelő energiával kell ütközniük. Azt az energiatöbbletet, amellyel az ütköző részecskéknek rendelkezniük kell ahhoz, hogy kémiai átalakulás történjen, aktiválási energiának (E a ) nevezzük. A különböző kémiai reakciók különböző idő alatt mennek végbe (1. ábra). A kémiai reakciók gyors vagy lassú voltát a reakciósebességgel jellemezhetjük. A kémiai reakció sebessége az időegység alatt egységnyi térfogatban (vagy felületen) átalakult anyagmennyiséget jelenti. A reak ciósebességet meghatározó legfontosabb tényezők: (1) a reagáló anyagok minősége és (2) koncentrációja; (3) a hőmérséklet; valamint (4) idegen anyagok (katalizátorok, inhibitorok) hatása. A reakciósebesség a reagáló anyagok koncentrációjával nő. Koncentrációnövelésnek tekinthető az is, ha gázreakciók esetén a gázok nyomását növeljük. Heterogén reakciók esetében a felület nagyságának növelése tekinthető koncentrációnövelésnek. Ha aprítjuk az anyagokat, akkor a nagyobb felületen több részecske tud reakcióba lépni. A nagyon apróra őrölt szerves anyagok gyakorta okoznak porrobbanást cukorgyárakban, malmokban, fűrészüzemekben. Nézz utána az interneten, mit jelent a porrobbanás, és mi indítja el! 1. A reakciók különböző sebességgel mehetnek végbe. Példa a mindennapok lassú, közepes és robbanásszerű kémiai reakciójára Tudod? Jó, ha tudod! A 2. ábrán látható reakcióegyenlet szerint a kék és sárga anyagok atomjainak reakciója során egy zöld vegyület molekulái keletkeznek. A grafikon a keletkezett termékek mennyiségének változását mutatja be az idő függvényében. Ha a reakciósebesség végig ugyanolyan értékű lenne, akkor a piros, elhajló görbe helyett egy ferde egyenest kellene kapnunk. Próbálj magyarázatot találni arra, hogy miért lassul le az idő előrehaladtával a reakció, miért kell több időnek eltelni a reakció vége felé, mire megjelenik egy újabb termékmolekula! a termék koncentrációja csak kiindulási anyag A reakció sebességének változása 75% termék 100% termék 50% termék 25% termék idő A reakciók sebessége a folyamat lejátszódása során csökken

53 A legtöbb kémiai reakció sebessége általában rohamosan csökken a hőmérséklet csökkentésével. Ezt használjuk ki a hűtéssel, fagyasztással történő tárolásnál. Számos példát ismerünk arra, hogy olyan anyagok is befolyásolhatják a reakciósebességet, amelyek nem kiindulási anyagai a reakciónak. Azok az idegen anyagok, amelyek a reakciókat gyorsítják, tehát a reakciósebességet növelik, a katalizátorok. Valójában a katalizátorok átmenetileg részt vesznek a reakcióban, de a reakció végén változatlan formában újraképződnek. Sebességnövelő hatásuk általában azzal magyarázható, hogy egy új, az eredetinél kisebb aktiválási energiájú reakcióutat nyitnak meg (3. ábra). A katalizátorok csak az átalakulás sebességét növelik meg, de nem változtatják meg a termékek minőségét, valamint az átalakulás mértékét és energiáját. A katalizátoroknak fontos szerepük van az ipari folyamatokban (pl. ammóniaszintézis, salétromsavgyártás, kénsavgyártás), a káros anyagok csökkentésében a gépkocsik kipufogógázában, valamint az élő szervezetben végbemenő folyamatokban is. Az élő szervezet folyamatainak katalizátorai az enzimek. Az enzimek egy része magas hőmérsékleten elveszti aktivitását, ezért az általuk katalizált életfolyamatok leállnak. Ezért is veszélyes a tartós, magas láz. Vannak olyan anyagok, amelyek a reakciók sebességét lassítják. Ezekkel az anyagokkal gátolják például az autógumi öregedését vagy a majonéz megromlását. Az ilyen, reakciósebességet csökkentő anyagokat inhibitoroknak nevezzük. energia reakció lejátszódása Tudod? Jó, ha tudod! aktiválási energia aktiválási energia katalizátorral 3. A katalizátor egy új, az eredetinél kisebb aktiválási energiájú reakcióutat nyit meg így gyorsítja a folyamatokat Az enzimek az életfolyamatok katalizátorai Az emésztőrendszerünkbe bekerülő táplálék lebontását, átalakítását is enzimek végzik. A nyálban található amiláz enzim a szénhidrátokat bontja, a gyomorban található pepszin pedig a fehérjéket. Enzimek vesznek részt az immunrendszer működésében is. A hétköznapi életben is használunk enzimeket. Tisztításra elsősorban a zsírbontó (lipáz), a szénhidrátbontó (amiláz) és a fehérjebontó (proteáz) enzimeket használjuk. Sok enzimet használ az élelmiszeripar is elsősorban pékáruk, sajtok, tejtermékek gyártására. A gyógyszeriparban számos antibiotikum előállítása során használnak enzimeket. Az enzimek által meggyorsított folyamatok alapvetőek a biotechnológiában is. A legtöbb enzim hatékony működéséhez a 40 C körüli hőmérséklet az optimális. Vigyázz! Kész labor! Az ananász fehérjebontó enzimje Az ananászban található bromelin enzim képes állati fehérje bontására. A kísérlet elvégzéséhez boltban vásárolható zselatinlapokat használhatsz. A zselatint állati porcból, körömből, csontból készítik, így tartalmaz állati fehérjéket. A zselatinlapra helyezz egy friss ananászból vágott szeletet. Egy másik zselatinlapra helyezz konzervből származó ananászdarabot. Pár óra múlva nézd meg, hogy mi történt a két lappal! Mikrohullámú sütőben forrósíts fel egy friss ananászszeletet, hagyd kihűlni, majd végezd el ezzel is a kísérletet! Vajon mivel lehet magyarázni a zselatinlapokon látható különbséget? (Segítségül: a konzerv ananászt hőkezeléssel tartósítják.) Aktiválási energia: az az energiatöbblet, amellyel az ütköző részecskéknek Van fogalmad? rendelkezniük kell ahhoz, hogy kémiai átalakulás történjen. Reakciósebesség: az időegység alatt egységnyi térfogatban (vagy egységnyi felületen) átalakult anyagmennyiség. Katalizátor: olyan anyag, amely a reakciósebességet növeli, de a reakció végén változatlan formában újraképződik. Inhibitor: a reakciót gátló, reakciósebességet csökkentő anyag. A kémiai reakciók feltétele a reagáló anyagok részecskéinek hatékony ütközése megfelelő térhelyzetben megfelelő energiával aktiválási energia. A reakciósebesség az időegység alatt átalakult anyagmennyiség; értéke függ a reagáló anyagok minőségétől; koncentrációjától (a koncentráció növelésével nő); a hőmérséklettől (általában a hőmérséklet növelésével nő); egyéb anyagoktól (a katalizátorok gyorsítják, inhibitorok lassítják) Enzimek biokatalizátorok. 53

54 5. A kémiai reakciók energiaváltozásai Mitől melegszenek az önmelegítő ételek? A ma is kapható legismertebb önmelegítő ételekben a melegítő töltet égetett meszet (CaO-ot) tartalmaz. A főzéshez kevés vízre van szükség, melyet a CaO-töltetre kell önteni. Az égetett mész és a víz között végbemenő kémiai reakció a mészoltás nagy hőtermeléssel jár. Ez melegíti fel az ételt. Mivel a kémiai reakciók során elsőrendű kémiai kötések bomlanak fel és alakulnak ki, ezért a kémiai reakciók energiaváltozással járnak. Ha a kialakuló kötések energiája nagyobb, mint a felbomló kötéseké, akkor a kémiai reakció során energia szabadul fel. Ilyenkor exoterm (hőtermelő) folyamat megy végbe. Ha a régi kötések felbontásához nagyobb energia szükséges, mint amennyi felszabadul az új kötések kialakulásakor, akkor a kémiai reakció energiafelvétellel jár. Ez az endoterm (hőelnyelő) folyamatra jellemző (1. ábra). A kémiai reakciók során bekövetkező hőváltozást a reakcióhővel jellemezzük. A reakcióhő megmutatja, hogy mekkora a hőváltozás, ha a reakcióegyenletben szereplő mennyiségű és minőségű anyagok maradék nélkül termékekké alakulnak. Mértékegysége: kj/mol. Előjele: exoterm reakciók esetén negatív, endoterm reakciók esetén pozitív. Az élelmiszerek tápértéke és az energiahordozók fűtőértéke szempontjából fontos reakcióhő az égéshő. Az égéshő 1 mol anyag tökéletes égésének reakcióhője. Ismeretében kiszámíthatjuk az anyagok fajlagos égéshőjét. Ezzel jellemezzük az élelmiszerek tápértékét (1. táblázat) és a tüzelőanyagok fűtőértékét (2. táblázat). Az élelmiszerek tápértékét a csomagoláson mindig feltüntetik kj-ban, de gyakran kilokalóriában (kcal) is. Nézz utána, mi a kalória, és milyen kapcsolata van a joule-lal! Ételmelegítő töltetek Ételmelegítő tölteteket használtak már a II. világháborúban is. (A hadszíntéren ugyanis nem mindig tanácsos tüzet gyújtani.) Ezekben vagy valamilyen fém gyors korróziója, vagy alkohol égése, vagy egy alkalmas anyag vízzel való reakciója szolgáltatta a melegítéshez szükséges hőt. A polgári életben 1995-ben jelentek meg az első félkész ételek, amelyekben a főzéshez szükséges hőt beépített melegítő töltet biztosítja kb. 15 percen ke resztül. Elsősorban a sokat úton lévők (pl. kamionosok), vadászok, kirándulók számára hasznosak az ilyen ételek. energia energia Élelmiszer (100 g) Energia (kj) Fehér kenyér 1017 Sült krumpli 762 Palacsinta 1306 Jégkrém 301 Főtt tojás 670 Grillcsirke 833 Édes keksz 1976 Alma 222 Narancs 188 Sör 167 Tömény szeszesital 1. táblázat. Néhány élelmiszer tápértéke kiindulási anyagok termékek EXOTERM energiabefektetés ENDOTERM 967 energiafelszabadulás termékek kiindulási anyagok 1. Egy exoterm és egy endoterm folyamat energia diagramja Az energiaforrás Fűtőértéke kj/g Koksz 33 Feketekőszén 25 Fa 17 Kerozin 48 Benzin 50 Dízelolaj 45 Etanol 30 Biogáz Bután (LPG) 50 Metán 55 Hidrogén táblázat. Néhány tüzelőanyag fűtőértéke 54

55 Az energiamegmaradás törvénye a kémiai reakciókra is érvényes. Az energiamegmaradás törvénye szerint a kémiai reakciók során az energia változatlan marad, csak a megjelenési formája változik meg, azaz egyik energiafajta átalakul másik energiafajtává. A Hess-tétel. A reakcióhő csak a kiindulási anyagok és a termékek energiaszintjétől (minőségétől, mennyiségétől és állapotától) függ. Független attól, hogy a reakció hány lépésben, milyen részfolyamatokon keresztül és milyen gyorsan megy végbe. Például ha 1 mol szenet elégetünk szén-dioxiddá, ugyanannyi hőt nyerünk, mintha az 1 mol szenet először szén-monoxiddá oxidáltuk volna, majd a kapott 1 mol szén-monoxidot égettük volna el szén-dioxiddá. A reakcióhő és az aktiválási energia kapcsolata A 2. ábra egy exoterm folyamat energia diagramja. Magyarázd el, hogy mi történik a részecskék megfelelő energiával történő ütközéséhez szükséges energiabefektetéssel az égés során! Magyarázatodhoz használhatsz analógiákat, például belvízzel borított szántóföldről a víz átemelése a gáton egy mélyebben fekvő folyóba stb. Milyen kapcsolat van a reakcióhő, valamint az átalakulás és a visszaalakulás aktiválási energiája között? Kétszer kettő? Tüzelőanyagok és tápanyagok fűtőértéke Az élelmiszerek tápértékének ismeretében számold ki, hogy a sült krumplit (70 gramm) mennyi almával (1 közepes alma ~150 gramm) lehetne helyettesíteni! Egy gépkocsi átlagos benzinfogyasztása 100 km-en 6 liter. A benzin sűrűsége 0,73 g/cm 3. Hány kilogramm fa elégetésével lehetne ennyi energiát előállítani? Élelmiszerek tápértékének meghatározása Ha egy mól szőlőcukrot elfogyasztunk, akkor az a szervezetünkben nagyon sok lépésben átalakul 6 mol CO 2 – és 6 mol H 2 O-molekulává. Pontosan ugyanúgy, amint azt a cukor közvetlen elégetésével kapnánk. Hess tétele értelmében a két folyamatban felszabaduló hő ugyanannyi. Ez az alapja az élelmiszereinken található energiatartalom meghatározásának. Amennyi hőt az adott élelmiszer a laboratóriumi elégetés során termel, ugyanannyi szabadul fel belőle a szervezetben is, amennyiben teljesen átalakul. Ha egy korpás kifli égéshőjét laboratóriumban, oxigénben történő elégetéssel határozzák meg, vajon tényleg ennyi energiát fog átadni a szervezetben történő átalakulása során is? energia kiindulási anyagok aktiválási energia a reakció során felszabaduló hő termékek a reakció lejátszódása az időben 2. Egy exoterm folyamat energiadiagramja Kétszer kettő? Mennyi a reakcióhő? A hidrogén égésének (2 H 2 + O 2 2 H 2 O) reakcióhője 572 kj/mol. Mennyi lehet a következő kémiai átalakulások reakcióhője? H 2 + 0,5 O 2 H 2 O 2 H 2 O 2 H 2 + O 2 Exoterm folyamat: hőfelszabadulással járó folyamat. Van fogalmad? Endoterm folyamat: hőelnyeléssel járó folyamat. Reakcióhő: az az energiaváltozás, amely akkor következik be, ha a reakcióegyenletben szereplő mennyiségű és minőségű anyagok maradék nélkül termékekké alakulnak. Égéshő: 1 mol anyag tökéletes égésének reakcióhője. Hess-tétel: a reakcióhő csak a kiindulási anyagok és a termékek energiaszintjétől (minőségétől, mennyiségétől és állapotától) függ. A kémiai reakció Energiaváltozás alapján lehet: exoterm (hőfejlődéssel járó), endoterm (hőelnyeléssel járó). Fontos jellemzője a reakcióhő. Mértékegysége: kj/mol. Előjele: negatív (exoterm), pozitív (endoterm). Speciális esete: az égéshő. Az energiamegmaradás törvénye Kémiai reakciók során az energia változatlan marad. Egyik energiafajta átalakul másik energiafajtává. 55

56 6. Egyirányú reakciók KRESZ a kémiában A hűtőszekrény egy halmazállapot-változásokon alapuló körfolyamatot játszat le. A folyamat során a hőt egyik helyről átjuttatja egy másikba, miközben a hűtőfolyadék anyaga változatlan marad. Spontán, maguktól végbemenő folyamatokat tapasztalunk környezetünkben: a meleg tea kihűl, a lufi leereszt, a kockacukor feloldódik és szétoszlik a teá ban. Ellenkező irányba viszont nem játszódnak le ezek a folyamatok. Ha mégis visszafelé akarjuk lejátszatni, akkor munkát kell végezni, energiát kell bevinni a rendszerbe, hogy visszaálljon a kiindulási állapot. Ezeknek a spontán végbemenő fizikai folyamatoknak a hajtóereje a rendszerben előálló hőmérséklet-, nyomásvagy koncentrációkülönbség. Mivel a rendszer két pontján a felsorolt fizikai mennyiségeknek különbözők az értékeik, ezért energia-, illetve tömegáramlás indul meg a magasabb értékű helyről az alacsonyabb felé. Ez az áramlás egészen addig tart, míg meg nem történik a kiegyenlítődés a két pont között. Az így előálló állapotot nevezzük egyensúlynak. energia A lejátszódó folyamatok modellezhetők egy gödör fenekére leguruló golyóval (1. ábra). Amikor a golyó megáll, akkor kerül a rendszer egyensúlyi állapotba. Ha az egyensúlyi állapot stabil, akkor a rendszer bármilyen változtatás hatására visszatér a kiinduló állapotába (kék golyó). Gyakran találkozunk olyan egyensúlyi állapotokkal, ahol a rendszer még nem érte el a legalacsonyabb energiaszintjét, egy lokális minimum állapotban metastabil állapotban talál ható (piros golyó). Ebből az állapotából az egyensúly kicsiny megzavarása során is kibillen, és elindul egy olyan folyamat, ami mélyebb energiájú állapothoz vezet. Ilyen metastabil állapotnak tekinthetők a túlhűtött folyadékok is, amelyekben egy kristály beleejtése már elindítja a kristályosodási folyamatot. metastabil állapot Stabil és meta stabil egyensúlyi állapot 1. Stabil és metastabil állapot stabil állapot reakció lejátszódása A gyilkos metastabil állapot A Nyos Kamerunban található krátertó os, robbanásszerű hanghatással kísért kitörése során több mint 1700 embert ölt meg. A tó alatt egy magmaüreg helyezkedik el, amelyből szén-dioxid szivárog a vízbe. A tó alján a fölötte lévő óriási vízoszlop miatt nagy a nyomás, és jóval hidegebb a víz hőmérséklete, mint a felszín közelében. Ideális állapotot biztosít ez a szén-dioxid-gáz oldódásához. A folyamat ahhoz hasonló, mint amikor a szénsavas üdítőket szén-dioxiddal töltik fel: nagy nyomáson és alacsony hőmérsékleten zajlik a folyamat, hogy több gáz kerüljön oldott állapotba. A tóban lassan felgyülemlő szén-dioxid mértéke egyszer elér egy kritikus pontot, amikor már több gáz nem oldható fel. A továbbra is szivárgó gáz a telítődött víz egy részét a magasabb rétegbe tolja fel, ahol a csökkenő nyomás már nem képes oldott állapotban tartani a szén-dioxidot, megindul a buborékok lassú áramlása a felszín felé. Ebben a telített állapotban elég egy gyenge földmozgás, hogy a tó oldódás szerint rétegzett vize egy picit megkavarodjon, és megindul a kitörés folyamata. A szén-dioxiddal telített tó kitörése ahhoz hasonlatos, mint amikor egy szénsavas üdítőt melegen felnyitunk. A buborékok megindulnak a magasba, maguk előtt tolják a vizet, a mélyből pedig a felszálló buborékok után nyomul a víz, amelyből még több szén-dioxid szabadul fel. A Nyos tóból kiszabaduló szén-dioxid olyan mennyiségű volt, hogy a kráter katlanjában lévő élőlényeknek nem maradt esélyük a túlélésre, az elmenekülésre. 56

57 Azokat a kémiai reakciókat, amelyekben legalább a kiindulási anyagok egyike teljes mértékben termékké alakul (elfogy), egyirányú reakcióknak nevezzük. Ha egy reakció egyirányú voltát hangsúlyozni akarjuk, akkor a kémiai egyenletben feltétlenül nyilat kell használnunk, pl.: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O. Az egyirányú reakciókban a kiindulási anyagok koncentrációja egyre csökken, és legalább az egyik anyagé a meghatározó reagensé nullát ér el, a termékek koncentrációja pedig egyre nő, majd egy állandó értéket ér el (2. ábra). Az egyirányú reakciók esetén csak a kiindulási anyagok részecskéinek ütközése vezethet kémiai reakciókhoz, a termék részecskéinek ütközése legalábbis az adott körülmények között nem eredményez kémiai átalakulást. 0 s 20 s 40 s 60 s 1 mol A 0 mol B koncentráció 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Reciklizálás mint körfolyamat 2. Az A (piros) B (kék) folyamat során a kiindulási anyag koncentrációja nullává válik, míg a keletkezett anyagoké eléri a maximális értéket A PET-palackok feldolgozása is egy körfolyamat, melynek során ismét ugyanazt az anyagot állíthatják elő belőle. De nemcsak palackok, hanem polárpulóverek, öltönyök, nyakkendők is előállíthatók a reciklizált palackokból. Egy pulóver előállításához PETpalack szükséges. összegyűjtés 0,54 mol A 0,46 mol B idő (s) osztályozás 0,3 mol A 0,7 mol B tömörítés 0 mol A 1 mol B Körfolyamat Egyirányú folyamatok során keletkezett termékeket újabb reakciókban lehet kiindulási anyagként felhasználni. Reakciók sorozatával eljuthatunk oda, hogy az utolsó reakcióban keletkező anyag megegyezik a kiindulási anyagunkkal. Az ilyen folyamatot nevezzük körfolyamatnak. Az egyik legismertebb körfolyamat a mészkő felhasz nálása. A mészkő nagyszerű anyag, több célra is fel tudjuk használni. A problémát a megjelenési formája jelenti. A mészkövet ugyanis nem kőtörmelékként, porként, hanem vékony, falra kenhető rétegként szeretnénk használni. Ehhez három lépésre van szükségünk: A mészkő hevítés hatására elbomlik: CaCO 3 CaO + CO 2. Ezt a folyamatot nevezzük mészégetésnek. Az égetett mész (CaO) a kiindulási anyaga a mészoltásnak és a cementgyártásnak. Az égetett mész vízzel való reakciója a mészoltás: CaO + H 2 O Ca(OH) 2. A folyamat jelentős hőfejlődéssel jár, és a képződött kalcium-hidroxid (oltott mész) vizes oldata lúgos kémhatású. A kalcium-hidroxid vizes oldata (meszes víz) szén-dioxid hatására újra kal ciumkarbonáttá alakul: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O. Ez a folyamat játszódik le a habarcs megszilárdulásakor és meszeléskor (4. ábra). mészégetés CaCOhő 3 CaO + CO 2 kalcium-oxid, égetett mész, CaO kalcium-karbonát, mészkő, CaCO 3 habarcs megkötése Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O mészoltás CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Egyirányú reakció: amelyben legalább a kiindulási anyagok egyike teljes mértékben elfogy. kalcium-hidroxid, oltott mész, Ca(OH) 2 4. A kibányászott mészkő és a falon megtalálható mész ugyanaz az anyag. Csak óriási energiába kerül, mire sikerül más formában, de ismét mészkővé alakítani Van fogalmad? végtermék őrlés félkész termék újraolvasztás 3. Az újrafelhasználható műanyagok feldolgozása is körfolyamat mosás Spontán folyamatok Hajtóereje a rendszer részei közötti koncent ráció-, nyomás- vagy hőmérsékletkülönbség. Addig tart, míg beáll az egyensúly. Egyirányú reakciók A kiindulási anyagok egyike teljes mértékben elfogy. 57

58 7. A kémiai egyensúly Kétirányú forgalom A szénsavas ásványvizet pohárba öntve azonnal megjelennek a pohár oldalán a szénsav bomlásából (is) származó buborékok, míg a zárt palack oldalán ilyen buborékokat nem látunk. A zárt palackban nem bomlik el a szénsav, csak ha szabad levegőre tesszük? Vagy a palackban is történik bomlás, csak nem látjuk? Az olyan kémiai reakciókat, amelyek során egyik kiindulási anyag sem alakul át teljes mértékben, egyensúlyra vezető kémiai reakciónak nevezzük. Ha egy reakció egyensúlyi voltát akarjuk hangsúlyozni, akkor a kémiai egyenletben kettős nyilat ( ) használunk, pl.: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3. Az egyensúlyra vezető kémiai reakciók esetén egyszerre megy végbe a kiindulási anyagok átalakulása termékekké és a termékek visszaalakulása kiindulási anyagokká. A reakció során az átalakulás reakciósebessége (v 1 ) egyre csökken, a visszaalakulás reakciósebessége (v 1 ) egyre nő, addig, amíg a két sebesség egyenlő nem lesz egymással. Eközben a kiindulási anyagok koncentrációja csökken, a termékeké egyre nő, majd amikor az átalakulás és a visszaalakulás reakciósebessége egymással egyenlő lesz, a kiindulási anyagok és a termékek koncentrációja tovább nem változik, állandó lesz (1. ábra). Az egyensúlyra vezető reakciók során nemcsak a kiindulási anyagok részecskéinek ütközése, hanem a termékek részecskéinek ütközése is kémiai reakcióra vezethet. Azt az állapotot, amikor az átalakulás és a visszaalakulás reakciósebessége egymással megegyezik (v 1 = v 1 ), és a kiindulási anyagok, valamint a termékek koncentrációja nem változik, dinamikus egyensúlyi állapotnak nevezzük. 1. Az egyensúlyi folyamatokban folyamatos keletkezés és visszaalakulás zajlik. Az egyensúly beállása után sem a kiindulási anyag, sem a termék koncent rációja nem változik koncentráció Egy általánosan felírt a A + b B c C + d D egyensúlyra vezető kémiai reakció egyensúlyi állapotára igaz, hogy a termékek egyensúlyi koncentrációjának megfelelő hatványon vett szorzata osztva a kiindulási anyagok egyensúlyi koncentrációjának megfelelő hatványon vett szorzatával egy állandó érték. Ez a tömeghatás törvénye. Az egyensúlyt jellemző állandó az egyensúlyi állandó. K = [C] c e [D] d e [A] a e [B] b e Az egyensúlyi állandó az átalakulás mértékét mutatja meg. Minél nagyobb az értéke, annál nagyobb mértékű a ki indulási anyagok termékké történő átalakulása (2. ábra). koncentráció CO 2 H 2 CO 3 termékek kiindulási anyagok egyensúlyi állapot A tömeghatás törvénye koncentráció a) idő b) 2. Az a) egyensúlyi folyamatban a K > 1, hiszen nagy a keletkezett termék és kicsi a kiindulási anyag koncentrációja. A b) folyamat egyensúlyi állandója: K < 1 idő kiindulási anyagok termékek idő Vigyázz! Kész labor! A következő órára mindenki hozzon magával egy dobókockát és egy kártyát, melynek egyik oldalán a Kiindulási anyag, a másikon Termék felirat olvasható. A játék kezdetekor mindenki tegye maga elé a kártyáját úgy, hogy a Kiindulási anyag felirat nézzen feléje! Tanárotok jeladására mindenki dobjon a dobókockájával egyet: ha a dobás eredménye 1-es vagy 2-es, akkor fordítsd meg az előtted lévő kártyát, hogy a Termék felirat nézzen feléd. 58 Játsszunk egyensúlyt! Ha a dobás eredménye 6-os, akkor amennyiben a Termék felirat néz feléd fordítsd vissza a kártyát a Kiindulási anyag feliratra! Tanárotok minden dobás után megszámolja és feljegyzi a Kiindulási anyagok és a Termékek számát. Újabb dobás következik Folytassátok a játékot dobásig, majd ábrázoljátok egy derékszögű koor dináta-rendszerben a tanárotok által feljegyzett adatokat: a Kiindulási anyag és a Termék számát a dobásszám (idő) függvényében! Értelmezzétek a kapott görbéket! Milyen a folyamat egyensúlyi állandója?

59 Tudod? Jó, ha tudod! Az ózon képződése és elbomlása Az ózon képződése oxigénből a sztratoszférában az UV-C sugárzás hatására több lépésben következik be, míg UV-B sugárzás hatására az ózon több lépésben oxigénre bomlik. A két folyamat egyszerre a következő egyenlettel adható meg: UV-C 3 O 2 2 O 3 UV-B Az ózon képződése az UV-C sugárzást, az ózon bomlása pedig az UV-B sugárzás egy részét szűri ki a Föld felszínét érő sugárzásból. Az ózon képződési folyamata egy nagyon kicsit gyorsabb, mint az elbomlás folyamata, ezért az idők alatt jelentős vastagságú ózonréteg képződött a sztratoszférában. Napjainkra a keletkezés és elbomlás folyamata gyakorlatilag egyensúlyinak tekinthető. Amennyiben szerves klór-fluor-karbon származék (freon, CFC) kerül a sztratoszférába, az jelentősen felgyorsítja az ózon bomlását. Az UV-B sugárzás hatására végbemenő reakció sebességének többszörösére növekszik az elbomlás sebessége. Ez oda vezet, hogy megbomlik az egyensúly, és bár képződik ózon, de a nagy sebességű bomlás miatt egyre több oxigén és egyre kevesebb ózon lesz a rétegben. Ahol nagyon elvékonyodik az ózonréteg, ott az élő szervezetet elérő ultraibolya sugárzás képes az élő szöveteket roncsolni, vakságot, rákot okozni. Klór-fluor-karbon származékokat tartalmaztak régebben a hűtőszekrények, klímák, hajtógázos dezodorok, a folyadékkal működő oltókészülékek, a habosított műanyagok gyártásakor a habképzőként alkalmazott gázok. Mára sikerült kiváltani ezeket a CFC gázokat más, az ózonréteget kevésbé veszélyeztető gázokkal. Egyensúlyra vezető kémiai reakció: olyan kémiai reakció, amelyben egyik Van fogalmad? kiindulási anyag sem alakul át teljes mértékben, mivel az átalakulással párhuzamosan a termékek is visszaalakulnak ki indulási anyagokká. Dinamikus egyensúlyi állapot: amikor az átalakulás és a visszaalakulás reakciósebessége egymással megegyezik, és a kiindulási anyagok, valamint a termékek koncentrációja nem változik. Az ammóniaszintézis: az emberiség megmentője és pusztítója A 100 legfontosabb kémiai felfedezés egyike az ammónia előállítása elemeiből: N H 2 2 NH 3 Az egyensúlyi folyamatot Haber Bosch-szintézisnek is nevezik. A névadó Fritz Haber ( ) német vegyész. Karl Bosch mérnökként a folyamat megvalósításának technikai részét vállalta magára. Az I. világháborúban a német hadsereg a lőpor készítéséhez szükséges salétromot Chiléből szerezte be. Az antanthatalmak tengeri blokádja azonban lehetetlenné tette, hogy a hajók eljussanak rakományukkal Németországig. Lőpor nélkül pedig nem lehet háborút vívni. Ugyanakkor a levegő rengeteg nitrogént tartalmaz, amelyből előállítható nitrogéntartalmú vegyület, és abból pedig a robbanószerek alapjául szolgáló anyag. Bosch ezt a folyamatot valósította meg, amelynek során a levegőből cseppfolyósított nitrogénből és a rendelkezésre álló hidrogénből sikeresen szintetizálta az ammóniát. A folyamat technikai megvalósítása sem volt egyszerű feladat, hiszen 500 C-on és 20 MPa nyomáson, hidrogén jelenlétében kellett üzemelnie a reaktornak. A folyamat sikeres megvalósítása lehetővé tette a robbanószerek előállítását, a további hadviselést. Egyes történészek szerint ha nem sikerült volna az ammóniaszintézis megvalósítása, a háború nem tartott volna 1918-ig, és így jóval kevesebb lett volna az áldozat. Persze ez a folyamat az emberiség megmentője is, hiszen ennek segítségével lehet előállítani a nitrogéntartalmú műtrágyát, és így napjainkban elkerülhető az éhínség, ami szintén sok emberéletet követelne ban Haber Nobel-díjban részesült az ammóniaszintézis megvalósításáért, de személye megosztotta a tudóstársadalmat, hiszen nevéhez fűződik a világ első gáztámadásának megvalósítása klórgázzal, majd foszgénnel. A kémiai egyensúly Kialakulása: az átalakulással párhuzamosan visszaalakulás is történik ( ). Jellemzői: dinamikus, az oda- és visszaalakulás sebessége megegyezik, a kiindulási anyagok és a termékek koncentrációja nem változik. 59

60 8. A kémiai egyensúly befolyásolása Mészkőbarlangok és cseppkőképződés A mészkőbarlangokat a levegőben található szén-dioxid és a víz együttesen alakította ki évezredek alatt. A mészkő ugyanis oldódik szén-dioxid-tartalmú vízben. A cseppkő pedig a kémiailag oldott mészkövet tartalmazó vízből keletkezik a szén-dioxid levegőbe távozása révén (1. ábra). A mészkő oldódását és kiválását tehát a víz szén-dioxidtartalma szabályozza: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca HCO 3. Ebben a leckében a kémiai egyensúly befolyásolásának lehetőségeivel ismerkedünk meg. Az egyensúly dinamikus jellegéből következik, hogy bizonyos körülmények (koncentráció, hőmérséklet, nyomás) megváltoztatása befolyásolhatja az egyensúlyi állapotot is. Ha az egyensúlyi állapotban megváltoztatjuk valamelyik anyag koncentrációját, akkor az egyensúly megbomlik, valamelyik reakció sebessége a másikhoz képest megváltozik, és a rendszer egy új egyensúlyi állapotot alakít ki. Ebben az új egyensúlyi állapotban a koncentrációk eltérnek az eredeti egyensúlyi állapot koncentrációitól, de az egyensúlyi állandó értéke ugyanannyi marad. Ha a kiindulási anyagok koncentrációját növeljük meg, akkor az átalakulás sebessége fog megnőni, és ilyenkor az egyensúlyt az átalakulás irányába toljuk el. A termékek koncentrációjának növelése ellentétes hatást eredményez: a viszszaalakulás sebessége nő meg, és így az egyensúlyt a visszaalakulás irányába toljuk el. Ha az egyensúlyt a hőmérséklet változtatásával befolyásoljuk, akkor nemcsak az egyensúlyi koncentrációk, hanem az egyensúlyi állandó értéke is megváltozik. A hőmérséklet növelése mindig az endoterm, csökkentése mindig az exoterm irányba tolja el az egyensúlyt. A nyomás változtatásával csak azokat az egyensúlyokat lehet befolyásolni, amelyek esetén a reakció során térfogatváltozás van. A nyomás növelése mindig a térfogatcsökkenés irányába, a nyomás csökkentése mindig a térfogat-növekedés irányába tolja el az egyensúlyt. Azt, hogy egy reakcióban van-e térfogatváltozás, csak abban az esetben tudjuk a kémiai egyenlet alapján megállapítani, ha a reakcióban gázhalmazállapotú anyagok is szerepelnek (3. ábra). A külső körülmények egyensúlyra gyakorolt hatását foglalja össze a legkisebb kényszer elve (Le Chatelier Braun-elv): Ha egy dinamikus egyensúlyi állapotban lévő rendszerben megváltoztatjuk a koncentrációt, a hőmérsékletet vagy a nyomást, akkor a rendszerben olyan átalakulás indul meg, amely a változás mértékét csökkenti. Eközben a rendszer egy új egyensúlyi állapotot ér el. 1. A mészkőbarlangok kialakulása és a cseppkőképződés ugyanannak az egyensúlyi folyamatnak a következménye A vesében zajló egyensúlyi folyamat A vesét néha a szervezet vegyészmérnökének is nevezik. Ez a szervünk felelős a vérünk összetételéért, a vérünkben található sokféle ion között fennálló egyensúlyért. Az egyik ilyen fontos szabályozott folyamat a szervezetben a beépülő és kioldódó kalcium- és foszfátionok közti egyensúly: 3 Ca 2+ (aq) + 2 PO 4 3 (aq) Ca 3 (PO 4 ) 2 (sz) Ugyanekkor ennek a folyamatnak a félreszabályozása a felelős néhány betegségért. A Ca 3 (PO 4 ) 2 a felelős a csontjaink szilárdságáért. Amikor valamilyen betegség hatására a vese a szükségesnél több foszfátiont távolít el a vérből, a Le Chatelier Braun-elv értelmében az egyensúly az alsó irányba tolódik el, azaz a csontokból elkezd visszapótlódni a hiányzó foszfátion. Ezzel lecsökken csontjaink szilárdsága, és a folyamat csontritkuláshoz vezet. Ha a vese túl sok Ca 2+ -iont juttat a vérbe, akkor az egyensúly az egyesülés irányába tolódik el, és a vesében is megje lenik apró kövecskék formájában a kalcium-foszfát. A vese követ nem csak ez az anyag, hanem a kiváló kalcium-oxalát is alkotja (2. ábra). 2. A vesekő elzárhatja a vizelet útját is a szervezetben Mit okozhat, ha túl sok kalciumiont tartalmazó pezsgőtablettát iszol? Az üdítőitalok foszforsavtartalmúak. Mit okozhat a szervezetben a túlzott üdítőital-fogyasztás? 60

61 CH 4 (g) + H 2 O CO (g) + 3 H 2 (g) Vigyázz! Kész labor! Az egyensúly eltolása Egyensúlyi állapot összenyomás előtt 2 térfogatnyi részecske 3. A nyomás növelése az egyensúlyi elegyben a koncentrációkat úgy változtatja meg, hogy a kisebb térfogatot elfoglaló anyagok koncentrációja növekedjen Egyensúly a szénsavas italokban A szódavíz, a szénsavas ásványvizek és üdítők zárt palackjaiban több, egymással összefüggő egyensúlyi folyamat is zajlik párhuzamosan. A felszín közelében a látszólagos nyugalom ellenére szén-dioxid- és vízmolekulák lépnek ki a légtérbe, miközben ugyanannyi szén-dioxid- és vízmolekula lép vissza a légtérből a folyadékba. A légtérben lévő és az oldott szén-dioxid-molekulák közti egyensúlyt írja le a következő egyenletet: CO 2 (g) CO 2 (aq) A gáz oldódása hőfelszabadulással járó (exoterm) folyamat. A folyadék hűtésével az egyensúly eltolható abba az irányba, hogy még több CO 2 (g) oldódjon be a légtérből. Melegítés hatására pedig az egyensúly úgy tolódik el, hogy csökkenti az oldott CO 2 (aq) mennyiségét. A folyadék fázisban az oldott szén-dioxid-molekulák és a vízmolekulák egyensúlyi folyamatban szénsavat képeznek: H 2 O (aq) + CO 2 (aq) 4 térfogatnyi részecske Összenyomás után, de az egyensúly beállta előtt Az új egyensúly beállása a nyomásnövelést követően H 2 CO 3 (aq) Minél melegebb van, annál jobban csökken az oldatban a CO 2 (aq) koncentrációja, és az egyensúly a szénsav bomlásának irányába tolódik el. A szénsavas üdítő melegben egyre kevesebb szénsavat fog tartalmazni. Ha 4 g kristályvizes CoCl 2 -ot feloldunk 40 cm 3 vízben, rózsaszínű oldatot kapunk. Ebben [Co(H 2 O) 6 ] 2+ (aq)- ionok vannak. Ha töltünk ehhez az oldathoz 100 cm 3 tömény sósavat, egy halványkék oldatot kapunk, amelyben egyszerre van jelen a rózsaszín [Co(H 2 O) 6 ] 2+ (aq)- és a sósav hatására keletkezett sötétkék [CoCl 4 ] 2- (aq)-ion. A két ion képződése egyensúlyi folyamatban van egymással: [Co(H 2 O) 6 ] 2+ (aq) + 4 Cl (aq) [CoCl 4 ] 2- (aq) + 6 H 2 O (f) rózsaszín kék Ha az egyensúly eltolódik valamelyik irányba, azt a színváltozásból észrevehetjük. Az így elkészített oldatot oszd szét 4 kémcsőbe, és végezd el egy-egy kémcsővel az alábbi kísérleteket: a) Tölts az egyik kémcsőbe még vizet (az egyenlet termék oldalán szerepel)! b) Szemcseppentővel adagolj még tömény sósavat (Cl (aq)-iont) az egyik kémcsőben lévő oldathoz! c) Helyezd az egyik kémcsövet forró vízzel telt főzőpohárba! d) Helyezd az egyik kémcsövet jégkásával teli főzőpohárba! A kísérlet alapján döntsd el, hogy a folyamat a [CoCl 4 ] 2- (aq)-képződés irányába exoterm vagy endoterm! A legkisebb kényszer elve (Le Chatelier Braun-elv): Ha egy dinamikus Van fogalmad? egyensúlyi állapotban lévő rendszerben megváltoztatjuk a koncentrációt, a hőmérsékletet vagy a nyomást, akkor a rendszerben olyan átalakulás indul meg, amely a változás mértékét csökkenti. A kémiai egyensúlyt befolyásolni lehet a koncentrációváltozással, a hőmérséklet-változással (növelése az endoterm irányba tolja el az egyensúlyt), a nyomásváltozással (növelése a térfogatcsökkenés irányába tolja el az egyensúlyt). A legkisebb kényszer elve a dinamikus egyensúlyi állapotban lévő rendszerben c, T és p megváltozása olyan átalakulást eredményez, amely a változás mértékét csökkenti. 61

62 Összefoglalás Kapcsolatok Szóban vagy írásban értelmezd a következő ábrákat! KÉMIAI VÁLTOZÁS leírása fajtái jellemzői törvényei Kémiai egyenlettel típusai Cserebomlás Szóegyenlet Sztöchiometriai egyenlet Ionegyenlet Egyesülés Bomlás Szintézis Disszociáció Reakciósebesség Exoterm Reakcióhő Endoterm Az átalakulás mértéke Tömegmegmaradás törvénye Töltésmegmaradás törvénye Atomok megmaradásának törvénye Egyirányú Egyensúlyra vezető Egyensúlyi állandó Le Chatelier Braun-elv Projektmunka Csoportmunkában dolgozzátok fel a következő témaköröket! 1. Bármely probléma megoldása mindig újabb problémákat vet fel. 2. A veszélyt nem tudjuk kiiktatni, csupán az egyik kockázatot egy másikra cserélni. 3. Minden anyagnak van jó (számunkra hasznos) és rossz (számunkra káros) tulajdonsága. Konkrét kémiai példákon szemléltessétek a fenti kijelentéseket! Készítsetek számítógépes bemutatót is! 62

63 Természettudományos gondolkodás 1. Egyensúlyi folyamat megváltozása Zárt edényben az alábbi egyensúlyi folyamatot játszatják le: A (g) + B (g) C (g) Δ r H = 45 kj mol Az egyensúly beállását követően négy esetben a rendszer egyensúlyát megzavarjuk azzal, hogy valamelyik résztvevő koncentrációját, vagy a hőmérsékletet változtatjuk meg. A rendszerbe épített érzékelők a bekövetkező koncentrációváltozásokat követik, és az alábbi diagramot rajzolják ki. mol 6 dm 3 5 [C] koncentráció [B] [A] I II III IV idő Milyen változást hajtottunk végre az I. időpontban? Mi történt a rendszerben a II. időpontban? Mit változtattunk a III. időpontban? Mi történhetett a rendszerben a IV. időpontban? 2. A hőmérséklet-változás hatása a reakciósebességre Tervezz kísérletet, hogy miként tudnád szemléltetni a hőmérséklet-változás reakciósebességre gyakorolt hatását a pezsgőtabletta vízben való oldódásán keresztül! Elképzelésedet beszéld meg tanároddal! Végezd el a tervezett kísérleteket! 3. Lőporgyártás A lőporgyártáshoz szükséges kálisalétromot (KNO 3 -ot) a középkorban mészsalétromból (Ca(NO 3 ) 2 -ból) és hamuzsírból (K 2 CO 3 -ból) állították elő. A kálisalétrom előállítását forradalmasította a Chilében a 19. században felfedezett NaNO 3 -készlet (chilei salétrom). A chilei salétrom forrón telített vizes oldatát fedősó (KCl) forrón telített vizes oldatával keverve, majd a keveréket lehűtve kálisalétromot lehet előállítani. Írd fel a mészsalétromból kiinduló KNO 3 -gyártás kémiai egyenletét! Értelmezd a végbemenő kémiai reakciót az ionos vegyületek oldhatósági viszonyainak ismeretében! Írd fel a chilei salétromból kiinduló KNO 3 -előállítás kémiai egyenletét! 63

64 Számítási feladatok 1. Az alumínium a sósavval a következő rendezendő egyenlet szerint reagál: Al + HCl AlCl 3 + H 2 a) Hány g hidrogén-klorid szükséges 30,0 g alumínium teljes elreagálásához? b) Hány g 15,0 w%-os sósavban van ennyi HCl? c) Hány g alumínium-klorid, illetve hány g hidrogén keletkezik eközben a reakció során? 2. Mekkora tömegű 10,0 w%-os kálium-jodid-oldat reagál el maradéktalanul 210,0 g 5,00 w%-os ólom(ii)-nitrátoldattal? 3. Mekkora tömegű 25,0 w%-os nátrium-hidroxid-oldat reagál el maradéktalanul 20,0 cm3 1,13 g/cm 3 sűrűségű 22,0 w%-os salétromsavoldattal? 4. 50,0 cm 3 0,200 mol/dm 3 koncentrációjú kénsavoldathoz feleslegben bárium-nitrát-oldatot adagoltunk. Számítsa ki, mekkora tömegű bárium-szulfát-csapadék képződése következhet be 90,0 %-os hatékonyságot feltételezve! 5. 75,0 g tömegű, 20,0 w% kalcium-karbonátot tartalmazó égetett meszet sósavval reagáltattunk. Mekkora térfogatú standard nyomású és 25 C hőmérsékletű gáz képződik? (V m = 24,5 dm 3 /mol) 6. Az iparban a füstgázok kénmentesítése céljából kén-dioxid-gázt kénhidrogén-gázzal reagáltatnak, miközben kén és víz képződik. Számítsuk ki, hogy 20,0 dm 3 standardállapotú SO 2 -gázhoz mekkora térfogatú azonos állapotú H 2 S-gáz szükséges? Mennyi a keletkező kén tömege, ha tudjuk, hogy a kénmentesítő eljárás 95 %-os hatékonyságú? (V m = 24,5 dm 3 /mol) 7. 10,0 w% rezet tartalmazó réz cink ötvözet 50,0 g-ját feleslegben vett sósavval reagáltatjuk. Mekkora térfogatú standardállapotú gáz fejlődik, ha tudjuk, hogy csak a cink lép reakcióba? (V m = 24,5 dm 3 /mol) 8. Hány tömegszázalék nátrium-karbonátot tartalmaz az a NaNO 3 Na 2 CO 3 porkeverék, amelynek 6,50 g-ja sósavval 1,00 dm 3 térfogatú standardállapotú szén-dioxidot fejleszt? (V m = 24,5 dm 3 /mol) 9. Egy 25,0 g tömegű sárgarézdarabra (réz cink ötvözet) feleslegben sósavat csöpögtetünk. A reakció során 2,20 dm3 térfogatú standardállapotú gáz fejlődik. Hány w% rezet tartalmaz a minta? (Vm = 24,5 dm3/mol) 10. Hány dm 3 standardállapotú gáz keletkezik 35,0 w% kalcium-karbonátot tartalmazó CaCO 3 MgCO 3 keverék 10,0 g-jának nagy mennyiségű sósavval való reakciójában? (V m = 24,5 dm 3 /mol) 11. Egy CaCO 3 -ból és MgCO 3 -ból álló porkeverék 18,6 g-ját híg sósavban teljesen feloldva 4,77 dm 3 térfogatú standardállapotú gáz fejlődik. Határozza meg a porkeverék tömegszázalékos összetételét! (V m = 24,5 dm 3 /mol) 64

65 Csoportosítsuk a kémiai reakciókat! IV. Ebben a fejezetben a kémiai reakciók részecskeátmenet szerinti csoportosítását tekintjük át. Részletesen tárgyaljuk a sav-bázis és a redoxireakciókat, és azok gyakorlati alkalmazásait. A fejezetcímekben megfogalmazott kérdéseken és problémákon kívül tárgyalunk olyan izgalmas kérdéseket is, mint például, hogy tényleg sóból van-e a Gellért-hegy; hogyan hegesztik a vasúti síneket; milyen reakció révén emelkednek a levegőbe a rakéták; hogyan lesz a vasszögből rézszög; mit tartalmaznak az érintőképernyős kesztyűk; hogyan lehet okostelefonnal vizsgálni az anyagok elektromos vezetését; hogyan működnek a házi víztisztító berendezések. 1. Savak és bázisok Mit kell tenni szúnyogcsípés esetén? 2. A kémhatás és a ph Valóban semleges a ph 5,5? 3. A sav-bázis reakció Miért lúgos kémhatású a szódabikarbóna oldata? 4. Redoxireakciók Miért hasznos a vákuumos vagy védőgázos csomagolás? 5. Redoxireakció mint elektronátmenet Égés oxigén nélkül? 6. Az elektrokémia alapjai Mennyire zöld autó a hibrid autó? 7. Galvánelemek Pótolható a lemerült ceruzaelem citrommal is? 8. Primer elemek és akkumulátorok Miért lyukad ki a használt elemek fala? Összefoglalás 65

66 1. Savak és bázisok Mit kell tenni szúnyogcsípés esetén? Tudtad, hogy szúnyogcsípés esetén nagyon jó, ha ammóniaoldattal vagy szódabikarbóna-oldattal kened be a csípést? Nem fog úgy viszketni és feldagadni. A szúnyogcsípés során ugyanis hangyasav jut a bőr alá, amit gyorsan közömbösítve enyhíthetők a kellemetlen tünetek. De mi is az a hangyasav és a közömbösítés? A vegyületek fontos csoportját képezik a savak és a bázisok. A savak azok az anyagok, amelyek vizes oldatban megnövelik a hidrogénion-koncentrációt. Ez általában amiatt következik be, mert hidrogénionra és valamilyen anionra bomlanak (disszociálnak). sav H + + anion A legismertebb savak a sósav (HCl), a kénsav (H 2 SO 4 ), a szénsav (H 2 CO 3 ), a salétromsav (HNO 3 ), a foszforsav (H 3 PO 4 ), a hangyasav (HCOOH) és az ecetsav (CH 3 COOH). A savakat bázisokkal lehet közömbösíteni. Ilyenkor a savak vizes oldatában található hidrogénionok a bázisok vizes oldatának hidroxidionjaival lépnek reakcióba, és vízmolekulát képeznek. H + + OH H 2 O A bázisok olyan anyagok, amelyek vizes oldatban megnövelik a hidroxidion-koncentrációt. Ez gyakran amiatt következik be, mert vízben oldva valamilyen kationra és hidroxidionra bomlanak (disszociálnak). bázis kation + + OH A legismertebb bázisok a nátrium-hidroxid (nátronlúg, NaOH), a kalcium-hidroxid (oltott mész, Ca(OH) 2 ) és az ammónia (NH 3 ). A savak és bázisok között végbemenő közömbösítési reakcióban mindig képződnek ionos vegyületek is. Ezeket nevezzük sóknak. A sók kationja a bázisból, anionja pedig a savból származik. Só pl. a konyhasó (NaCl), a mészkő (CaCO 3 ), a szóda (Na 2 CO 3 ), a trisó (Na 3 PO 4 ), a szódabikarbóna (NaHCO 3 ) és a szalmiáksó (NH 4 Cl). sav + bázis só + víz Tudod? Jó, ha tudod! Savak és bázisok A kellően tömény savak és bázisok maró hatásúak. Ezért az ilyen anyagokat tartalmazó tárolóedényeken fel kell tüntetni a maró hatást, és hogy az emberi testfelülettel érintkezve azt károsítják (1. ábra). Különösen veszélyesek, ha szembe fröccsennek vagy a nyelőcsőbe jutnak. 1. Vigyázz! Maró hatású anyag! A gyomorsav A gyomorsav a gyomornyálkahártya által termelt sósav. Jelenléte a gyomorban egyrészt azért fontos, mert segíti a táplálék megemésztését, másrészt azért, mert megöli a kórokozó baktériumokat, és szabályozza a gyomor kiürülését. A gyomorsavtúltengés fő tünete a gyomorégés. Gyomorégésre savkötő ételt (pl. tejet) vagy savlekötő gyógyszert lehet fogyasztani. A savlekötő gyógyszerek olyan bázisokat tartalmaznak, amelyek közömbösítik a sósavat. Házilag szokták még csillapítani szódabikarbóna (NaHCO 3 ) fogyasztásával is. A szódabikarbóna és sósav reakciójában azonban szén-dioxid-gáz is képződik. Ez kellemetlen puffadást, eredményez. Írd fel a gyomorsav és a szódabikarbóna között lejátszódó közömbösítési reakció kémiai egyenletét! só = kation + + anion Melyik sav és melyik bázis közömbösítési reakciójában képződhettek a következő sók: NaCl, CaCO 3, NaHCO 3, CaSO 4, Ca 3 (PO 4 ) 2, NH 4 NO 3? 66

67 Tudod? Jó, ha tudod! A savak és bázisok erőssége Szerinted? Sóból van a Gellért-hegy? A savak erőssége attól függ, hogy vizes oldataikban mekkora a hidrogénion-koncentráció (2. ábra). Az ún. erős savak vizes oldatában a hidrogénion-koncentráció legalább olyan nagy, mint a bemérési savkoncentráció. Erős sav pl. a sósav, a kénsav és a salétromsav. A gyenge savak vizes oldataiban a hidrogénion-koncentráció kisebb, mint a bemérési savkoncentráció. Gyenge sav pl. a szénsav, az ecetsav és a hangyasav. A bázisok erőssége attól függ, hogy vizes oldataikban mekkora a hidroxidion-koncentráció. Erős bázisok esetén ez legalább olyan nagy, mint a bázis koncentrációja volt kezdetben. Erős bázis pl. a nátrium-hidroxid és a kalcium-hidroxid. A gyenge bázisok vizes oldataiban a hidroxidion-koncentráció kisebb, mint a bázis koncentrációja volt kiinduláskor. Gyenge bázis pl. az ammónia és az alumínium-hidroxid. erős sav koncentráció a disszociáció előtt gyenge sav HA H + HA ~100%-os disszociáció részleges disszociáció HA egyensúlyi koncentrációk 2. A savak erőssége disszociációjuk mértékétől függ (A HA tetszőleges savat jelöl) H + A A Ilyen címmel jelent meg egy írás néhány évvel ezelőtt. Miért meglepő ez a cím? Vajon miről szólhat az írás? Mi a helyes válasz a címben feltett kérdésre? Add meg a helyes válasz kémiai magyarázatát is! Tudod? Jó, ha tudod! Közömbösítés és semlegesítés Minden semlegesítés közömbösítés, de nem minden közömbösítés semlegesítés. Rajzold fel a közömbösítés és a semlegesítés közötti kapcsolatot halmazábrával! Savak: azok az anyagok, amelyek vizes oldatban megnövelik a hidrogénion-koncentrációt. Van fogalmad? Bázisok: azok az anyagok, amelyek vizes oldatban megnövelik a hidroxidion-koncentrációt. Sav-bázis reakció: savak és bázisok között lejátszódó kémiai reakció. Közömbösítés: olyan sav-bázis reakció, amelynek lényege, hogy a hidrogénionok a hidroxidionokkal vízmolekulát képeznek. Sók: a savak és bázisok között végbemenő közömbösítési reakcióban képződő ionos vegyületek. Disszociáció: egyensúlyra vezető bomlás. Nézz utána! Sók, savak, bázisok Projektmunka keretében dolgozzátok fel a következő témákat! Készítsetek számítógépes prezentációt is! 1. Honnan kapták nevüket a legismertebb savak? 2. Milyen sókkal találkozhatsz közvetlen környezetedben? Mire használják azokat? 3. Milyen savak fordulnak elő ételeinkben, italainkban, közvetlen környezetünkben? 4. Beszéljétek meg, milyen fontosabb, kémiával kapcsolatos hírt hallottatok a héten! Savak Olyan anyagok, amelyek vízben oldva megnövelik a hidrogénion-koncentrációt. sav H + + anion Bázisok Olyan anyagok, amelyek vízben oldva megnövelik a hidroxidion-koncentrációt. bázis kation + + OH Közömbösítés sav + bázis só + víz Lényege: H + + OH H 2 O Sók Kationból és anionból felépülő ionos vegyületek. 67

68 2. A kémhatás és a ph Valóban semleges a ph 5,5? A reklámokban gyakran halljuk, hogy bizonyos kozmetikumok ph-ja 5,5, és ezért ezek bőrsemlegesek. Vajon mit jelent az, hogy bőrsemleges? És egyáltalán mit jelent a semleges, és mit a ph? Ahhoz, hogy ezeket megértsük, meg kell ismerkednünk a kémhatás és a ph fogalmával. koncentráció H + OH H + OH H + OH A vizes oldatok kémhatása lehet savas, semleges vagy lúgos. A kémhatást a hidrogénionok és a hidroxid ionok koncentrációjának viszonya szabja meg (1. ábra). Savas kémhatású az oldat, ha benne a hidrogénionok koncentrációja nagyobb, mint a hidroxidionok koncentrációja: c(h + ) > c(oh ). Semleges kémhatású egy oldat, ha benne a hidrogénionok koncentrációja pontosan annyi, mint a hidroxidionok koncentrációja: c(h + ) = c(oh ). Lúgos kémhatású az oldat, ha benne a hidroxidionok koncentrációja nagyobb, mint a hidrogénionok koncentrációja: c(oh ) > c(h + ). Az oldatok kémhatását indikátorokkal (jelzőanyagokkal) mutathatjuk ki. Az indikátorok olyan anyagok, amelyek színe függ az oldat kémhatásától. Ilyen indikátor pl. a vöröskáposzta-lé, a tea, a metilnarancs, a fenolftalein és a lakmusz (1. táblázat). savas kémhatású oldat 1. A kémhatást (savas, semleges, lúgos) a hidrogénionok és a hidroxidionok koncentrációjának viszonya szabja meg semleges kémhatású oldat A lakmusz lúgos kémhatású oldat A legegyszerűbb indikátor a lakmusz, amelynek anyagát a festőzuzmóból (Roccella tinctoria) oldják ki. Ezt a festőanyagot szívatják fel papírlapocskákra, és ezt használjuk savasság és lúgosság kimutatására (3. ábra). Indikátor Savas közegben Semleges közegben Lúgos közegben Metilnarancs piros sárga sárga Fenolftalein színtelen színtelen ciklámen Lakmusz piros lila kék 3. A lakmuszpapírt gyakran használjuk a kémhatás kimutatására 1. táblázat. Indikátorok színe különböző kémhatású oldatokban Az oldatok kémhatásának számszerű jellemzésére használjuk a ph-t (2. ábra). A savas oldatok ph-ja kisebb 7-nél, a semleges oldatok ph-ja 7, a lúgos oldatok ph-ja nagyobb 7-nél. A ph meghatározása A ph közelítő értékét indikátorokkal, pontos értékét mérőműszerekkel (ph-mérővel) tudjuk meghatározni. sósav citrom alma banán víz szódabikarbóna ablaktisztító lefolyótisztító ecet paradicsom tej vér szappan Néhány ismert anyag ph-ja

69 A ph számítása Vigyázz! Kész labor! Titkosírás Egy oldat ph-ja megegyezik annak a kitevőnek a mínusz egyszeresével, amelyet akkor kapunk, ha a hidrogénion-koncentrációt tíz hatványaként írjuk fel: ph = log c(h + ). Példák a ph számítására (2. táblázat): c(h + ) 0,0100 0, , , hatványaként , ,12 kitevő 2 8 2,64 4,12 ph 2 8 2,64 4,12 2. táblázat. Példák a ph számítására Fenolftalein indikátor színtelen oldatába márts egy üvegbotot vagy vékony ecsetet! Írj valamit az üvegbottal vagy ecsettel egy fehér papírra! Szárítsd meg az írást! A titkosírás előhívásához spricceld le a papírt ammóniaoldattal vagy szódabikarbóna vizes oldatával! Az írás ciklámen színnel láthatóvá válik. Értelmezd a kísérletet! Hagyd levegőn állni az előhívott titkosírást néhány napig! Mi történik? Mi lehet a jelenség magyarázata? Szerinted? Savasítás és lúgosítás Egyes, manapság elterjedt elméletek szerint betegségeink alapvető oka, hogy szervezetünk elsavasodik. Ezért ajánlják a lúgosító élelmiszerek fogyasztását. Titkos szavazással mérjétek fel, hogy az osztály hány százaléka hisz ebben az elméletben, és hány százaléka nem! Ezek után projektmunkában dolgozzátok fel ezt az elméletet és az elmélet megcáfolásával kapcsolatos ismereteket is! Rendezzetek vitát! Az egyik csoport érveljen az elmélet mellett, a másik csoport pedig sorakoztasson fel ellenérveket! A vita után ismételjétek meg a titkos szavazást! Ebből kiderül, melyik csoport érvelt meggyőzőbben. Vigyázz! Kész labor! A vöröskáposzta leve mint ph-t jelző indikátor Készíts vöröskáposzta levéből indikátort! Az apró darabokra vágott vöröskáposztát kb. fél óráig főzd desztillált vízben, majd a kapott oldatot hűtés után szűrd meg! (A lé úgy is elkészíthető, hogy a káposztadarabokat vízzel turmixolod, a kapott pépet szitán átnyomod.) A vöröskáposzta levének színe különböző ph-jú oldatokban (4. ábra): vörös (ph = 1 2); sötét ibolya (ph = 3 4); halványkék (ph = 5 6); zöld (ph = 7 8); kékes zöld (ph = 9 10); kék (ph = 11 12); sárga (ph 13 14). Vizsgáld meg az otthon található anyagok (ecet, szódabikarbóna, vízkőoldó, fertőtlenítőszer, pezsgőtabletta, szappan, sampon stb.) vizes oldatainak kémhatását! Rajzolj! Ha vöröskáposzta levével átitatott szűrőpapírt kiszárítasz, majd erre az előbb felsorolt otthon található anyagokból cseppentesz, érdekes színkavalkád alakulhat ki! Kis ecsettel festmény is készülhet! Kémhatás: az oldatban található hidrogénionok és hidroxidionok koncentrációjának viszonya határozza Van fogalmad? meg. Savas kémhatás: az oldatban a hidrogénionok koncentrációja nagyobb, mint a hidroxid ionok koncentrációja: c(h + ) > c(oh – ). Semleges kémhatás: az oldatban a hidrogénionok koncentrációja pontosan annyi, mint a hidroxidionok koncentrációja: c(h + ) = c(oh ). Lúgos kémhatás: az oldatban a hidroxidionok koncentrációja nagyobb, mint a hidrogénionok koncentrációja: c(oh ) > c(h + ). Indikátor: olyan anyag, amely színváltozással jelzi az oldat kémhatásának megváltozását. ph: a kémhatás számszerű jellemzésére használt érték. 4. A vörös káposzta-lé otthon is elkészíthető indikátor 69

70 3. A sav-bázis reakció Miért lúgos kémhatású a szódabikarbóna oldata? Az előző leckékben volt már arról szó, hogy a szódabikarbóna vizes oldata lúgos, ezért használható szúnyogcsípés enyhítésére, gyomorsav megkötésére, fogszuvasodás gátlására és pezsgőtablettákban bázisként. Hogyan lehetséges ez, hiszen a szódabikarbóna (NaHCO 3 ) egy só? Lehet egy só vizes oldata lúgos is, vagy akár savas kémhatású is? Néhány anyag (ammónia, különböző sók) vizes oldatának kémhatását csak úgy tudjuk megmagyarázni, ha a savakat és bázisokat, valamint a sav-bázis reakciókat részecskeszinten értelmezzük. E szerint az értelmezés szerint sav az a kémiai részecske (molekula vagy ion), amely protonleadásra képes. (A proton itt a hidrogéniont jelenti!) Bázis az a kémiai részecske, amely proton felvételére képes. Ebben az értelmezésben a sav-bázis reakció lényege, hogy az egyik kémiai részecske protont ad át egy másik kémiai részecskének. Miért lúgos a szódabikarbóna vizes oldata? A szódabikarbóna (NaHCO 3 ) egy ionrácsos vegyület: Na + -ionokból és HCO 3 -ionokból épül fel. A Na + -ionok nem tudnak protont átadni a vízmolekuláknak. A HCO 3 -ionok viszont tudnak protont felvenni a vízmolekuláktól, mivel az oxigénatomokon vannak nemkötő elektronpárok: HCO 3 + H 2 O H 2 CO 3 + OH Mivel a folyamatban hidroxidionok keletkeznek, ezért megnő az oldat hidroxidion-koncentrációja. Az oldat kémhatása lúgos lesz. Vannak olyan kémiai részecskék, amelyek a reakciópartnertől függően savként is, bázisként is viselkedhetnek. Az ilyen kémiai részecskéket amfoter részecskéknek nevezzük. Ilyen pl. a vízmolekula is. A vízmolekula a HClmolekulával szemben bázisként, az NH 3 -molekulával szemben savként viselkedik. Az amfoter kémiai részecskékből felépülő anyagok az amfoter anyagok. Az ammóniaoldat kémhatása Protonátadással tudjuk értelmezni az ammónia vizes oldatának kémhatását is. Ilyenkor az ammóniamolekula vesz fel protont a vízmolekulától, és közben hidroxidion keletkezik: NH 3 + H 2 O NH OH Tudod? Jó, ha tudod! H + vagy H 3 O +? Mind a kettő helyes. A sav-bázis reakciók protonátmenettel történő értelmezésében viszont nem szerepelhet H +, csak H 3 O +. Miért 7 a semleges oldat phja? Az amfoter anyagokban mindig számolnunk kell azzal, hogy egyik részecskéje protont ad egy másik részecskéjének. Így van ez a vízben is. H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH A folyamatban egyforma mennyiségben képződnek oxóniumionok és hidroxidionok. Ezért semleges a víz. A folyamatban csak minden 25 milliomodik vízmolekula vesz részt, csak nagyon kevés oxóniumion és hidroxidion képződik (1. ábra). Az oxóniumionok koncentrációja mindössze mol/dm 3. Ez a 7-es ph-nak felel meg. 1. A vízben csak minden 25 milliomodik vízmolekula ad át hidrogéniont egy másik vízmolekulának 70

71 A sav-bázis reakciók protonátmenettel történő értelmezése lehetővé teszi, hogy a sav-bázis reakciókat ne csak vizes oldatokra szűkítsük le. Protonátmenettel (sav-bázis reakcióként) tudjuk értelmezni az NH 3 -molekulák és a HCl-molekulák között gázfázisban lejátszódó kémiai reakciót is. A reakció terméke egy fehér füst (NH 4 Cl), ami NH 4 + -ionokból és Cl -ionokból épül fel. NH 3 + HCl NH Cl A sav-bázis reakciók protonátmenettel történő értelmezése lehetőséget nyújt arra is, hogy meghatározzuk a különböző savak és bázisok erősségét (2. ábra). Annál erősebb egy sav, minél nagyobb mértékben ad át molekulája protont a vízmolekulának. Annál erősebb egy bázis, minél nagyobb mértékben vesz fel molekulája protont egy vízmolekulától. Nézz utána! Az ammónium-klorid vizes oldatának kémhatása Az NH 4 Cl vízben jól oldódó só. Vajon milyen lehet az oldat kémhatása? Alkotóionjai közül vajon melyik lép sav-bázis reak cióba a vízmolekulával? erős sav HClO 4 perklórsav H 2 SO 4 kénsav HBr hidrogén-bromid HCl hidrogén-klorid HNO 3 salétromsav H 3 PO 4 foszforsav HF hidrogén-fluorid CH 3 COOH ecetsav gyenge sav 2. Néhány fontosabb sav és bázis erőssége Nézz utána! Sav-bázis elméletek erős bázis NaOH nátrium-hidroxid KOH kálium-hidroxid Ba(OH) 2 bárium-hidroxid Ca(OH) 2 kalcium-hidroxid gyenge bázis NH 3 ammónia Projektmunka keretében dolgozzátok fel a következő témákat! Készítsetek számítógépes prezentációt is! 1. A leckében tárgyalt sav-bázis elméletet Brønstedféle sav-bázis elméletnek nevezzük. Ki volt Brønsted? 2. Hasonlítsd össze az Arrhenius-féle és a Brønsted-féle sav-bázis elméleteket! 3. Milyen más sav-bázis elmélet van még? 4. Beszéljétek meg, milyen fontosabb, kémiával kapcsolatos hírt hallottatok a héten! Vigyázz! Kész labor! Sóoldatok kémhatása Fehér csempére cseppents a következő sók vizes oldatából 2-3 cseppet: konyhasó (NaCl), szódabikarbóna (NaHCO 3 ), szóda (Na 2 CO 3 ), trisó (Na 3 PO 4 ), szalmiáksó (NH 4 NO 3 ) és keserűsó (MgSO 4 ) (3. ábra)! Vöröskáposzta levéből készült indikátorral vizsgáld meg az oldatok kémhatását! Sav: olyan kémiai részecske (molekula vagy ion), amely proton leadására Van fogalmad? képes. Bázis: olyan kémiai részecske (molekula vagy ion), amely proton felvételére képes. Sav-bázis reakció: protonátmenettel járó kémiai reakció. Amfoter: olyan kémiai részecske (molekula vagy ion), amely protonleadásra és protonfelvételre egyaránt képes. 3. Az indikátor színváltozása alapján melyik oldat milyen kémhatású? A sav-bázis reakció mint protonátmenet Sav: olyan kémiai részecske, amely protonátadásra képes. Bázis: olyan kémiai részecske, amely protonfelvételre képes. Amfoter: olyan kémiai részecske, amely protonfelvételre és protonleadásra egyaránt képes. Értelmezhető vele: a semleges oldat 7-es ph-ja; gázfázisban vagy nemvizes oldatokban lejátszódó sav-bázis reakció is. 71

72 4. Redoxireakciók Miért hasznos a vákuumos vagy védőgázos csomagolás? Megfigyelted már, hogy az őrölt kávét vákuumos csomagolásban, a húskészítményeket és az olajos magvakat, chipseket védőgázos csomagolásban hozzák kereskedelmi forgalomba? Erre azért van szükség, mert ezek az élelmiszerek különösen érzékenyek oxidációra. Levegővel érintkezve hamar avasodnak, megromlanak. De mi is az oxidáció? Az oxidáció elnevezése arra utal, hogy régen az oxigénnel való reakciót (pl. az égést) értették rajta. Ma már úgy értelmezzük, hogy az oxidáció a kémiai reakciók egyik fajtájának, a redoxireakcióknak a része. A redoxireakciók két részfolyamatból, egymás mellett, egymással egy időben lejátszódó oxidációból és redukcióból állnak. A redoxireak ciók értelmezése többféleképpen történhet. Az egyik értelmezés szerint a redoxireakció oxigénatom-átmenettel járó kémiai reakció. Az oxidáció oxigénatom-felvételt, a redukció oxigénatom-leadást jelent. Azt az anyagot, amely a redoxireakció során oxidálódik, redukálószernek nevezzük. Az az anyag, amely a folyamatban redukálódik, az oxidálószer (1. ábra). C + O 2 = CO 2 oxidálódott redukálószer 1. A szén égése során a szén a redukálószer (oxidálódik), az oxigén az oxidálószer (redukálódik) Tudod? Jó, ha tudod! redukálódott oxidálószer A fémek többségének előállítása is redoxireakció A fémek többségét vegyületeikből a fémvegyület redukálásával nyerik. Redukálószer lehet a szén és a szénmonoxid (vasgyártás), a hidrogén (volframgyártás) vagy az elektromos áram (alumíniumgyártás). A vaskohóban redoxireakciók sokasága megy végbe (3. ábra). A szén és a szén-monoxid a redukálószer, a vas-oxid és az oxigén az oxidálószer. Írd fel annak a redoxireakciónak a kémiai egyenletét, amelyben a) a szén redukálja a vas(iii)-oxidot (Fe 2 O 3 ), illetve b) a szén-monoxid redukálja a vas(iii)-oxidot! Hogyan hegesztik a vasúti síneket? vasérc, dolomit, koksz A sínek összehegesztésére még manapság is használják az ún. termitreakciót. Az összehegesztendő sínvégeket vas(iii)-oxid és alumíniumpor keverékével veszik körül. A keveréket meggyújtják (2. ábra). A lejátszódó redoxireakció során olyan nagy hő fejlődik, hogy az acél akár 2500 C-ra is felmelegszik és megolvad. A folyamat kémiai egyenlete a következő: Fe 2 O Al Al 2 O Fe. Melyik anyag az oxidálószer, melyik a redukálószer? nyersvas kohó forró levegő salak 3. A vaskohóban is redoxireakciók sokasága megy végbe 2. A vasúti sínek hegesztése termitreakcióval szintén redoxireakció 72

73 Rakétakilövés A hidrogén-peroxid A rakétákat is redoxireakció emeli a magasba. A szilárd halmazállapotú hajtóanyagban található alumíniumpor a redukálószer, az ammónium-perklorát (NH 4 ClO 4 ) az oxidálószer. A kilövéskor látható fehér füst a redoxireakcióban képződő alumínium-oxid (Al 2 O 3 ). Mi lehet a végbemenő kémiai reakció egyenlete? Nézz utána az interneten, milyen más hajtóanyaggal működnek még a rakéták? A hajszőkítésre is használt hidrogén-peroxid erős oxidáló anyag. Tömény oldata 30%-os. Az ilyen töménységű oldat a fejbőrre kerülve súlyosan károsítja azt. A hajat és a hajhagymákat eloxidálja azon a területen, és így kopaszságot okoz. Minél kisebb koncentrációban alkalmazzák az anyagot, annál kevésbé szőkíti ki a hajat, de az oxidációs folyamat révén ekkor is ká rosítja. Híg oldatát használják még sebfertőtlenítésre is. A mézes tea is azért lehet hatékony torokfájásra, mert a benne található enzimek hidrogén-peroxidot termelnek. Mi van a porral oltó készülékben? Nézz utána! Nem homok, ahogy azt sokan gondolják, hanem leggyakrabban szódabikarbóna (NaHCO 3 ). Az égéshez szükség van éghető anyagra, az égést tápláló közegre és megfelelő hőmérsékletre. A tűzoltótechnikák többsége erre a két utolsó komponensre fókuszál: az égést tápláló közeg megvonására, illetve a hőmérséklet csökkentésére. A szén-dioxid-gáz az égés helyén egy kémiai folyamatban keletkezik. A hajtógáz (nitrogén) az oltópalackból szódabikarbónát lövell a tűzre (4. ábra). Ez ott a tűz hőjének hatására elbomlik a következő reakció szerint: Projektmunka keretében dolgozzátok fel a következő témákat! Készítsetek számítógépes prezentációt is! 1. Mi történne az emberi szervezettel, ha tartósan a jelenleginél nagyobb (pl. 100%-os) oxigénkoncentrációban élnénk? 2. Milyen védőgázokat használnak élelmiszerek tartósítására? 3. Beszéljétek meg, milyen fontosabb, kémiával kapcsolatos hírt hallottatok a héten! 2 NaHCO 3 (sz) Na 2 CO 3 (sz) + H 2 O (g) + CO 2 (g) A folyamat azért előnyös a tűzoltás számára, mert endoterm reakció révén csökkenti az égés környezetének hőmérsékletét. A keletkező szén-dioxid nagy sűrűsége lévén elzárja az oxigént az égő anyagtól. A keletkező szilárd, ionkristályos, nehezen olvadó Na 2 CO 3 pedig szintén záró réteget képez az égő anyag és a levegő oxigénje között. nyomókar biztosítószög nyomásmérő Redoxireakció Egyidejűleg végbemenő oxidáció és redukció. Oxigénatom átadásával járó kémiai reakció: oxidáció: oxigénfelvétel, redukció: oxigénleadás. Oxidálószer Anyag, amely a redoxireakció során redukálódott. Redukálószer Anyag, amely a redoxireakció során oxidálódott. fúvóka N 2 -hajtógáztartály szódabikarbóna 4. A porral oltóban nem homok, hanem szódabikarbóna van 73

74 5. A redoxireakció mint elektronátmenet Égés oxigén nélkül? Az előző leckében tárgyalt oxigénátadási elmélettel nagyon nehéz értelmezni olyan fontos hétköznapi folyamatokat, mint az égés (1. ábra). Ismeretesek ugyanis olyan égési folyamatok is, amikor egy anyag (pl. foszfor, nátrium, acetilén) nem oxigénben (levegőben) ég, hanem klórgázban. A kísérleti tapasztalatok megértésére szükség van a redoxireakciók egy másik, általánosabb értelmezésére is. Ennek az a lényege, hogy a redoxireakciók körét kiterjesztjük minden olyan kémiai reakcióra, amelyben elektronátmenet történik. Oxidációnak nevezzük a redoxireakciónak azt a részfolyamatát, amelyben elektronleadás történik. A redukció pedig elektronfelvételt jelent. 1. Az oxigénátadási modellel számos redoxireakció nem vagy nehezen értelmezhető Így is meg jegyezheted Oxidáció: elektront ad. (Az oxidáció és az ad is magánhangzóval kezdődik.) Redukció: elektront kap. (A redukció és a kap is mássalhangzóval kezdődik.) Vigyázz! Kész labor! 2. A réz(ii)-szulfát-oldatba helyezett vasszög vörös színe jelzi, hogy a vas redukálja a réz(ii)-ionokat Vasszögből rézszög? Fehér csempére (üveglapra, műanyag lapra, vagy főzőpohárba) helyezz egy vasdarabkát (esetleg kis méretű vasszöget), és tölts rá annyi réz(ii)-szulfát-oldatot, hogy minél jobban ellepje a vasdarabot (2. ábra)! Ismételd meg a kísérletet rézdarabkával és vas(ii)- szulfát-oldattal! Milyen különbségeket tapasztaltál? Mi lehet a végbemenő redoxireakció kémiai egyenlete, ha tudjuk, hogy a Cu 2+ -ionok vizes oldata kék színű, a Cu pedig vörös színű? Mi oxidálódott és mi redukálódott a folyamat során? Tudod? Jó, ha tudod! A magnézium meggyújtva vakító lánggal ég oxigénben (levegőn). Az égés kémiai egyenlete a következő: 2 Mg + O 2 2 MgO. A keletkezett magnézium-oxid ionrácsos vegyület: Mg 2+ – és O 2 -ionokból épül fel. Ez a reakció tehát felbontható két részfolyamatra: a magnéziumatom elektront ad le: 2 Mg 2 Mg e, azaz oxidálódik; az oxigénmolekula felveszi az elektronokat: O e 2 O 2, azaz redukálódik. A meggyújtott magnézium klórgázban is folytatja az égést: Mg + Cl 2 MgCl 2. A magnézium-klorid is ionrácsos anyag: Mg 2+ – és Cl -ionokból áll. A felírható részfolyamatok: A magnéziumatom elektront ad le: Mg Mg e, azaz oxidálódik; a klórmolekula felveszi az elektronokat: Cl e 2 Cl, azaz redukálódik. Hasonló, látványos reakció megy végbe, ha alumínium és jód keverékére vizet cseppentünk (3. ábra). (A fejlődő hőtől a jód egy része jódgőzzé alakul, ezért a kísérletet csak vegyifülkében szabad elvégezni!) Írd fel a redoxireakció kémiai egyenletét, valamint az oxidációs és redukciós részfolyamat egyenletét is! 3. Egy látványos redoxireakció: alumínium reakciója jóddal egy vízcsepp hatására A magnézium égése oxigénben és klórban 74

75 Tudod? Jó, ha tudod! Egyszer oxidálószer, másszor redukálószer? Fémek reakciója vízzel és savakkal A vas képes redukálni a Cu 2+ -ionokat, a réz viszont nem képes redukálni a Fe 2+ -ionokat. Tehát ha vas(ii)- szulfát-oldatba merítünk rézlemezt, semmi nem fog történni. Ha viszont a rézlemezt ezüst-nitrát vizes oldatába mártjuk, akkor sötétszürke színnel ezüst válik ki, az oldat pedig halványkék lesz. Végbemegy a következő redoxireakció: Cu + 2 Ag + Cu Ag. A réz tehát redukálta az Ag + -ionokat. A különböző anyagok redukálóképessége eltérő. Ezt fejezi ki az elemek redukálósora (4. ábra). A nagyon nagy redukálóképességű fémek a vízzel is reakcióba lépnek hidrogéngáz fejlődése közben. Például: 2 Na + 2 H 2 O 2 NaOH + H 2. A reakció során a fém oxidálódik (elektront ad le), a vízmolekula pedig redukálódik (elektront vesz fel). Vannak olyan fémek, amelyek csak híg savakban oldódnak hidrogénfejlődés közben. Például: Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2. A fém ebben az esetben is oxidálódik (elektront ad le), a savoldatban lévő hidrogénion veszi fel az elektront, tehát az redukálódik: Zn + 2 H + Zn 2+ + H 2 (5. ábra). 4. Az elemek redukálósorában a vas redukálóbb a réznél, a réz pedig az ezüstnél “Agresszív vizek” avagy a nemesfémek oldódása savakban A nemesfémek (ezüst, arany, platina) redukálóképessége annyira kicsi, hogy alig van olyan anyag, amivel reakcióba lépnének. A választóvíz (tömény salétromsav) nevét onnan kapta, hogy az ezüstöt oldja, de az aranyat nem. Ezért arany ékszerek vizsgálatára használják. A királyvíz (a tömény salétromsav és tömény sósav elegye) az aranyat is oldja. erős redukálószer gyenge redukálószer Hevesen reagálnak savakkal vagy cseppfolyós vízzel, miközben H 2 -gáz fejlődik Reagálnak savakkal és vízgőzzel, miközben H 2 -gáz fejlődik Reagálnak savakkal, miközben H 2 -gáz fejlődik Csak oxidálószerekkel reagálnak, és sosem keletkezik közben H 2 -gáz Li Li + + e K K + + e Ba Ba e Ca Ca e Na Na + + e Mg Mg e Al Al e Mn Mn e Zn Zn e Cr Cr e Fe Fe e Co Co e Ni Ni e Sn Sn e H 2 2 H e Cu Cu e Ag Ag + + e Hg Hg e Pt Pt e Au Au e Redoxireakció: elektronátmenettel járó kémiai reakció. Van fogalmad? Oxidáció: a redoxireakciónak az a részfolyamata, amelyben elektronleadás történik. Redukció: a redoxireakciónak az a részfolyamata, amelyben elektronfelvétel történik. 5. A fémek vízzel és savakkal való reakcióját is a redukáló – képességükkel magyarázhatjuk Redoxireakció Elektronátmenettel járó kémiai reakció: oxidáció: elektronleadás, redukció: elektronfelvétel. Égés Redoxireakció. Az éghető anyag a redukálószer. Az égést tápláló anyag az oxidálószer. 75

76 6. Az elektrokémia alapjai Mennyire zöld autó a hibrid autó? A hibrid autókban egymás mellett jelenik meg a hagyományos belsőégésű motor, valamint egy akkumulátorral működő villanymotor (1. ábra). Az akkumulátor töltése részben menet közben egy generátorról, részben fékezés közben történik. A két motor a forgalmi helyzettől függően vagy egymást helyettesítve, vagy egymást erősítve működik. A hibrid autók a hagyományos autóknál 15-30%-kal kevesebb szennyező anyagot bocsátanak a levegőbe, bár az akkumulátorok számos környezetszennyező anyagot tartalmaznak. Ahhoz, hogy jobban megértsük a hibrid autók és az elektromos autók működését, meg kell ismerkednünk az elektrokémia alapjaival. A hőerőművekből, a vízi erőművekből, a szélerőművekből, az atomerőművekből elektromos energia formájában jut el az energia a fogyasztókhoz. Az elektromos energia nagyon jó közvetítő energia, hiszen könnyen átalakítható mechanikai energiává (pl. a villanymotorokban), hővé (pl. az elektromos hősugárzókban) és sugárzási energiává (pl. a világítótestekben, mikrohullámú sütőkben). Az elektromos energia tárolására viszont a kémiai energiahordozók a legalkalmasabbak. Az elektromos energia és a kémiai energia kölcsönös átalakulásaival az elektrokémia foglalkozik. Az elektromos áram a töltéssel rendelkező részecskék áramlása. Az elektromos áramot olyan anyagok vezetik, amelyek szabadon mozgó töltéshordozókat tartalmaznak. Ilyen töltéshordozók az elektronok és az ionok. A szabadon mozgó ionokat tartalmazó folyadékokat elektrolitoknak nevezzük. Az elektrolitba merülő, elektromosan vezető szilárd anyag az elektród. Egy anyag annál jobban vezeti az elektromos áramot, minél kisebb az elektromos ellenállása. Ha az elektrolitba merülő elektródokra kellően nagy feszültséget kapcsolunk, akkor nemcsak elektromos vezetés, azaz ionvándorlás jön létre, hanem az elektródok felületén kémiai változás (oxidáció és redukció) megy végbe. Ezt nevezzük elektrolízisnek. Ilyenkor elektromos áram hatására jön létre a kémiai reakció. Azt az elektródot, ahol elektronfelvétel (redukció) megy végbe, katódnak, azt pedig, ahol elektronleadás (oxidáció) történik, anódnak nevezzük. Az elektrolízis során tehát elektromos energia alakul át kémiai energiává. 1. A hibrid autó működésének megértéséhez ismernünk kell az elektrokémia alapjait is Mit tartalmaznak az érintőképernyős kesztyűk? Az érintőképernyős okostelefonok (2. ábra) és táblagépek elterjedése felvet egy apró kényelmi problémát. Télen igen kellemetlen fedetlen ujjakkal kezelni ezeket a berendezéseket. Kesztyűben viszont nem megy, hacsak nem érintőképernyős kesztyűt húzunk ujjainkra. Ez ugyanis vagy teljes nagyságában, vagy csak bizonyos ujjak begyén ezüstszálakat is tartalmaz a hagyományos pamutszálak mellett. Az ezüst nagyon jól vezeti az elektromosságot, ezért a készülék úgy érzékeli, mintha csupasz ujjunkkal érnénk hozzá. Az egyik típusú (ún. kapacitív) érintőképernyő esetében egy kemény üveg- vagy műanyag lap alatt rácsos szerkezetű vezető réteget helyeznek el, amelynek segítségével a kijelző felett elektromos mezőt alakítanak ki. Amikor ujjunkat közelítjük a panelhez, zavart okozunk ebben az elektromos mezőben (töltést vezetünk el a kezünkkel), amelyet a vezérlőchip érzékel, s ez alapján határozza meg a pozíciót. Az elektromos töltést érzékelő réteg általában indium-trioxid és ón-dioxid keveréke. Innen a rövidítése: ITO (Indium Tin Oxide). 2. Az okostelefonok működésének megértéséhez is tisztában kell lennünk az elektrokémia alapjaival 76

77 Vigyázz! Kész labor! Elemmel író toll Vigyázz! Kész labor! Anyagok elektromos vezetésének vizsgálata Márts szűrőpapírt konyhasós fenolftalein-oldatba, és helyezd sima fémlapra! Egy zseblámpaelem negatív sarkát kösd össze rézdrót segítségével a fémlappal, az elem pozitív pólusára kötött vezetékkel pedig óvatosan írj az átitatott papírra (3. ábra)! Milyen ionok keletkezhetnek az oldat elektrolízise során, ha a fenolftalein megváltoztatja a színét? Tegyél védőfóliát folpack is megteszi érintőképernyős mobiltelefonodra vagy táblagépedre. Érints a védőfóliához különböző szilárd anyagokat, és vizsgáld meg, hogy az érintőképernyő reagál-e az érintésre! Ha igen, akkor az anyag jól vezeti az elektromos áramot, ha nem, akkor rosszul vezeti. Ismételd meg a kísérletet néhány folyadékkal (csapvízzel, sós vízzel, cukros vízzel) is! Ehhez szívd fel a folyadékot egy műanyag szívószálba, majd fogd be ujjaddal a szívószál egyik végét, hogy a folyadék bennmaradjon! A szívószál másik végét érintsd az érintőképernyőhöz és mozgasd rajta! Figyeld meg a változást! Tapasztalataidat jegyezd fel! Milyen töltéshordozók találhatók azokban a szilárd anyagokban, amelyek vezetik az elektromos áramot? 3. Megfelelően összeállított elektrolizáló berendezéssel akár írhatunk, rajzolhatunk is Vigyázz! Kész labor! Oldatok elektrolízise Vigyázz! Kész labor! Készíts díszes rézbevonatot vastárgyon! Tölts egy nagyobb pohárba (vagy befőttesüvegbe) réz(ii)-szulfát-oldatot! Fektess a pohár nyílására egy pálcikát! Erősíts rá két szál cérnát. Köss az egyikre egy darab rézdrótot, a másikra egy jól megtisztított, zsírtalanított vastárgyat, amihez szintén egy rézdrótot kötöttél! Kapcsold a rézdrótokat egy zseblámpaelem sarkaihoz úgy, hogy a bevonandó vastárgy legyen a negatív pólus! A vastárgyra vörös rézréteg kezd kirakódni. Ha a bevonat már elég vastag, vedd ki a tárgyat az oldatból, vízzel alaposan mosd le, szárítsd meg, és puha rongygyal fényesítsd ki! Vörösen csillogó réztárgyat kapsz. Vajon milyen folyamat mehetett végbe az anódon (a rézdróton), és milyen a katódon (a vastárgyon)? Elektrokémia: az elektromos áram és a kémiai reakciók kölcsönhatásával Van fogalmad? foglalkozó tudomány. Elektrolízis: az elektrolizáló cellában külső egyenáramú áramforrás hatására végbemenő kémiai változás. Csempére (üveglapra, műanyag lapra) tölts annyi híg sósavat, hogy egy kb. 3-4 cm átmérőjű paca keletkezzen! Megfelelő feszültségű (4,5-9 V) egyenáramú áramforrás (pl. zsebtelep, egyenáramú tápegység) kivezetéseihez csatlakoztass két grafitrudat! Nyomd a grafitrudak szabad végét a folyadékba egymástól kb. 1-1,5 cm-re! Kb. fél percnyi elektrolízis után emeld ki a grafitrudakat, és rögzítsd megfigyeléseidet! Az elektródokon végbemenő reakciók: Anód (+) 2 Cl – = Cl e – Katód ( ) 2 H e – = H 2 Elektrokémiai alapismeretek Elektromos áram: töltéshordozók egyirányú áramlása. Töltéshordozók szabadon elmozduló elektronok, szabadon elmozduló ionok. Elektród: elektromosan vezető szilárd anyag: katód, anód. Elektrolízis Az elektromos energia kémiai energiává alakulása. Az anódon oxidáció, azaz elektronleadás történik. A katódon redukció, azaz elektronfelvétel történik. Gyakorlati alkalmazása anyagok előállítása, felületbevonás (galvanizálás), energiatárolás (akkumulátorokban). 77

78 7. Galvánelemek Pótolható a lemerült ceruzaelem citrommal is? Valóban, egy citrommal és néhány fémdarabbal is helyettesíthetsz egy 1,5 V-os ceruzaelemet. A citromból de akár egy almából vagy burgonyából is egyszerűen készíthetsz ún. gyümölcs-galvánelemet (1. ábra). Kell hozzá két különböző fém, amelyek a fémek redukálósorában lehetőleg minél távolabb helyezkedjenek el (pl. réz és magnézium). A rézkatódon a gyümölcsben lévő savas nedvek hidrogénionja redukálódik: 2 H + + 2e H 2. A nagyobb redukálóképességű magnéziumanódon a fém oxidálódik: Mg Mg e. A galvánelemek olyan berendezések, amelyekben a végbemenő kémiai reakció elektromos áramot termel. Azaz bennük a kémiai energia elektromos energiává alakul. Az előállítható elektromos feszültség nagysága függ a galvánelem összetételétől és használatának körülményeitől. A galvánelemben olyan redoxireakció megy végbe, amelyben az oxidációt és a redukciót térben egymástól elválasztottuk. A galvánelemben az elektrolizáló cellához hasonlóan az anódon mindig oxidáció, a katódon mindig redukció játszódik le. Az anódon visszamaradó elektronok a külső áramkörben (a fémes vezetőben) jutnak át a katódra. 1. Gyümölcs-galvánelemmel helyettesíthetsz egy 1,5 V-os elemet Állati eredetű vagy sem? Galvani és Volta vitája A galvánelem elnevezés a jelenség első felfedezőjének, Luigi Galvani ( ) olasz orvosnak a nevéből származik. Galvani békaboncolás közben megfigyelte, hogy ha két különböző, egymással érintkező fém végei a békacombhoz érnek, az izom összerándul. Úgy gondolta, hogy az elektromos jelenség a békacombból ered. Ezt az állati eredetű elektromosság nézetét akkoriban elfogadták, hiszen ismeretes volt, hogy bizonyos állatok (elektromos rája, angolna) képesek áramütéseket okozni. Alessandro Volta ( ) megismételte Galvani kísérleteit. Észrevette, hogy a békacomb nem rándul össze, ha csak egyfajta fémmel érintkezik. Hamar rájött, hogy a jelenséghez nincs szükség békára, elegendő, ha különböző fémeket sóoldattal átitatott bőrlemezek (vagy papírlemezek) választanak el. Így készítette el az azóta róla elnevezett Volta-oszlopot. Az elektromotoros erő A galvánelemek fontos jellemzője az elektromotoros erő (E MF ). Az elektromotoros erő az a maximális feszültség, amelyet akkor mérünk az elektródok között, ha a galvánelemen nem folyik át áram. Mértékegysége a volt (V). Szerinted? A Daniell-elem Ha cinket mártunk réz(ii)-szulfát-oldatba, a cink felületén vörös bevonat képződik. Mi lehet a vörös bevonat? Értelmezd a végbemenő kémiai reakciót a fémek redukálósora alapján! Írd fel a reakció ionegyenletét! Mi történt volna, ha rézlemezt mártunk cink-szulfátoldatba? Ahhoz, hogy elektromos energiát nyerjünk, a cinkről származó elektronoknak egy vezetőben kell áramlani a réz(ii)-ionokhoz. Az oxidációt és a redukciót tehát térben el kell választani egymástól. Egy ilyen összeállítás látható a 2. ábrán. Ezt nevezzük Daniell-elemnek. Értelmezd a Daniell-elem működését az ábra és az eddig tanultak segítségével! 2 Na + sóhíd SO katód anód Cu Zn 2 e 2 e Cu e SO 4 2 SO 4 2 Cu e Cu Zn Zn e 2. A Daniell-elem e Cu 2+ Zn 2+ Zn 78

79 Tudod? Jó, ha tudod! A galvánelemek kémiai jelölése Vigyázz! Kész labor! Milyen energiát termel? A galvánelemek kémiai jelölését a Daniell-elem példáján ismerheted meg. Először leírjuk az anód anyagának vegyjelét, jelen esetben ez a cink vegyjele lesz. Ez jelenti a cinket mint fémet. Ezután húzunk egy függőleges vonalat, majd leírjuk a cink-szulfát képletét. Ez jelenti a cink-szulfát-oldatot, a függőleges vonal pedig a szilárd folyadék határt. Majd rajzolunk egy függőleges szaggatott vonalat. Ez jelöli az ionok számára átjárható diafragmát vagy sóhidat. Utána jön a réz-szulfátoldat jelölése képlettel és egy újabb függőleges vonal. Végül a másik fém, a réz vegyjele. Ha tudjuk, akkor a megfelelő fémek mellé írjuk zárójelben az elektród polaritását is. A Daniell-elem egyszerűsített kémiai jelölése tehát a következő: ( )Zn(sz) ZnSO 4 -oldat CuSO 4 -oldat Cu(sz)(+) Az egyszerűsített kémiai jelölés alapján állapítsd meg, hogy melyik elektród az anód, illetve a katód, és milyen anód- és katódfolyamatok mennek végbe a következő galvánelemben! ( )Cu(sz) Cu(NO 3 ) 2 -oldat AgNO 3 -oldat Ag(sz)(+) Szórj réz(ii)-szulfát-oldatba cinkport! Figyeld meg, hogyan változik meg a cinkpor és az oldat színe! Írd fel a lejátszódó reakció kémiai egyenletét! Vigyázz! Kész labor! Készíts gyümölcsgalvánelemet! Végy egy almát (esetleg krumplit, citromot vagy más lédús gyümölcsöt), és egymástól néhány milliméterre szúrj bele egy rézlemezt (vagy ezüstgyűrűt) és egy magnéziumlemezt (vagy alumíniumlemezt)! Vezetékek segítségével kösd a rézlemezt a működtetni kívánt elektromos berendezés (bármilyen, 1,5 V-os elemmel működő berendezés) elemtartójának pozitív pólusához, a magnéziumlemezt pedig a negatív pólushoz! (Gyümölcs helyett használhatsz gyümölcslevet is.) A standard potenciál A standardpotenciál az anyagok redukáló- és oxidálóképességének mértéke (1. táblázat). Annak a galvánelemnek az elektromotoros ereje, amelynek katódja a vizsgált elektród, anódja a standard hidrogénelektród. Ismeretében egyrészt meghatározhatjuk a redoxireakciók irányát, másrészt kiszámíthatjuk a galvánelemek elektromotoros erejét: E MF = ε(katód) ε(anód). Nézz utána, mi az a standard hidrogénelektród! Hogyan következtethetünk az elektródpotenciálokból a redoxireakciók irányára? A galvánelem Olyan berendezés, amelyben kémiai reakció termel elektromos áramot. Benne a kémiai energia elektromos energiává alakul. Benne a redoxireakció két lépése, az oxidáció és a redukció térben elválasztva megy végbe. Daniell-elem ( )Zn ZnSO 4 -oldat CuSO 4 -oldat Cu(+) Redoxirendszer Redukció reakcióegyenlete Standardpotenciál (V) F 2 /2 F F e = 2 F +2,87 Au 3+ /Au Au e = Au +1,42 Cl 2 /2 Cl Cl e = 2 Cl +1,36 Fe 3+ /Fe 2+ Fe 3+ + e = Fe 2+ +0,77 2 H + /H 2 2 H + + 2e = H 2 0,00 Fe 3+ /Fe Fe e = Fe 0,036 Al 3+ /Al Al e = Al 1,66 Na + /Na Na + + e = Na 2,71 1. táblázat. Redoxi rendszerek standard elektródpotenciáljai 79

80 8. Primer elemek és akkumulátorok Miért lyukad ki a használt elemek fala? Az olcsóbb ceruzaelemek, rúdelemek külső burkolata általában cinkből készül. Egyben ez az elem anódja is. Használat közben a cink oxidálódik, így a cinklemez egyre vékonyabb lesz. Idővel ki is lyukadhat. Ilyenkor kifolyik az elemben található nedves massza, és tönkreteheti az elektromos berendezéseket (1. ábra). Ezért nem célszerű a kimerült vagy nem használt elemeket a készülékben hagyni. A mindennapokban különböző elektrokémiai áramforrásokat használunk. Vannak közöttük olyanok, amelyeket csak egyszer használhatunk (szárazelemek vagy primer elemek), kimerülés után veszélyes hulladékként kell öszszegyűjtenünk. És vannak olyanok (tölthető elemek vagy akkumulátorok), amelyeket újra feltölthetünk, és így sokszor használhatunk áramforrásként. A szárazelemek klasszikusai: a szén cink elemek Az első szárazelemet Georges Leclanché állította elő 1866-ben, ezért a szárazelemeket gyakran nevezik még ma is Leclanché-elemeknek. Ceruzaelemként legelterjedtebb a szén cink elem. Ennek anódja amely egyben az elem borítása is cinkből készült. A katód egy grafitrúd, melyet mangán-dioxid-réteg vesz körül. Az elektrolit egy pasztaszerű anyag, amely ammónium-kloridot, cink-kloridot és vizet tartalmaz (2. ábra). Az elektrolit kémhatása savas. Az ún. alkálielemek a szén cink elemek korszerűsített változatai. Egyaránt forgalmazzák ceruzaelemként és gombelemként. Az anód továbbra is cink, de ezt por formájában, kálium-hidroxidos zselébe ágyazva tartalmazza az elem. A katód itt is mangán-dioxidba merülő grafit. A lúgos massza kifolyását egy külső acélház akadályozza meg. A szén cink elemek feszültsége 1,5 V. grafit cink elektrolittal átitatott porózus anyag 2. A szén cink elem felépítése 1. A használt ceruzaelemeket nem szabad az elektromos berendezésben tartani, mert az elem fala könnyen kilyukad, és ez károsíthatja az elektromos berendezést Az ezüst cink elemmel elsősorban mint gombelemmel találkozhatunk. (Az elem hátoldalán Ag megjelölés olvasható.) Viszonylag drága, tartós elem. Elektromotoros ereje 1,6-1,8 V. Ez volt az első olyan galvánelem, amit az űrhajózásban is használtak. Ilyen elemmel működtek az első szovjet szputnyikokban lévő műszerek. Élettartamuk elérte a 3-5 hónapot. A hatvanas években az amerikaiak is ilyen elemet használtak a Hold- és a Vénusz-kutató űrhajókban. Ehhez hasonló jó tulajdonságú, de sokkal olcsóbb elem volt a higanyoxidos elem. Ezeket a környezetre káros higanytartalmuk miatt kivonták a forgalomból. Az űrkutatás termékei: az ezüst cink elem A legkorszerűbb száraz elem: a lítiumelem Mivel a galvánelem elektromotoros ereje alapvetően attól függ, hogy az elektródok anyagát képező fémek redukálóképessége (elektródpotenciálja) mennyire különbözik egymástól, ezért nagyon logikusnak tűnik anódként nagy redukálóképességű alkálifémeket használni. Csakhogy ezek a rendkívül reaktív fémek vízzel hevesen reagálnak, ezért vizes oldatok mint elektrolitok használata teljes mértékben kizárt. Az 1980-as években jelentek meg az első lítiumelemek, amelyekben vagy nem vizes oldat, vagy olvadék volt elektrolitként. A lítiumelemek könnyű, nagyfeszültségű és rendkívül megbízható, tartós energiaforrások. Ilyenek találhatók például a szívritmus-szabályozókban (pace makerekben). Az első ilyen elemeket az űrkutatásban próbálták ki. A lítiumelem névleges feszültsége 3,6 V. 80

81 Az akkumulátorok olyan elektrokémiai berendezések, amelyek a körülményektől függően elektrolizáló cellaként (töltés) és galvánelemként (kisütés) is használhatók. A tüzelőanyag-elemek A nagy klasszi kus: az ólom akkumulátor A legismertebb, legrégibb akkumulátor a gépkocsikban használatos ólomakkumulátor. Ebben ólom és ólom-dioxid az elektródok anyaga, és kénsavoldat az elektrolit. Tényleges feszültsége kb. 2 V, ezért a gépkocsikban általában 6 darab cellát kapcsolnak sorba (12 V). Hátránya, hogy az ólomtartalom miatt nehéz és a környezetre mérgező, valamint a benne lévő kénsav (akkumulátorsav) veszélyes maró anyag. Korszerűsített változatában, az ún. zselés akkumulátorban a kénsavat szilikagélben itatják fel, így a kénsav nem folyhat ki, az akkumulátor egy esetleges törés esetén is üzemképes maradhat. Töltés közben bekövetkezhet a víz bomlása hidrogénre és oxigénre. Ez az oka annak, hogy egyrészt az ólomakkumulátort nem szabad zárt helyen tölteni, másrészt a folyadékszint csökkenésekor desztillált vízzel és nem kénsavval kell utántölteni. Az akkumulátorok töltöttségi szintjét a kénsavoldat sűrűségének mérésével szokták ellenőrizni. A tüzelőanyag-elemekben az égési reakció mint redoxireakció két részfolyamata az oxidáció és a redukció térben elválasztva játszódik le. Elvileg minden éghető anyagból lehet tüzelőanyag-elemet készíteni. A legismertebb tüzelőanyag-elem hidrogénnel és oxigénnel működik, működése közben víz keletkezik. Az elem fő része egy 1 mm-nél kisebb vastagságú membrán, amely csak a hidrogénionokat engedi át. A membrán két oldalát porózus katalizátorral, általában platinával vonják be. A két ellentétes oldalon diffundál be az oxigén és a hidrogén. Az anódon a hidrogénmolekulák oxidálódnak, miközben hidrogénionok és elektronok keletkeznek. A membrán másik oldalán, a katódtérben az oxigénmolekulákat az elektronok redukálják, és a keletkezett hidroxidionok a membránon átjutott hidrogénionokkal vízzé egyesülnek. Ilyen tüzelőanyag-cellákat használtak a Gemini és az Apollo űrhajókban is. Az űrhajókban a keletkezett vizet megfelelő kezelés után ivóvízként is lehet használni. Tüzelőanyag-cellát tartalmaznak a szénmonoxid-érzékelők is. Kétszer kettő? Hány óráig kell tölteni? A legmodernebb akkumulátorok: a lítiumionakkumulátorok A mobiltelefonok, laptopok, táblagépek akkumulátora a lítiumion-akkumulátor. Anódja egy különleges anyag: lítiumionokat tartalmazó grafit. A katódja lítiumionokat is tartalmazó kobalt-dioxid. A két elektródot megfelelő elektrolit köti össze, az elektródtereket pedig lítiumionokra átjárható membrán választja el. Nagy kapacitású, könnyű akkumulátor. Feszültsége 4 V. Továbbfejlesztett változata a lítiumpolimer-akkumulátor. Ebben folyadék helyett egy megfelelő polimer (műanyag) tölti be az elektrolit szerepét. Primer elem: egyszer használatos elektrokémiai áramforrás (galvánelem). Van fogalmad? Akkumulátor: olyan elektrokémiai berendezés, amely elektrolizáló cellaként és galvánelemként is használható. Tüzelőanyag-elem: olyan elektrokémiai áramforrás, amelyben egy égési reakció két részfolyamata, az oxidáció és a redukció egymástól térben elválasztva játszódik le. A legtöbb ólomakkumulátor teljesítménye 60 amperóra (Ah) körül van. Mennyi ideig kell tölteni egy félig lemerült akkumulátort, ha a töltő 5 A áramerősséggel tölt? Egy tölthető ceruzaelem (szabályos nevén: nikkelmetál-hidrid, NiMH akkumulátor) 2500 mah kapacitású. A töltő 250 ma áramerősséggel tölt. Mennyi ideig kell tölteni egy 70%-os töltöttségi állapotban lévő akkumulátort? Elektrokémiai áramforrások Primer elemek (egyszer használatosak): szárazelemek (szén cink, ezüst cink), lítiumelemek. Tölthető elemek (akkumulátorok): ólomakkumulátor, nikkel fém-hidrid akkumulátorok, lítiumion-akkumulátorok. Tüzelőanyag-elemek. 81

82 Összefoglalás Kapcsolatok Szóban vagy írásban értelmezd a következő ábrákat! SAV-BÁZIS REAKCIÓ makroszinten részecskeszinten vizes oldat kémhatásának változása lényege sav + bázis só + víz kémhatás H + -átmenet lényege H + sav + bázis fajtái kimutatása jellemzése savas semleges lúgos indikátor ph értelmezése REDOXIREAKCIÓ résztvevői részfolyamatai Oxigénatom-átmenet e -átmenet oxidáció redukció oxidálószer redukálószer redukál/oxidál 82

83 ELEKTROKÉMIA tárgya elektromos energia kémiai változás kémiai változás elektromos energia elektrolizáló cella részei galvánelem anód katód oxidáció redukció akkumulátor Projektmunka Korrózió vizsgálata Alkossatok négy csoportot! Tervezzetek kísérletet annak vizsgálatára, hogy van-e szerepe egy vastárgy korróziójában (a) a nedvességnek; (b) a levegőnek; (c) a fénynek; (d) a hőmérsékletnek! Vitassátok meg a kísérletekre vonatkozó elképzeléseteket, majd a tanárotokkal való megbeszélés után csoportmunkában végezzétek el azokat! Az első csoport a nedvesség hatását, a második csoport a levegő hatását, a harmadik csoport a fény hatását, a negyedik csoport a hőmérséklet hatását vizsgálja. A kísérletekről és a megfigyelésekről készítsetek jegyzőkönyvet és számítógépes beszámolót! Projektmunka Tüzelőanyag-cellák Készíts projektmunkát Oláh György és a direkt metanolos tüzelőanyag-cella címmel! 83

84 Természettudományos gondolkodás 1. Savkötők A gyomorégés a leggyakoribb egészségügyi panaszok közé tartozik. Kiváltója a gyomorban termelődő sósav. Ennek koncentrációja 0,1 mol/dm 3 körüli. Nagyobb koncentráció esetén lép fel az égető fájdalom. A fájdalom megszüntetésére a leggyakoribb módszer a sav megkötése, vagyis valamilyen sóvá alakítása. A legismertebb hatóanyag erre a szódabikarbóna, amelynek hatóanyaga a NaHCO 3. A gyomor sósavtartalmával való reakciója során CO 2 és NaCl is keletkezik. Az előbbi anyag puffadást, feszülést okozhat, míg a keletkező NaCl elvileg veszélytelen anyag, ugyanakkor a szervezetbe kerülve hozzájárulhat vérnyomásproblémák kialakulásához. A recept nélkül kapható gyógyszerek mindegyike valamely olyan anyagot használ, melyek képesek sót képezni a gyomorsavval. Néhány, Magyarországon forgalmazott gyógyszer a következő: Gyógyszer neve A semlegesítésért felelős hatóanyaga Rennie CaCO 3 és MgCO 3 Mg(OH) 2 Almagel szuszpenzió Al(OH) 3 és Mg(OH) 2 Maalox Al 2 O 3 és Mg(OH) 2 Nilacid MgO és NaH 2 PO 4 Tisacid Al 3 Mg 3 (OH) 5 (CO 3 ) 5 Írd fel a szódabikarbóna sósavval való reakciójának kémiai egyenletét! A felsorolt gyógyszerek közül melyiknél várható még feszülés, puffadásérzés a bevételt követően? Milyen anyagok keletkeznek szervezetünkben az Almagel nevű gyógyszer bevételét követően? A szódabikarbóna felhasználásának tipikus módja, hogy egy teáskanál (6 g) szódabikarbónát elkeverünk egy pohár vízben, majd megisszuk. Ha a napi ajánlott NaCl-bevitel 5 g, meghaladjuk-e ezt a mennyiséget egy adag szódabikarbóna bevételével? Természettudományos gondolkodás 1. Alkossatok két csoportot és folytassatok le érvelő vitát Tényleg 0 %-os emisszió jellemzi az elektromos autókat? címmel! 2. Alkossatok két csoportot és folytassatok le érvelő vitát Működhet-e vízzel egy autó? címmel! 84

85 I. A VIII. A H hidrogén 1,008 II. A III. A IV. A V. A VI. A VII. A Li lítium 6,94 11 Na 19 nátrium 22,99 K kálium 39,10 37 Rb rubídium 85,47 55 Cs cézium 132,91 87 Fr francium (223) 2,20 0,98 0,93 4 Be berillium 9,01 12 Mg magnézium 24,31 III. B IV. B V. B VI. B VII. B VIII. B I. B II. B 20 Ca kalcium 40,08 38 Sr stroncium 87,62 56 Ba bárium 137,34 88 Ra rádium (226) 21 Sc szkandium 39 44,96 Y ittrium 88,91 57 La lantán 138,91 89 Ac aktínium (227) 6 7 A PERIÓDUSOS RENDSZER 22 Ti titán 47,90 23 V vanádium 50,94 24 Cr króm 52,00 25 Mn mangán 54,94 26 Fe vas 55,85 27 Co 0,82 1,00 1,36 1,54 1,63 1,66 1,55 1,83 1,88 0,82 0,79 0,7 1,57 1,31 0,95 0,89 0,9 1,22 1,10 1,1 40 Zr cirkónium 91,22 72 Hf hafnium 178, Rf raderfordium (265) 58 Ce cérium 140,12 90 Th tórium 232,0 1,33 1,3 fémek 1,12 félfémek nemfémek nemesgázok 41 Nb nióbium 92,91 73 Ta tantál 180, Db dubnium (268) 59 Pr prazeodímium 140,91 91 Pa protaktínium 231 rendszám 1,6 1,5 vegyjel 42 Mo molibdén 95,94 74 W volfrám 183, Sg sziborgium (271) 60 Nd neodímium 92 név 144,24 2,16 1,7 U urán 238,03 43 Tc technécium (98) 75 Re rénium 186,2 107 Bh bohrium (270) 61 Pm prométium (145) 93 Np neptúnium (237) 44 Ru ruténium 101,07 kobalt 58,93 45 Rh 2,10 2,2 2,28 76 Os ozmium 190,2 108 Hs hasszium (277) 62 Sm szamárium 150,35 94 Pu 1,3 1,5 1,7 1,3 1,3 6 C szén 12,01 2,55 1,9 plutónium (244) 2,2 1,13 1,14 1,17 elektronvonzó képesség moláris tömeg (g/mol) 77 ródium 102,91 Ir irídium 192,2 109 Mt meitnérium (276) 63 Eu európium 151,96 95 Am amerícium (243) 2,2 28 Ni nikkel 58,71 46 Pd palládium 106,4 78 Pt platina 195, Ds darmstadtium (281) 64 Gd gadolínium 157,25 96 Cm kűrium (247) 29 Cu réz 63,54 47 Ag ezüst 107,87 79 Au arany 196,97 30 Zn 1,91 1,90 1,65 2,20 2,2 111 Rg röntgénium (280) 65 Tb terbium 158,92 97 Bk berkélium (247) 1,93 2,4 cink 65,37 48 Cd kadmium 112,40 80 Hg higany 200, Cn kopernícium (285) 66 Dy diszprózium 162,50 98 Cf kalifornium (251) 1,69 1,9 5 B bór 10,81 13 Al alumínium 26,98 31 Ga gallium 69,72 49 In 81 indium 114,82 Tl tallium 204, Nh nihónium (286) 67 Ho holmium 164,93 99 Es einsteinium (252) 6 14 C szén 12,01 Si szilícium 28,09 32 Ge germánium 72,63 50 Sn ón 118,69 82 Pb ólom 207, Fl fleróvium (289) 68 Er erbium 167,26 7 2,04 2,55 3,04 3,44 3,98 1,61 1,81 1,78 1,8 100 Fm fermium (257) 15 N nitrogén 14,01 P foszfor 30,97 33 As arzén 74,92 51 Sb antimon 121,75 83 Bi bizmut 208, Mc moszkóvium (288) 69 Tm túlium 168, Md mendelévium (258) 2,19 2,18 2,05 1, O oxigén 16,00 S kén 32,06 34 Se szelén 78,96 52 Te tellúr 127,60 84 Po polónium (209) 116 Lv livermórium (293) 70 Yb itterbium 173, No nobélium (259) 9 17 F fluor 19,00 2,58 3,16 Cl klór 35,45 35 Br 2,55 2,96 53 bróm 79,91 2,1 2,66 I jód 126,90 85 At asztácium (210) 117 Ts tenesszium (294) 71 Lu 1,20 1,22 1,23 1,24 1,25 1,0 1,90 2,01 1,96 1,8 2,0 lutécium 174, Lr laurencium (262) 2,2 2 He hélium 4,00 10 Ne neon 20,18 18 Ar argon 39,95 36 Kr kripton 83,80 54 Xe xenon 131,30 86 Rn radon (222) 118 Og oganeszon (294) 2,60

86 I. A 1 2,20 H hidrogén 1,008 II. A 3 Li lítium 6,94 0,98 11 Na nátrium 22,99 0,93 19 K kálium 39,10 37 Rb rubídium 85,47 55 Cs cézium 132,91 87 Fr francium (223) 4 Be berillium 9,01 12 Mg magnézium 24,31 III. B IV. B V. B VI. B VII. B VIII. B 20 Ca kalcium 40,08 38 Sr stroncium 87,62 56 Ba bárium 137,34 88 Ra rádium (226) 21 Sc szkandium 44,96 39 Y ittrium 88,91 57 La lantán 138,91 89 Ac aktínium (227) A PERIÓDUSOS REND 22 Ti titán 47,90 40 Zr cirkónium 91,22 72 Hf hafnium 178, Rf raderfordium (265) 23 V vanádium 50,94 41 Nb nióbium 92,91 73 Ta tantál 180, Db dubnium (268) 24 Cr króm 52,00 42 Mo molibdén 95,94 74 W volfrám 183, Sg sziborgium (271) 25 Mn mangán 54,94 26 Fe vas 55, Tc Ru technécium ruténium (98) 101,07 75 Re rénium 186,2 107 Bh bohrium (270) 76 Os ozmium 190,2 108 Hs hasszium (277) 27 Co kobalt 58,93 0,82 1,00 1,36 1,54 1,63 1,66 1,55 1,83 1,88 0,82 0,79 0,7 1,57 1,31 0,95 0,89 0,9 1,22 1,10 1,1 A PERIÓDUSOS rendszám 1,33 1,3 vegyjel név rendszám 6 2,55 1,6 1,5 C vegyjel szén 12,01 név 2,16 1,7 6 elektronvonzó 2,55 elektronvonzó képesség képessé C szén 12,01 moláris tömeg moláris (g/mol) tömeg (g/mol) 45 Rh ródium 102,91 2,10 2,2 2,28 1,9 2,2 77 Ir irídium 192,2 2,2 109 Mt meitnérium (276) 1 fémek 58 1,12 6 Ce félfémek cérium 140,12 nemfémek 90 nemesgázok 7 Th tórium 232,0 59 Pr prazeodímium 140,91 60 Nd neodímium 144, Pa U protaktínium urán ,03 61 Pm prométium (145) 93 Np neptúnium (237) 62 Sm szamárium 150,35 1,13 1,14 1,17 94 Pu plutónium (244) 1,3 1,5 1,7 1,3 1,3 63 Eu európium 151,96 95 Am amerícium (243)

87 DSZER ) RENDSZER ség 28 Ni nikkel 58, ,20 Pd palládium 106,4 78 Pt platina 195,09 I. B II. B 29 Cu réz 63,54 47 Ag ezüst 107,87 30 Zn cink 65,37 1,91 1,90 1,65 2,2 1,93 79 Au arany 196,97 2, Ds Rg darmstadtium röntgénium (281) (280) 48 Cd kadmium 112,40 1,69 80 Hg higany 200,59 1, Cn kopernícium (285) III. A IV. A V. A VI. A VII. A B bór 10, ,61 Al alumínium 26,98 31 Ga gallium 69,72 49 In indium 114,82 81 Tl tallium 204,37 Nh nihónium (286) 6 C szén 12,01 14 Si szilícium 28, ,01 Ge germánium 72,63 50 Sn ón 118,69 82 Pb ólom 207, Fl fleróvium (289) 7 N nitrogén 14,01 2,04 2,55 3,04 3,44 3,98 1,81 1,78 1,8 1,90 1,96 1,8 15 P foszfor 30,97 2,19 33 As arzén 74,92 2,18 51 Sb antimon 121,75 2,05 83 Bi bizmut 208,98 1, Mc moszkóvium (288) O oxigén 16,00 16 S kén 32,06 34 Se szelén 78,96 52 Te tellúr 127,60 84 Po polónium (209) Lv livermórium (293) 9 F fluor 19,00 17 Cl klór 35,45 2,58 3,16 35 Br bróm 79,91 2,55 2,96 53 I jód 126,90 2,1 2,66 2,0 85 At asztácium (210) 2,2 117 Ts tenesszium (294) 2 VIII. A He hélium 4,00 10 Ne neon 20,18 18 Ar argon 39,95 36 Kr kripton 83,80 54 Xe xenon 131,30 86 Rn radon (222) 2, Og oganeszon (294) 64 Gd gadolínium 157,25 96 Cm kűrium (247) 65 Tb terbium 158,92 97 Bk berkélium (247) 66 1,22 67 Dy diszprózium 162,50 Ho holmium 164,93 98 Cf kalifornium (251) 99 Es einsteinium (252) 68 Er erbium 167, Fm fermium (257) 69 Tm túlium 168, Md mendelévium (258) 70 Yb itterbium 173, No nobélium (259) 71 Lu lutécium 174,97 1,20 1,23 1,24 1,25 1,0 103 Lr laurencium (262)

88 Képjegyzék Grafika: 7., 9., 11., 14., 16., 17., 18., 19., 20., 21., 22., 23., 24., 27., 30., 31., 32., 33., 34., 36., 37., 39., 40., 46., 48., 50., 53., 55., 56., 57., 60., 68., 70., 72., 74., 75., 78., 80. Tananyagfejlesztői laboratóriumi fotó: 34., 36., 38., 42., 46., 48., 71., 74., 76., 77. Wikipedia (közkincs): RF: 29., 34., 45., 50., 52., 35., 68., 72., 73., Princeton.edu: 7. Keystone-sda: 10. Fineartamerica: 20. Dreamstime: 32., 35., 42., 60., 73. Epruveticaki: 46. Socratic: 68. Andrew Lambert Photography / Science Photo Library: 69. Sciencephoto: 74. Shutterstock: 36., 78., 80.