1. hét
1. hét
1. hét Laboratóriumi mérések - bevezetés A hallgató …… legyen tájékozott a gyakorlati feladatok témaköreit, azok sorrendjét tekintve, ismerje a gyakorlatokhoz kapcsolódó pontozási, értékelési rendszert, legyen tisztában a felkészülést segítı lehetıségekkel! ismerje az általános laboratóriumi rendszabályokat, tőz- és munkavédelmi elıírásokat, legyen tisztában az elsısegélynyújtás alapvetı lehetıségeivel, munkájában legyen körültekintı, gondos – a laboratóriumi rendszabályokat, valamint a tőz- és munkavédelmi elıírásokat maradéktalanul tartsa be! ismerje az SI mértékegységrendszert, legyen képes a prefixumokat megfelelıen használni, az egységeket átváltani, tudja az anyagmennyiség – tömeg – térfogat összefüggéseit számításaiban alkalmazni! legyen tisztában az értékes jegyek számának meghatározásával, azok kifogástalan használatával a számításokban, tudja és alkalmazza helyesen a kerekítés szabályait! legyen tisztában a pontosság, reprodukálhatóság és torzítás fogalmával, a mérési adatok felírásakor ügyeljen azok pontosságára, legyen képes kiszámolni a mérések százalékos hibáját és értelmezni azok nagyságát! tudjon megfelelıen grafikont készíteni, helyes léptéket választani és görbét illeszteni a mérési pontokra! ismerje a periódusos rendszer használatát, tudjon azon tájékozódni, szükséges adatokat leolvasni, ismerje a 40 gyakori és fontos elem vegyjelét és azok helyét a rendszerben! legyen tisztában a rendszám és tömegszám fogalmával, a moláris tömeg és moláris térfogat használatával!
1
1. hét
1. hét
Bevezetés – általános tudnivalók, félévi követelmények A félév laboratóriumi gyakorlatának menetrendje: A félév minden hetében laboratóriumi foglalkozás folyik. Az elsı két hét után az egyes párhuzamos – A és B jelő – csoportok eltérı laboratóriumi gyakorlatot végeznek. A gyakorlati feladatok témakörét és sorrendjét ismertetjük, és a C201 valamint C032 laboratórium ajtajára kifüggesztjük. Azt is jelöljük, hogy aktuálisan „A” vagy „B” csoport órája lesz-e a laboratóriumban. A laboratóriumi foglalkozásokra kabátot, táskát, mobiltelefont a helyiségbe bevinni nem engedélyezett, azokat a folyosón kell elhelyezni. A laboratóriumi foglalkozásokon köpeny és védıszemüveg viselése kötelezı! Amennyiben a hallgató szemüveget hord, akkor nem szükséges a védıszemüveg. A laboratóriumban korlátozott számban kölcsönözhetı a védıszemüveg (esetenként 100 Ft bérleti díj fejében). A gyakorlat a hivatalos órarend szerinti idıpontban kezdıdik és 2 összevont tanóra hosszúságú, a második óra hivatalos beosztás szerinti végéig tart (a szünetet is magába foglalja). A tanóra kezdete az órarendben feltüntetett idıpont, amikor a hallgató köteles a helyét elfoglalni a kijelölt laboratóriumban. Mérési foglalkozások során a munkabeosztástól függıen a laboratóriumot szükség szerint oktatói engedéllyel néhány percre el lehet hagyni. Aki a feladatát elvégezte, eszközeit elmosogatta, munkaterületén rendet tett, és jegyzıkönyv-adatlapját aláíratta, elıbb is távozhat a laboratóriumból. Mérések A laboratóriumi feladatok elvégéséhez számológép és periódusos rendszer használata szükséges. Minden hallgató gondoskodjon olyan számológéprıl, amellyel a 4 alapmővelet elvégzése mellett logaritmust is lehet számolni. A periódusos tábla pedig tartalmazza legalább az elemek moláris tömegét. A diákok a félév során a laboratóriumban ugyanannál az asztalnál dolgoznak. Ezek a munkahelyek sorszámokkal vannak ellátva, amely számot a jegyzıkönyveken is fel kell tüntetni a csoport kurzusszámával együtt (pl. E04-A102 = EMK, 04 kurzus, A csoport, 102 mérıhely). A mérési helyeken az alábbi eszközöket biztosítjuk: desztillált vizes flaska számozott - Bunsen állvány, fogó, csempe - mérılombik 50 ml /100 ml hasas pipetta: 10,00 ml/20,00 ml + gumilabda - büretta: 50,00 ml/25,00 ml - mérıhenger: 50 ml fızıpohár: 3 db (50, 100, 200 ml) - Erlenmeyer lombik: 2 db (különbözı) - tölcsér (kicsi). A mérési hely eszközállományának hiánytalanságáért és tisztaságáért az oda beosztott hallgató felel. Amennyiben a hallgató hiányosan vagy nem megfelelı tisztaságban találja a mérıhelyén az eszközöket, jeleznie kell a gyakorlatvezetı oktatónak. A feladatok elvégzése után a hallgató köteles elmosogatni az eszközöket, a desztillált vizes palackot feltölteni, és mérıhelyét tiszta, rendezett állapotban hagyni. A hallgató munkáját megkönnyíti, ha laborgyakorlatra hoz magával törlıpapírt vagy kendıt, üvegre író filctollat, valamint egy kemény alátétlapot. A félév meghatározott heteiben nyolc laboratóriumi mérést kell elvégezni, és azokról mérési jegyzıkönyvet készíteni. A feladatleírást és a jegyzıkönyv adatlapot a weboldalról le kell tölteni, kinyomtatni és a foglalkozásra elhozni! A jegyzıkönyv adatlapnak tartalmazni kell még a foglalkozáson mért adatokat, amit a vezetı oktató aláírásával hitelesít; a szükséges számításokat és az eredmények értelmezését utólagosan kell elvégezni. Az elkészített, és a hallgató által aláírt jegyzıkönyvet a következı heti gyakorlat kezdetekor kell beadni. A jegyzıkönyvet a laboratóriumi gyakorlatot vezetı oktató pontozással értékeli, melynek eredményét a NEPTUN-ban rögzíti (6*10 + 2*5 pont). Amennyiben bármilyen észrevétele van, az oktatót konzultációs-fogadó óráján keresheti meg. Dolgozatok A félév során 3 alkalommal 20 perces zárthelyi dolgozat megírására kerül sor, a foglalkozások kezdetén. A beszámoló dolgozatokban kémiai számításokra, az elızetesen elvégzett mérésekhez kapcsolódó elméleti kérdésekre lehet számítani. A beszámoló dolgozatok eredményeit a NEPTUNban közöljük (3*25 pont). 2
1. hét
1. hét
Elektronikus teszt A laboratóriumi számonkérésekhez a félév során egy otthoni elektronikus teszt (OET = 5 pont) kitöltése is társul (ıszi szünetben vagy a következı héten kell megoldani). Az elektronikus teszt számolási, egyenletrendezési feladatokat és mérésekhez kapcsolódó elméleti kérdéseket tartalmaz. OET-re bejelentkezni a hallgató nevének és NEPTUN-kódjának megadásával kell. A különbözı gyakorló tesztek kitöltését a hallgató a félév során bármilyen számítógéprıl gyakorolhatja, amelyre feltelepíti a szükséges „kliens” programot. Ez a program letölthetı a cheminst weboldalról. A bejelentkezéshez a szerver IP-címét a gyakorlaton közöljük. Az elektronikus számonkérésben elért pontszámot a feladatsor befejezésekor a számítógép kijelzi, és az oktató számára naplózza. A naplófájl megtekintésére Molnárné Hamvas Lívia fogadóóráján biztosítunk lehetıséget. A laboratóriumi mérések felépítése, idıbeosztása A laboratóriumi mérések kivitelezése fokozott figyelmet igényel, ezért azokra elızetesen fel kell készülni! A laboratóriumban körültekintıen kell dolgozni, kapkodásnak és viccelıdésnek nincs helye. A feladatok mennyiségét úgy határoztuk meg, hogy azok elvégzésére a felkészült hallgatónak elegendı idı álljon rendelkezésére. A heti program mindig tartalmaz labor-elızetes feladatokat, amelyeket a foglalkozást megelızıen (otthon) szükséges elvégezni, és a kapcsolódó elméleti tudnivalókat elsajátítani. A felkészülést több szakirodalom is segíti. A laboratóriumi mérések következı szakasza a foglalkozásokon elvégzett tényleges laboratóriumi munka – kémiai mérések és kísérletek. Az egyes kurzus-tankörök hallgatói önállóan dolgoznak, de lesznek kisebb csoportoknak közösen elvégzendı feladataik is. A hallgatók a félév során mindig ugyanannál a sorszámmal megjelölt asztalnál dolgoznak. Munkájuk akkor lesz hatékony és eredményes, ha a feladatokat mindenki alaposan ismeri. Végezetül a laboratóriumi mérési adatok értékelése, jegyzıkönyv utólagos elkészítése következik. Minden méréshez hozzátartozik a mérési adatok kiértékelése, értelmezése, amit mindenkinek egyénileg és önállóan kell elkészíteni, és a jegyzıkönyvet következı gyakorlat kezdetekor kell beadni. Az eredményes munka érdekében a laboratóriumi gyakorlatra való felkészülés során szükséges a feladatokat átgondolni aszerint, hogy milyen adatokat kell mérni, milyen sorrendben célszerő végezni a méréseket, hogyan kell kiszámítani a kívánt mennyiségeket, mibıl adódhatnak mérési hibák, és azok hogyan csökkenthetık. A gyakorlatokhoz segítséget nyújt: 1. a weboldalról letöltött ismeretanyag: http://cheminst.emk.nyme.hu 2. Molnárné Hamvas Lívia: Kémiai alapismeretek és számítások, gyakorlati jegyzet 3. Molnárné Hamvas Lívia: Általános kémiai gyakorlatok, gyakorlati jegyzet 4. Molnár József – Molnárné Hamvas Lívia: Általános kémia – multimédia tananyag (Kémia Kalauz-2) 5. bemutató labor (demonstrációs laborgyakorlat) 6. fakultatív tanóra (Alapozó kémia) 7. konzultáció a laborgyakorlat vezetıjével a mérési adatok rögzítése A mérések során a megfigyeléseket, adatokat az elıre kinyomtatott vagy megírt lapra tollal kell beírni. A hallgatók dolgozzanak figyelmesen, munkájuk tükrözze a mérnöki, illetve a kutatói szemléletet! Jegyzıkönyvük ennek megfelelıen legyen tiszta, rendes, jól olvasható, áttekinthetı! A mérési adatokat tartalmazó lapokat a gyakorlatvezetı a gyakorlat végén aláírja. A mérési adatlapon semmilyen utólagos javítás nem engedélyezett. Téves adatok bejegyzése esetén a javítás tényére aláíráskor a gyakorlatvezetı figyelmét fel kell hívni, és az adatlapot a megfelelı helyen láttamoztatni! Utólagos módosításnak, javításnak helye nincs; kifestıt használni tilos! 3
1. hét
1. hét
a jegyzıkönyv elkészítése A laboratóriumi mérésekrıl, kísérletekrıl mindenki saját jegyzıkönyvet készít, még a csoportos mérésekrıl is! Beadása a következı héten, a gyakorlat kezdetén történik. Aki erre az idıpontra nem készíti el, és nem adja be jegyzıkönyvét – 500 Ft különeljárási díjat köteles fizetni, és a jegyzıkönyv beadására 5 munkanap haladékot kap. 1 hetet meghaladó késedelem esetén a mérést nem pontozzuk, jegyzıkönyvi pontszáma nulla, de mint mérés elvégzésre került, nem ismételhetı és nem javítható! A jegyzıkönyv lapjait (és a szükséges mellékleteket) egybekapcsolva, összetőzve kell beadni, a hallgatónak dátummal és saját aláírásával kell ellátni! a mérési adatok feldolgozása, grafikon készítés A jegyzıkönyv számításokat, következtetéseket és értékelést tartalmaz. Ezeket mindenki egyénileg végezze, hogy a mérésekrıl és kísérletekrıl számot tudjon adni a beszámoló dolgozatok (ZH-k) megírásakor. Az adatok ábrázolása mm2-papíron történik, nem megengedett a számítógépes grafikonkészítés. A szükséges ábrázolás a jegyzıkönyv tartozéka, egyéni munka legyen! A mellékleteken is fel kell tüntetni a hallgató nevét, kódját, csoportjelét! Hiányzások A laboratóriumi gyakorlatokon a megjelenés kötelezı és a feladatok kivitelezéséhez elızetes (otthoni) felkészülés szükséges. A felkészületlen hallgató veszélyezteti társai munkáját és testi épségét, ezért a foglalkozáson felkészületlenül megjelenı hallgatókat a gyakorlatról eltanácsoljuk, és a távollét hiányzásnak minısül. A laboratóriumi gyakorlaton a hallgatónak rendelkeznie kell a gyakorlat elvégzéséhez szükséges feladatszöveggel és elıre kinyomtatott, fénymásolt, vagy kézzel megírt jegyzıkönyv adatlappal, és az esetlegesen elıre elkészítendı kötelezı feladattal. Ezek hiányában a hallgató a foglalkozáson nem vehet részt, mert felkészületlenségével veszélyezteti a többiek munkáját! Ugyancsak eltanácsolható a mérési gyakorlatról az a hallgató, aki a foglalkozás alatt tájékozatlanságáról, felkészületlenségérıl ad bizonyosságot. A laboratóriumi foglalkozásról eltanácsolt hallgató hiányzása igazolt, a mérést csak pótmérési idıpontban pótolhatja. Egyéb okból történı hiányzást a gyakorlat oktatójánál és a vezetı oktatónál egyaránt igazolni kell! Betegség, vagy más egyéni okból történt hiányzás miatt (NEM eltanácsolt) távollevı hallgatónak lehetıséget biztosítunk, hogy a mérést más csoportnál elvégezze a 2 hetes cikluson belül. A félév során mindenki legfeljebb egy alkalommal élhet ezzel a pótlási lehetıséggel. A pótlási idıpontot és a mérıhely számot Molnárné Hamvas Lívia oktatóval kell egyeztetni. Hosszabb betegség esetén egyéni elbírálást alkalmazunk. Amennyiben a hallgató olyan foglalkozásról hiányzik, amikor zárthelyi dolgozatot kellett volna írnia, akkor azt a félév végén egy alkalommal pótolhatja (gyakorlaton kívüli idıpontban). Az OET elektronikus teszt kitöltésének pótlására nincs lehetıség, mivel arra 2 hét áll rendelkezésre. A laboratóriumi foglalkozásról való hiányzások esetén a Tanulmányi és Vizsgaszabályzatban rögzített korlátozás van érvényben. Vagyis 4 heti óraszámot meghaladó hiányzás az aláírás megtagadását vonja maga után (függetlenül attól, hogy eltanácsolás vagy betegség vagy más okból történtek a hiányzások). A szorgalmi idıszakbeli értékelés Általános és szervetlen kémia tárgyból Pontozás: A laboratóriumban végzett mérésrıl elkészített jegyzıkönyv értékelése: maximálisan 10 pont, amibıl általában a kitöltés, értékes jegyek, küllem (2), a mérési pontosság (3), a számolás és következtetések (5). Eltérés a munka jellege miatt lehetséges. A zárthelyi dolgozatok értékelése: maximálisan 25 pont, amiben az elızıleg elvégzett mérés, valamint számolási feladatok, reakcióegyenletek szerepelnek. OET gyakorlati e-teszt értékelése: magasabb pontszámból 5 pontra korrigált eredmény. EET elméleti e-teszt értékelése: magasabb pontszámból 20 pontra korrigált eredmény. 4
1. hét
1. hét
Aláírás: A tantárgyi aláírás feltétele (vagyis a vizsgára bocsátás feltétele) a szorgalmi idıszakban nyújtott teljesítményhez kötıdik: a hallgató valamennyi mérést elvégezze (jegyzıkönyvet adjon be), legalább két gyakorlati ZH-t írjon meg, az OET és EET e-teszteket teljesítse, továbbá a laboratóriumi kurzuson legalább 50 %-os teljesítményt érjen el (75,0 pont). A legalább 52,0 gyakorlati pontot (35 %-ot) elért hallgatónak egy alkalommal pontszámemelı pótlás letételét biztosítjuk a vizsgaidıszakban, hogy a tantárgyi aláíráshoz szükséges gyakorlati feltételt elérje. Ez NEM ismételt vizsga, hiszen nincs aláírása a tárgyból. A pótláson különeljárási díj elsı fokozatának befizetése mellett lehet részt venni. Az aláírásért végzett pótlás elektronikus teszt kitöltésével valósul meg, amely mérési és számítási feladatokat tartalmaz a félév teljes anyagából. A tovább haladáshoz ennek 50 %-os eredménye szükséges, függetlenül a félévi munkájától. Amennyiben a hallgató nem ér el 52 pontot a félév során, aláírás megtagadva bejegyzést kap, és a következı évben a tárgyat ismét felveheti.
Érdemjegy Általános és szervetlen kémia tárgyból Az érdemjegy képzésében a szorgalmi idıszak eredménye és a kollokvium együttesen számít, a hallgatók elméleti és gyakorlati munkáját egyetlen érdemjegy értékeli. A tantárgy érdemjegyét úgy képezzük, hogy a hallgató gyakorlati munkával szerzett pontjait (max. 150,0) feléhez (= max. 75,0) hozzáadjuk a szorgalmi idıben megoldott elméleti elektronikus tesztjének pontszámát (max. 25,0), illetve a vizsgaidıszakban letett írásbeli elméleti vizsgája pontszámát (max. 100,0). Az elégséges érdemjegyhez legalább az összpontszám (= max. 200) 50 %-át el kell érni!
5
1. hét
1. hét
Laboratóriumi munkarend, kémiai biztonság A laboratórium latin eredető kifejezés, amely kísérleti helyiséget, illetve munkatermet jelent. Az ott végzett munka alapján beszélhetünk kémiai, fizikai, biológiai stb. laboratóriumról, azaz annyifélérıl, ahányféle tudományág létezik. A kémiai kísérletezés alapmőveleteinek elsajátítását szolgáló oktató laboratóriumok különbözı nagyságúak és beosztásúak, de berendezésük általában hasonló. Az alapberendezés: munka-asztal gázégıvel és vízcsappal, mosogató, elszívófülke, három-lábú székek, tőz- és balesetvédelmi alapfelszerelések.
Laboratóriumi munkaszabályok A laboratóriumba csak az ott szükséges füzet, könyv, írószer és számológép vihetı be, a táskák és kabátok zárt elhelyezésére a folyosón van lehetıség. A mobiltelefonokat csak kikapcsolt állapotban szabad a helyiségbe bevinni! A laboratóriumban étel nem tárolható, ott enni, inni, dohányozni szigorúan tilos! Kerüljük a rágógumi használatát! Laboratóriumban és vegyszerekkel soha ne dolgozzunk egyedül! A vegyi munkához viseljünk megfelelı védıöltözéket, ne használjunk nyitott lábbelit (sarut, szandált)! Ilyen munkákhoz elınyös a laboratóriumi köpeny, mert megóvja a hétköznapi ruházatot. Mindig használjunk védıszemüveget! A tömény savakkal, illetve lúgokkal történı munkák során pedig védıálarcot! A laboratóriumi munka során szigorúan tilos a kontaktlencse viselése! A laboratóriumi munka alapja a rend, a tisztaság és a fegyelem. A gyakorlatokra alaposan fel kell készülni! Ismerni kell a feladat elméleti alapjait, a végrehajtandó feladat minden mozzanatát, a mőveletek sorrendjét. Az elvégzendı feladat alapos ismeretében kell elıkészíteni minden szükséges eszközt, anyagot. Meg kell gyızıdni ezek használhatóságáról, épségérıl és tisztaságáról, s csak ezután lehet munkához látni. A munkát átgondoltan, körültekintıen végezzük! A mőveletek elıírt sorrendjét pontosan tartsuk be! Az eszközöket rendeltetésüknek megfelelıen használjuk! A hallgatók a laboratóriumban csak a kijelölt munkával foglalkozhatnak, a tárgykörtıl eltérı, egyéni kísérletezés szigorúan tilos! Tilos és a kizárást vonhatja maga után, ha valaki engedély nélkül kísérletet végez, vagy ilyen célra vegyszert visz el a laboratóriumból! Figyelmesen kövessük a gyakorlat menetét, a munkáról vezessünk pontos jegyzıkönyvet! A laboratóriumi asztalon felesleges holmit ne tartsunk! Az eszközöket mindig áttekinthetıen helyezzük el! Munka után rögtön mossuk tisztára a használt edényeket, eszközöket! Használat után tegyünk vissza a helyükre! A vízvezeték kiöntıjébe csak ártalmatlanított folyadékot szabad önteni! Papír, fémdarabok, gyufa, üvegszilánk eltömi a lefolyó csövét. Folyadékok kiöntésekor is gondoskodni kell a kellı felhígításról, hogy az a lefolyócsövet ne támadhassa meg, illetve gızei a levegıt ne szennyezzék! Nagyon fontos munkavédelmi szabály, hogy a lefolyóba tőzveszélyes anyagot és mérgezı anyagok oldatát tilos kiönteni! A vegyszermaradékok győjtését tárolóedényekben kell végezni! A gyakorlat befejezésekor hozzuk rendbe munkahelyünket, a gáz- és vízcsapokat gondosan zárjuk el! A vegyszerekkel, a desztillált vízzel, a gázzal és az elektromos árammal igyekezzünk takarékoskodni!
Vegyi anyagok használata, munkavédelmi szabályok Tulajdonképpen minden vegyszer - még a legveszélytelenebbnek tőnı is - bizonyos határon túl méreg, s ennek megfelelıen kell bánni vele! 6
1. hét
1. hét
A vegyszerek helytelen kezelés esetén káros hatásúak. Bizonyos vegyszergızök, gázok, valamint szálló vegyszerporok (halogén- és nitrózus-gázok, hidrogén-fluorid, higanygızök, vanádium-vegyületek pora) káros hatását jól mőködı szellızı berendezéssel csökkenthetjük. Ha valamely reakció során mérgezı, vagy kellemetlen szagú végtermékek (szén-monoxid - CO, kén-dioxid - SO2, kén-hidrogén - H2S) képzıdnek, mindig vegyi fülkében dolgozzunk! Ha a vegyi fülkében manuálisan is kell dolgoznunk, akkor a fülke ablakát csak annyira húzzuk le, hogy arcunkat védje! Amennyiben ez nem lehetséges, akkor átlátszó, a szemet és az egész arcot takaró védıálarcot kell felvennünk. A vegyszerek szagolásakor legyünk nagyon óvatosak! Ne szagoljuk a felszabaduló gázokat az edény fölé hajolva, hanem kezünkkel legyezzük magunk felé! Szigorúan tilos a vegyszereket megízlelni! Gondosan ügyeljünk, hogy a szánkba semmiféle vegyszer ne jusson! A szájba jutott anyagot azonnal öblítsük ki bı vízzel! A gyomorba jutott vegyszer közömbösítésére, megkötésére elsısegélyt kell nyújtani, és orvost kell hívni! Nagyon veszélyesek az arzén-vegyületek, a cianidok, a nehézfémek sói, a metil-alkohol. Sok vegyület a bırön át is felszívódhat, különösen, ha sérült a bırfelület, ezért a legkisebb sérülést is be kell fedni ragtapasszal a munka megkezdése elıtt. A bırfelületre jutott vegyszert azonnal le kell mosni! Különösen veszélyesek az aldehid-, fenol-, réz-, króm- és ólom-vegyületek. Tömény savak, lúgok és az erélyes oxidálószerek bırünkre, szemünkbe jutva az érintkezı felületet súlyosan felmarják, égéshez hasonló sebeket okoznak. Az ilyen balesetek elkerülésére a következı rendszabályokat tartsuk be: tömény savak és lúgok hígításakor mindig ezeket kell óvatosan, kevergetés közben, vékony sugárban a vízbe önteni! Ellenkezı esetben a hírtelen felszabaduló hı hatására az oldat forrásba jön és kifröccsen az edénybıl. Különösen fontos erre ügyelnünk tömény kénsav és alkáli-hidroxid oldatok hígításakor, illetve a szilárd alkáli-hidroxidok oldásakor. Kerülni kell a tömény savak és lúgok egymással való elegyítését! Repedt, törött edényekkel ne dolgozzunk, ilyet ne tároljunk! Törés esetén a szilánkokat kis seprővel győjtsük lapátra!
Laboratóriumi vegyszerek A kémiai laboratórium felszerelésének lényeges és nélkülözhetetlen részei a vegyszerek. Ezek között találunk olyan általánosan használt anyagokat, amelyeket szinte valamennyi laboratóriumban meg lehet találni. A vegyszerek megfelelı alkalmazásához ismerni kell a vegyületek nevét, legfontosabb fizikai és kémiai tulajdonságait, tisztaságuk, vagy szennyezettségük mértékét, felhasználásukat. A kereskedelemben különbözı tisztaságú laboratóriumi vegyszerek vannak forgalomban, amelyek jelölését a csomagolásuk címkéjén lehet megtalálni. Kémiai vizsgálatokhoz általában a tiszta (t.), analitikailag tiszta (a.t.), vagy az analitikailag legtisztább (a.lt.) jelöléső anyagokat és ezek oldatait használjuk. Ezek a nevüknek megfelelıen szennyezést alig, elenyészı kis mennyiségben, illetve nyomokban sem tartalmazó termékek. A szennyezés minıségét és mennyiségét mutató elemzési eredmények szintén a címkén találhatók meg. A laboratóriumban használatos minıségek mellett más tisztaságot képviselnek az iparban, valamint az élelmiszer és gyógyszer elıállításra felhasznált vegyi anyagok. A vegyi anyagok fıbb, a tárolás és felhasználás szempontjából fontos tulajdonságára utaló jelöléseket is találunk a vásárolt vegyszerek csomagolási címkéjén. Azoknak megfelelıen kell gondoskodni a tárolásról, hogy az anyagok közben ne károsodjanak, és másban se okozhassanak kárt.
7
1. hét
1. hét Tőzveszélyes vegyszereket (F) korlátozott mennyiségben és csak tőzálló vas szekrényben szabad tárolni (benzol, aceton, kálium, nátrium, kén, metanol). A fokozottan tőzveszélyes, szobahımérsékleten erısen párolgó, bomló anyagokat (F+) pedig hőtıszekrényben kell tartani (dietiléter, metil-formiát).
F, F+
O
Az oxidáló hatású vegyszer (O) erélyes oxidálószer, táplálja az égést, azáltal is veszélyes, hogy különbözı anyagokkal robbanásveszély alakulhat ki (ammónium-nitrát, kálium-permanganát, salétromsav, kálium-nitrát, nátrium-klorát). A robbanásveszélyes anyagok (E) felhasználása során is bekövetkezhet a robbanás (explozív anyagok) (nitroglicerin, trinitro-benzol, trinitroE toluol, nitrocellulóz, pikrinsav).
A vegyi anyagok egészséget károsító hatását (ártalmas vagy ingerlı tulajdonságát) is jelölik a csomagolási címkén. A belélegezve, vagy lenyelve ártalmas anyagok (Xn) csak a szervezetbe jutva fejtik ki hatásukat (oxálsav, réz-sók, ammónium-klorid, glikol, jód, naftalin, toluol, xilol, butanol, bárium-klorid, vas(II)-vegyületek). Az ingerlı anyagok (Xi) egy része a légutakat izgatja, vagy szem- vagy bırizgató Xn, Xi hatásúak (etanol-amin, ecetsav, foszforsav, hangyasav, kálium-kromát, metilmetakrilát, szalicilsav). A maró anyagok (C), erıs savak, lúgok, tömény oxidálószerek bırrel érintkezve súlyos, az égéshez hasonló sérüléseket okoznak, korrozív hatásúak (alumínium-klorid, vajsav, cink-klorid, ecetsav, kalcium-hidroxid, kénsav, nátrium-hidroxid, sósav, hypo). Különösen veszélyes a tömény ecetsav, kénsav és hidrogén-peroxid, ha nem kellıen elıvigyázatosan történik felhasználásuk.
C
A mérgezı (T) és az erısen mérgezı anyagok (T+) külön kategóriát képeznek a vegyi anyagok között, mert toxikus hatásuk révén maradandó egészségkárosodást okoznak. Felhasználásuk engedélyhez kötött. Rendeletek szabályozása szerint történhet ezeknek az anyagoknak elıállítása, vásárlása, szállítása, tárolása és felhasználása. A tárolás csak jól zárható méregszekrényben engedélyezett és a felhasználásról tételes T, T+ nyilvántartást (méregkönyvet) kell vezetni (benzol, anilin, nitrogén-dioxid, nitroglicerin, formaldehid, higany(II)- és kadmium-vegyületek, metanol, nátrium-fluorid, nátriumnitrit, nikotin, ólom-tetraetil, szén-tetraklorid, trinitro-benzol, vinil-klorid). A laboratóriumi munka során felhasznált anyagokat vagy eredeti csomagolásukban, vagy a gyakrabban szükséges anyagokból kisebb mennyiséget, jellegüknek megfelelı edényzetben tárolva használjuk. Minden edény címkével ellátott, amelyen szerepel a vegyszer neve, képlete, oldatoknál a töménysége is, valamint a veszélyekre utaló R és S mondatok sorszámai. A szilárd vegyszereket dugóval zárható mőanyag- vagy üveg-edényekben (porüvegben) tarjuk. A szilárd anyagokat tiszta és száraz vegyszeres kanállal vegyük ki az edénybıl, majd azt azonnal zárjuk le! A folyadékok és oldatok tárolása célszerően különbözı típusú folyadéküvegekben történik. A megmaradt vegyszereket soha ne tegyük vissza azokba az edényekbe, amelyekbıl kivettük, hanem a kijelölt vegyszergyőjtıbe! Felesleges hulladékot ne képezzünk, szükségtelenül nagy mennyiségekkel ne dolgozzunk!
A kémiai kísérletek hulladékai A kémiai kísérletek és mérések „termékei” sok esetben hulladéknak minısülnek, és szelektív győjtést, ártalmatlanítást igényelnek. A gyakorlati munka egészség és környezetkárosító hatásait akkor lehet hatékonyan megelızni, ha ismerjük a veszélyekre utaló R és S mondatokat; ezeket a vegyszerek dobozán, üvegjén mindig fel kell tüntetni. 8
1. hét
1. hét
A környezetet nem veszélyeztetı anyagok közvetlenül, vagy hígítva a lefolyóba önthetık (pl. háztartási vegyi anyagok, a nehézfémet nem tartalmazó sók oldatai, etanol, aceton, ecetsav híg oldata). A laboratóriumi munkához viszonylag alacsony koncentrációjú (0,01-0,1 mol/dm3) oldatokat használunk, amelyeknek sokkal kisebb a kockázata, mint a tömény vegyszereknek. Ennek ellenére óvatosan, figyelmesen kell a vegyszerekkel dolgozni! A hulladék győjtésére a laboratóriumban polietilén vagy üvegedény használatos, minden győjtıedény felirattal van ellátva. Győjtıtartályt használunk: 1. PE - savak és lúgok győjtésére – a semlegesített anyag a pH ellenırzése után a csatornába önthetı. 2. PE - mérgezı szervetlen anyagokhoz – ártalmatlanítást igényel. 3. üveg - halogénmentes szerves anyagok győjtésére – tartalma elégethetı. 4. üveg - halogéntartalmú szerves anyagokhoz szükséges – tartalma kémiai átalakítást igényel. A laboratóriumi feladat leírása mindig tartalmazza azt is, hogy milyen győjtés vagy ártalmatlanítás szükséges az egyes felhasznált anyagokra. Az utasításokat mindig szigorúan be kell tartani!
Tőzrendészeti szabályok A laboratóriumban használt főtıgáz tőz- és robbanásveszélyes, ezért óvjuk a vezetéket minden mechanikai hatástól, nehogy gázszivárgás történjék. Ha gázszagot érzünk, azonnal jelentsük a gyakorlat vezetıjének! A gázégık meggyújtásakor és elzárásakor szabályszerően járjunk el! Hibás égıket ne használjunk! Mőködésben lévı gázégıt ne hagyjuk felügyelet nélkül! Illékony tőz- és robbanásveszélyes anyagokkal csak abban az esetben dolgozhatunk, ha a laboratóriumban egyetlen gázégı sem ég, nincs nyílt láng. Megfelelı szellıztetésrıl gondoskodjunk! Tőzveszélyesek azok az anyagok, amelyeknek alacsony a lobbanáspontjuk, illetve a gyulladási hımérsékletük (hidrogén, metán, dietil-éter, benzin). A robbanásveszélyes anyagok (gázok, gızök, egyes szilárd anyagok pora) a levegıben bizonyos koncentrációt elérve szikra, vagy nyílt láng hatására robbanással gyulladnak meg. Egyes anyagok (pl. nátrium, kálium, kalcium-karbid) vízzel lépnek heves kémiai reakcióba, és a keletkezı hı meggyújthatja a reakció termékeket. Vannak öngyulladásra hajlamos anyagok. Így a levegıvel érintkezı sárga foszfor önmagától meggyulladhat, ezért víz alatt tárolják. Olajjal átitatott anyagok is hajlamosak öngyulladásra. Oxidáló anyagok (salétromsav, nitrátok, peroxidok, permanganátok) éghetı szerves anyagokkal érintkezve könnyen idézhetnek elı tüzet, robbanást, ezért elkülönítve tároljuk. Tőzoltás Tőz akkor keletkezik, ha az éghetı anyag az égést tápláló közeggel (levegıvel, oxigénnel) érintkezve a gyulladási hımérsékletet eléri. A tőzoltás abból áll, hogy e feltételek valamelyikét megszüntetjük, az éghetı anyagot elzárjuk az égést tápláló közegtıl, vagy a hımérsékletet a gyulladási hımérséklet alá hőtjük. Tőzoltáskor a két feltételt rendszerint együtt szüntetik meg. Tőzoltáshoz többnyire vizet használnak, de az nem alkalmazható olyan anyagoknál, amelyek a vízzel reagálnak (pl. alkáli-fémek), vagy kis sőrőségük miatt a víz felszínén úsznak (pl. kıolaj, benzin, éter). A víz nem használható elektromos áram alatt lévı készülék oltására sem! Villamos feszültség alatt álló vezetéket, készüléket vízzel oltani nem szabad, az áramtalanítással egyidejőleg poroltót használunk! Kisebb laboratóriumi tüzet homokkal, vagy az edény lefedésével is elolthatunk. Ha a ruhánk tüzet fogna, semmi esetre sem szabad futkosni, hanem nedves ronggyal, pokrócba csavarással, vagy földön hempergéssel oltsuk el! A kézi tőzoltó készülékeknek több fajtája használatos: Szénsavval oltó készülék cseppfolyós szén-dioxidot tartalmaz. A készülékbıl kiáramló szén-dioxid erısen lehől, lehőti az égı anyagot, és elzárja tıle a levegıt. A porral oltó készülékben két tartály található, az egyikben nátrium-hidrogénkarbonát van, amelyet a másik tartályban nyomás alatt lévı szén-dioxid hajt ki és lövell a tőzre. A halonnal oltó készülékek cseppfolyós polihalogénezett szénhidrogéneket tartalmaznak. Ezek használatakor köhögésre ingerlı, mérgezı gázok keletkeznek, ezért oltás után gondosan ki kell szellıztetni! 9
1. hét
1. hét
Elsısegélynyújtás A laboratóriumi munka nem veszélyes, ha pontosan megtartjuk az elıírásokat és rendszabályokat. Viszont bármely, látszólag veszélytelen mővelet, vagy anyag bajok forrásává válik, ha munkánkat hanyagul, gondatlanul végezzük. A figyelmetlen munka során elıfordulhatnak kisebbnagyobb sérülések, balesetek, ezért pontosan tudni kell, hogy ilyenkor mi a teendı! A legkisebb sérülést, vagy balesetet is komolyan kell venni, és azonnal jelenteni kell a gyakorlatvezetı oktatónak! Alapvetıen fontos, hogy megırizzük nyugalmunkat, a sérültet szakszerő, gyors elsısegélyben részesítsük, és ha szükséges a veszélyforrást megszüntessük! Minden vérzéssel járó sérülés ellátása esetén gumikesztyő használata ajánlott! Égési sebeknél a sérülést folyó vízzel azonnal le kell hőteni (kb. 15 perc), majd tiszta kötözı anyaggal lazán kössük be! Horzsolásoknál, vágott sebeknél a seb környékét fertıtlenítsük, majd steril gézzel kössük be! Vízzel csak akkor mossuk ki, ha maró, vagy mérgezı anyag került bele. A sebbe került idegen test (pl. üvegszilánk) eltávolítását bízzuk orvosra! A kis sebet is ajánlatos bekötni, mert a legtöbb kémiai anyag azzal érintkezve ronthatja a seb állapotát. Ha ütıér sérült meg, nyomó kötést kell alkalmazni! Bırmarásnál a bırre került maró anyagokat elıször bı vízzel mossuk le, majd savmarás esetén 2%-os nátrium-hidrogén-karbonát (szódabikarbóna) oldattal, lúgmarásnál pedig 2%-os ecetsavoldattal borogassuk a sebet! Laza kötést tegyünk rá és ha a mart felület nagy, hólyagos, a sérültet sürgısen vigyük orvoshoz! Szemmarásnál a leggyorsabb segélynyújtás szükséges, mert igen nagy fájdalmat okoz a szembe került maró anyag és súlyos szemkárosodást is okozhat! A szemet azonnal bı, folyó vízzel mossuk ki, majd öblítsük vízzel, 2%-os bórax oldattal (savmarásnál), illetve 2%-os bórsav oldattal (lúgmarás esetén). Elsısegély után minden esetben azonnal orvoshoz kell vinni a sérültet! A fröccsenés veszélye miatt tiltott a kontaktlencse viselése, ha kémiai anyagokkal dolgozunk. Ekkor ugyanis a kontaktlencse és a vegyszer kölcsönhatása megakadályozhatja a lencse gyors eltávolítását, és súlyosbíthatja a sérülést. Gázmérgezésnél azonnal friss levegıre kell vinni a sérültet és nyugalomba helyezzük! Mesterséges légzést csak tüdıt nem roncsoló gázok (pl. CO, CO2, H2S, HCN) mérgezése esetén szabad alkalmazni. Tüdıt roncsoló gázok (pl. Cl2, Br2, HCl, NO, NO2) estén tilos! Sürgıs orvosi ellátás szükséges! Áramütésnél az elsı teendı az áramkör gyors kikapcsolása! Áram-mentesítés nélkül a sérültet csak száraz ruhával letakart kézzel fogjuk meg, hogy a további áramütést elkerüljük! A sérültet friss levegıre kell vinni, és szükség esetén mesterséges lélegeztetést alkalmazni! Azonnal orvost kell hívni! Csonttörésnél, vagy ficamnál a sérült testrészt rögzítjük és sürgısen orvost, vagy mentıt hívunk. Szájba, gyomorba került maró, mérgezı anyagokat bı vizes öblítéssel, illetve víz itatásával hígíthatjuk. Szájba jutott sav esetén közömbösítésre 2%-os NaHCO3 oldatot alkalmazunk, lúgoknál híg ecetsav oldatot itatunk. Gyomorba jutott sav mérgezésekor MgO-pépet adunk, mivel szódabikarbónát vagy más karbonátot használni tilos, mert a gyorsan felszabaduló CO2-gáz a felmart, elvékonyodott falú gyomrot felrepesztheti! Hánytatni tilos! Egyéb mérgezı anyagok megkötése speciális ellátást igényel. A mérgek megkötésére általánosan alkalmas „ellenanyag” az aktív szén (Carbo activatus). Ebbıl 2-3 evıkanálnyit keverünk el 2-3 dl vízben, és azt itatjuk meg a sérülttel. Mérgezési elsısegélynyújtáskor ricinusolajat használni nem szabad, mert a zsírban oldódó mérgeket feloldja, és felszívódásukat elısegíti, a mérgezést súlyosbítja! Mérgezı anyagok lenyelése esetén azonnal orvosi segítséget kell hívni és az elsısegélynyújtást haladéktalanul meg kell kezdeni! Befejezésül tájékozott kísérıvel, a méreg mintájával, címkéjével együtt késedelem nélkül orvoshoz, intézetbe irányítjuk, illetve szállítjuk! 10
1. hét
1. hét
CAPA – számítógépes gyakorló és vizsgáztató program
A CAPA kliens-program egy tesztgeneráló programcsomag felhasználói része. Ez teszi lehetıvé, hogy a teszt feladatbank a diákok számára szerveren keresztül elérhetı. A client.exe programot a http://cheminst.emk.nyme.hu weboldal „Általános és szervetlen kémia” tantárgy oldaláról le kell tölteni arra a számítógépre, amelyen a hallgató gyakorolni szeretne, és azon kell futtatni. Ez a program biztosítja a tananyag begyakorlását, az önellenırzést, emellett használjuk a félévközi számonkérésben, vizsgáztatásban is. A szerver elérhetıségét (IP címét) az elsı heti elıadáson és laboratóriumi gyakorlaton ismertetjük. A program futtatásával a bejelentkezési panel jelenik meg. Ezen kell megadni az IP-címet, a diák nevét és jelszóként a NEPTUN kódját. A kapcsolódás gomb megnyomása után megjelenik a választható tesztek listája, amibıl gyakorlást lehet választani.
Az indítás aktiválja az aktuális tesztsort, megjeleníti az egyes tesztkérdéseket. A válasz megadása után a továbblépés a megoldás felirat megnyomásával lehetséges, amikor a helyes válasz a panelen megjelenik, majd a következı feliratra kattintás után adja a program a következı feladatot. A megoldást megjelenítı funkció csak gyakorló üzemmódban mőködik. Amikor félévközi számonkérés történik, akkor a program vizsga módban mőködik, a tesztmegoldás idıben korlátozott, és nem lehet a helyes választ megtekinteni. Vizsgamódban a továbblépést a következı felirat teszi lehetıvé.
11
1. hét
1. hét A tesztsorokban többféle kérdéstípussal találkozik a hallgató. A tesztsor tartalmazhat • egyszeres és többszörös választást, • igaz-hamis megállapításokat, • négyszeres asszociációt, • mennyiségi összehasonlítást, • szöveg-kitöltıs feladatot, • párosítást.
A helyes megoldásokat a számítógép a megjelölt válasz mellé tett függıleges zöld vonalkával jelzi.
A laboratóriumi ismeretekhez kapcsolódik még • az egyenletrendezési feladat, • illetve a számolási példák.
Az egyszeres és többszörös választás kérdéseinél egy vagy több válasz is lehetséges. Ezek pontozása eltérı. Egyszeresnél 1 pontot, a többszörösnél 3 pontot ér a helyes válasz. A részlegesen jó megoldású több válaszos feleletre részpontokat is lehet kapni akkor, ha nem jelölte az összes lehetséges választ, és nincs rossz közöttük. Az igaz-hamis kérdéstípus a többválaszos teszt egyik típusa, amikor vagy a helyes vagy a helytelen megállapításokat kell a felsoroltakból kiválasztani, és megfelelı pipa elhelyezésével jelölni. Pontozása megegyezik a többszörös választáséval. A négyszeres asszociáció feladatában legtöbbször két anyaghoz vagy fogalomhoz társított megállapításról azt kell eldönteni, hogy egyikre vagy másikra vagy mindkettıre igaz, vagy egyikre sem. Mivel ennél a kérdéstípusnál csak egy válasz lehetséges, így 1 pontot ér a helyes válasz.
A felületen látszik a tesztre felhasznált összes idı, így a hallgató a válaszok megadásánál gazdálkodni tud a maradék idejével.
A mennyiségi összehasonlítás egyike a kifejezetten számítógépes tesztmegoldásokra kifejlesztett kérdéstípusnak. Ekkor két mennyiségi adatot kell egymáshoz viszonyítani. Meg kell állapítani, hogy a feltüntetett adatok közül melyik értéke nagyobb vagy kisebb vagy egyenlı, és azt a megfelelı matematikai jelnél kell jelölni. Ezzel a kérdéstípussal gyakran találkozhatunk a gyakorlati feladatoknál, pl. SI mértékegységekben megadott értékek összehasonlítására (pl. Hogyan viszonyul egymáshoz a 0,345 kg és a A program jelzi a megoldott kérdések 340 g mennyisége?). számát, valamint a helyes és a Van, amikor egyszerő számolás is szükséges kihagyott válaszokat is mutatja. ennél a típusnál. pl. Melyik nagyobb: 2,45 min vagy 127 s? A helyes válasz ebben az esetben is 1 pontot ér.
12
1. hét
1. hét
A szövegkitöltıs feladat nagy figyelmet igényel a hallgatótól. Nem csupán a kémia tudását méri ez a teszt-típus, nem csak az ismeretlen szavakat kell kitalálnia, és a mondatokba elhelyezni, hanem a megfelelı nyelvtani szabályokat is ismerni szükséges, és hibátlanul kell gépelnie. Ennél a feladatnál különbözı egyszerősítı jeleket is használhatunk, a karakterkészlet ezt lehetıvé teszi. Általában 10 szavas szöveget jelenít meg a feladat. Gyakorló módban a megoldások helyességét a beíró-mezı zöld színőre változása mutatja; a Vizsga módban a félig kitöltött hibás szavaknál pirosra változik a beíró-mezı, lapra nem lehet visszatérni, azt a és ráadásul a helyes szó is megjelenik. számítógép megoldottnak tekinti. Ez a feladatmegoldás képviseli a legnagyobb pontszámot, mert minden helyesen beírt szóért 1-1 pont jár.
Valamennyi párt össze kell kötni a maximális pontszámhoz.
A párosító feladat szintén számítógépes tesztmegoldásoknál nagy jelentıségő, és nagyon egyszerő kezeléső. A két oszlopban felsorakoztatott párokat kell egymáshoz rendelni oly módon, hogy a mellettük található kis négyzetekre kattintunk, aminek hatására a megjelölt válaszokat a számítógép fekete vonallal összeköti. Nagyon hatékony a névképlet párosító teszt gyakorló módban, mert fejleszti a vegyületek nevének és képletének vizuális rögzülését. A megoldást azzal jelzi a program, hogy a helyes párosítást zöldre, a helytelent pedig pirosra változtatja. A feladat pontozásakor minden helyes páros bejelöléséért 1 pontot ad a számítógép.
A tesztsor kitöltése után – gyakorló és vizsga módban egyaránt – a hallgató összegzést kap a teljesítményérıl. Ez jelzi a megoldott kérdések számát, azon belül a helyes válaszokét (vagyis a teljesen jó megoldású feladatlapokét). Ennek százalékos értékét is megjeleníti. A feladatok különbözı pontozása miatt ez nem jelzi hően a tesztmegoldást, ezért az elérhetı pontszámról és a saját elért pontjairól, valamint ennek százalékos értékérıl is tájékoztatást kap a hallgató. Vizsgakor a szerveren naplófájlban rögzítıdik a teljes feladatmegoldás (a kérdések és a válaszok is), így bármikor visszakereshetı minden hallgató minden egyes próbálkozása. A gyakorló mód esetén is lehetısége van az oktatónak, hogy naplózza a hallgatói cselekményt, így nyomon lehet követni azt is, hogy ki hány gyakorlást – és milyen sikerrel – próbált meg elvégezni.
13
1. hét
1. hét
Vannak speciálisan a laboratóriumi gyakorlati munkához kapcsolódó tesztsorok is. Ilyen lehet a nevezéktan gyakorlására összeállított párosító feladatsor, vagy az egyenletrendezést különbözı fokozatokon gyakoroltató kitöltıs teszt, amelyik csak egy-egy egyenletet ad feladványként. Ennek pontozása függ a kitöltendı mezık számától, hiszen az más elbírálású, ha csak az együtthatót kell beírni, mintha a képletek is hiányosan vannak megadva. A megoldásokat a program a kitöltıs feladatnál jelzett módon (zöld/piros) mutatja. Más pontozást alkalmazunk, ha egyszerő savbázis, vagy csapadékképzıdési reakció rendezésérıl van szó, és mást, ha bonyolult (oxidációs számok használatát igénylı) redoxi folyamatot kell megoldani. A gyakorlati, számolási készséget is lehet fejleszteni olyan tesztsorral, amelyik különbözı szintő számolási feladatokat tartalmaz. Ebben az esetben saját vagy számítógépes számológép használható a feladathoz, és az eredményt a mezıbe megfelelı számú értékes jeggyel kell beírni. A feladatok megfogalmazásakor az adatok rögzítése úgy történik, hogy a szükséges értékes jegyek számát egyszerően meg lehessen állapítani. A számolási eredményt és az értékes jegyek számát a számítógép ellenırzi, helyességét kijelzi. Gyakorló módban a megoldókulcsot a LEGO©elv alapján végzett számítás szerint ismerteti. Pontozása egyéni, a feladat nehézségétıl függı.
A számadatokat és a felhasznált anyagok nevét a számítógép generálja.
A CAPA – számítógépes gyakorló és vizsgateszt adatbázisában számos teszttípus és feladat található, amelyekbıl a számítógép a tesztsor összeállításakor megadott szempontok alapján véletlenszerően adja a kérdéseket. Ezért ugyanannak a tesztsornak a kérdéssorrendje – egymás után többször megoldva a tesztsort – nem lesz azonos. Ugyancsak különbözı lehet a feladványban megfogalmazott kérdés, csak jellegében, témájában azonos. Ugyanannál a kérdésnél is eltérı lehet a válaszok szövege, és mindig más lesz azok sorrendje. A számítási feladatok számadatait a megadott határokon belül a számítógép generálja, így a számolási példák is mind eltérıek lesznek. Ebbıl következik, hogy számos gyakorlás után sem ugyanazt a tesztet kapja feladatul a hallgató, mint amit már korábban megoldott. A félévközi vizsga alkalmával (EET) – számítógépes teremben, oktatói felügyelet mellett, egyeztetett idıbeosztás szerint következı hallgatói csoportok vesznek részt – az elıadások ismeretanyagát kérjük számon. A gépteremben periódusos rendszer használata engedélyezett. A tesztsor megoldása idıhöz kötött, ami alapos elızetes jártasságot igényel a hallgatótól. A számítógépes generálási lehetıségek, valamint a véletlenszerő kérdéssorrend és kiválasztás következtében az egymás mellett ülı hallgatók egymástól teljesen eltérı tesztsort oldanak meg. Az otthoni tesztmegoldás (OET) során vizsgamódban futtatott tesztsort kell megoldani a hallgatóknak, amely a laboratóriumi munka és kémiai számítások témakörét öleli fel. Ez is idıhöz kötött, azonban oktatói felügyelet nélkül zajlik; periódusos rendszer és számológép szükséges hozzá. Egy tesztmegoldásra (OET-vizsga) van lehetıség, amit gyakorló módban (OET-gyakorló) bármennyiszer kipróbálhatnak. 14
1. hét
1. hét
A LEGO©-elv A kémiában egész részecskék lépnek egymással kölcsönhatásba, ennek következtében szinte minden számítás visszavezethetı az anyagmennyiségre. A LEGO©-elv lényege, hogy az anyagmennyiség és a moláris mennyiségek összefüggéseit – mint könnyen átlátható kis egységeket (építıelemeket) – alkalmazzuk néhány alapképletben (alappanelben), és a feladatot algebrai úton oldjuk meg. A LEGO©-elven alapuló kémiai számításokban három alappanelt használunk, attól függıen, hogy lejátszódik-e kémiai reakció vagy sem, illetve az ismert és a keresett adatok ugyanarra az anyagféleségre vonatkoznak-e. A számítások építıelemei a különbözı fizikai és kémiai mennyiségek és az anyagmennyiség közötti összefüggések, pl.: n=
N NA
n=
m M
n=
V Vo
n=
p ⋅V R ⋅T
n=
I ⋅t F
Többkomponenső rendszerek esetén ezekhez további építıelemek adódnak, pl. a különbözı koncentrációk, n m cn = cm = V V illetve tört vagy százalékos töménységek képletei:
Xi =
ni nösszes
xi = 100
ni nösszes
Wi =
mi mösszes
wi = 100
mi mösszes
m V A számítási feladatok szerint három alappanelt használunk: nincs kémiai reakció, a keresett és a megadott mennyiség ugyanarra a kémiai részecskére vonatkozik: nkeresett = nismert (1)
Gyakran szükséges a sőrőség kifejezésének használata is: ρ = •
•
nincs kémiai reakció, az egyik részecske része a másik részecskének:
nkisebb egység = u⋅nnagyobb egység
(2)
ahol u megmutatja, hogy a nagyobb részecskében hány kicsi részecske található. •
van kémiai reakció:
nkeresett = (ukeresett / uismert) ⋅ nismert
(3)
ahol ukeresett a keresett anyag, uismert az ismert anyag sztöchiometriai együtthatója a kémiai reakcióban.
A feladatok megoldásakor •
elıször kiválasztjuk a megfelelı alapképletet (alappanelt),
•
majd csoportosítjuk az ismert és a keresett adatoknak megfelelı összefüggéseket (építıelemeket),
•
végül beépítjük azokat az alappanelbe.
•
Szükség esetén megfelelı mértékegység átváltókat is alkalmazunk.
A végeredmény megadásakor ügyeljünk a megfelelı számú értékes jegyre! A kémiai számítások megoldásait a LEGO©-elv szerinti számítással adjuk meg. Részletes példamegoldást tartalmaz: http://kutdiak.hu/uj/dokumentumok/molnar-cikk.doc
15
1. hét
1. hét
Egyszerő kémiai számítások Az egyes fizikai, illetve kémiai mennyiségek közötti összefüggéseket méréssel állapítjuk meg. Ahhoz, hogy egy mennyiséget mérni tudjunk, a mennyiségnek valamely rögzített értékét (mértékegység) kell alapul választani. Napjainkban az SI mértékegység-rendszert használjuk a mérések és számítások során. Az SI használatát, prefixumait és átváltásukat egyénileg gyakorolják! A kémiai változások fontos mértékegysége a mól, amely az anyagmennyiség kifejezésére szolgál. Jele: n, a mértékegység rövidítése mol (ahogy a tömeg jele: m, és a kilogramm rövidítése a kg) Egy mól az anyagmennyisége annak az anyagnak, amely annyi azonos elemi egységet (entitást: atomot, molekulát, iont, elektront, stb.) tartalmaz, mint ahány atom van pontosan 0,012 kg 12C-izotópban. Egy mól anyagban 6,022⋅1023 elemi egység található (Avogadroállandó: NA = 6,022⋅1023 1/mol). Adott anyagmennyiség és benne lévı entitás részecskeszáma között tehát az Avogadro-állandó N . az arányossági tényezı: n = NA Példa
1. Egy darabka gyémánt 5,0⋅1021 szénatomot tartalmaz. Hány mól C-atom van benne? N n= n = 5,0⋅1021 / 6,022⋅1023 1/mol = 8,3⋅⋅10-3 mol NA 2. Hány gázmolekula van abban a mintában, amelyik 2,155 mólt tartalmaz? N n= N = n ⋅ NA N = 2,155 mol ⋅ 6,022⋅1023 1/mol = 1,298⋅⋅1024 NA
Abban az esetben, ha az elemi egység összetett (pl. atomokban proton, neutron, elektron; molekulában atomok, stb.) akkor azok számát egy további szorzószám fogja megmutatni:
nkisebb egység = u · nnagyobb egység Ez a LEGO-elv (2) alappanelje
Példa
3. Hány oxigénatomot tartalmaz 1,88 mol ózonmolekula? (az ózon molekula képlete O3, vagyis u = 3 lesz) N O-atom = 3 ⋅ nózon NO-atom = 3 · NA · nózon nO-atom = 3 ⋅ nózon NA NO-atom = 3 · 6,022⋅1023 1/mol · 1,88 mol = 3,40⋅⋅1024 4. Hány mól proton található 3,15⋅1020 szilíciumatomban? (a szilícium rendszáma – aminek számértéke megegyezik 1 Si-atomban lévı protonok számával: 14, vagyis u = 14) N nproton= 3 ⋅ nSi nproton = 14 ⋅ Si NA 20 23 nproton = 14 · 3,15⋅10 / 6,022⋅10 1/mol = 7,32⋅⋅10-3 mol 16
1. hét
1. hét
5. Hány mól a 65-ös réz-izotóp anyagmennyisége, ha a minta 5,48⋅1021 neutront tartalmaz? (a réz rendszáma: 29, tömegszáma: 65, ekkor a neutronok száma = 65-29 = 36; azaz u = 36) N neutron N neutron = nCu = 36 ⋅ nCu nneutron= 36 ⋅ nCu 36 ⋅ N A NA nCu = 5,48⋅1021 / 36 · 6,022⋅1023 1/mol = 2,53⋅⋅10-4 mol A kémiai anyag tömege és az anyagmennyisége között állapít meg arányosságot a moláris m tömeg (jele: M, mértékegység rövidítése: g/mol). n = M Az elemek moláris tömegét – azok izotópjainak természetes elıfordulása szerinti súlyozott átlagát – a periódusos rendszer, illetve egyes táblázatok tartalmazzák (átlagos moláris tömeg). pl. a klór 75,77 % 35Cl atomot (34,9689 g/mol) és 24,23 % 37Cl atomot (36,9658 g/mol) tartalmaz, így MCl = 35,4527 g/mol ∼ 35,45 g/mol Korábban azt tapasztalhatta, hogy számításokban az elemek moláris tömegének egészre kerekített értékét, valamint az izotópok tömegszámát használták azok moláris tömege számértékeként. Azonban ez az elhanyagolás, kerekítés nem vezet helyes értékhez, és az Avogadro-állandó 6,022⋅1023 1/mol helyett sem csak a 6⋅1023 számot használjuk.
Példa
6. Mekkora az anyagmennyisége annak az alumínium-fólia darabnak, melynek tömege 0,4582 g? m nAl = 0,4582 g / 26,98 g/mol = 1,698⋅⋅10-2 mol nAl = Al M Al 7. Hány Al-atom van az elıbbi fóliában, vagyis 0,4582 g-ban? ugyanarról az anyagról van szó, vagyis a tömeg és moláris tömeg, valamint a részecskeszám és Avogadro-állandó arány egyaránt az alumínium anyagmennyiségét adja meg: mAl N N ⋅m m N = Al n= n= N Al = A Al M NA M Al N A M Al 23 22 NAl = 6,022⋅10 1/mol · 0,4582 g / 26,98 g/mol = 1,026⋅⋅10 8. Az ezüst 51,84 % 107Ag-t és 48,16 % 109Ag-t tartalmaz. A 107Ag moláris tömege 106,905092 g/mol. Mekkora a 109Ag moláris tömege? (MAg = 107,87 g/mol) az izotópok elıfordulási arányuknak megfelelıen járulnak hozzá az átlagos moláris tömeg értékéhez: M = a · M107Ag + b · M109Ag (107,87 g/mol - 0,5184 · 106,905092 g/mol) / 0,4816 = M109Ag M109Ag = 108,9078 g/mol 9. Hány mg annak a kénkristálynak a tömege, amelyik 5,22·1019 S8-molekulát tartalmaz? a kénatomok moláris tömege adott, tehát az nS-atom = 8 ⋅ nmolekula összefüggést használjuk fel: M ⋅N mS N = 8 ⋅ molekula alakban mS = 8 ⋅ S molekula NA MS NA 19 23 mS = 8 · 32,07 g/mol · 5,22·10 / 6,022⋅10 1/mol = 0,0228 g = 22,8 mg A tapasztalati képlettel jelzett vegyületek, molekulák és összetett ionok, moláris tömegét megkapjuk, ha az alkotó elemek moláris tömegét összeadjuk, annak figyelembevételével, hogy a képletben hány atomjuk található. A számított moláris tömeg és a tömeg, valamint a részecskeszám kapcsolatára ugyanazok az összefüggések érvényesek, mint az elemeknél!
17
1. hét
1. hét
Példa
10. Mekkora a moláris tömege az etanolnak (CH3CH2OH)? 1 molekula etanolban 2 C, 6 H és 1 O atom van, 1 mólnyi molekulában 2 mol C, 6 mol H és 1 mol O C: 2 mol ·12,01 g/mol = 24,02 g H: 6 mol · 1,008 g/mol = 6,05 g 1 mol C2H6O-ban O: 1 mol ·16,00 g/mol = 16,00 g Σ = 46,07 g / 1 mol = 46,07 g/mol 11. Hány klorid iont tartalmaz a konyhasó (NaCl) 45,0 mg-ja? a képletegységben 1 Cl−-ion van, így u = 1; nCl− =1 · nNaCl N ⋅m N Cl m N Cl = A NaCl = 1 ⋅ NaCl M NaCl NA M NaCl NCl− = 6,022⋅1023 1/mol ⋅ 0,0450 g / 58,44 g/mol = 4,64⋅⋅1020
12. Hány gramm nitrogént tartalmaz 2,00 g karbamid (H2NCONH2)? a molekulában 2 N-atom van, így u = 2; nN = 2 · nkarbamid a kisebb egység tömegét keressük, és a nagyobb egységnek is tömegét ismerjük, ezért a tömeg és moláris tömeg hányadosával kifejezett anyagmennyiségeket használjuk: mN m M ⋅m = 2 ⋅ karbamid m N = 2 ⋅ N karbamid MN M karbamid M karbamid mN = 2 · 14,01 g/mol · 2,00 g / 60,05 g/mol = 0,933 g
Vegyületek képlete és összetétele A vegyületek képletének ismeretében (meghatározva a moláris tömeget) az alkotó atomok, vagy atomcsoportok tömegtörtje (W), illetve tömeg%-a (w%) is kiszámítható. A tömegtört és a tömegszázalék általánosan használható definiáló képlete: W=
Vegyületekre:
W=
mkomponens mösszes
matom mképlet
és
w% = 100 ⋅ w% = 100 ⋅
mkomponens mösszes
matom mképlet
Az natom = u · nképlet összefüggést (LEGO-2 alappanelt) használjuk fel, a tömeg és moláris tömeg hányadost behelyettesítve, majd úgy rendezzük, hogy a tömegtört vagy tömeg% kifejezhetı legyen: mképlet m M m M matom = u⋅ W = atom = u ⋅ atom illetve w% = 100 ⋅ atom = 100 ⋅ u ⋅ atom M atom M képlet mképlet M képlet mképlet M képlet
Példa
13. Határozzuk meg a penicillin molekula (C14H20O4N2S) tömeg%-os összetételét! M w% = 100 ⋅ u ⋅ atom M = 312,4 g/mol M képlet w%C = 100⋅ 14⋅12,01 g/mol / 312,4 g/mol = 53,81 w%H = 100⋅20⋅1,008 g/mol / 312,4 g/mol = 6,45 w%O = 100⋅2⋅16,00 g/mol / 312,4 g/mol = 20,49 w%N = 100⋅2⋅14,01 g/mol / 312,4 g/mol = 8,70 w%S = 100⋅32,07 g/mol / 312,4 g/mol = 10,27 Ehhez hasonlóan a tömeg%-os összetétel lehetıséget ad a vegyület képletének meghatározására. Ha ismert a moláris tömeg, akkor az u értékét keressük valamennyi alkotó atomra különkülön. w% ⋅ M képlet m M w% = 100 ⋅ atom = 100 ⋅ u ⋅ atom u= mképlet M képlet 100 ⋅ M atom 18
1. hét
1. hét
Példa
14. Az adipinsav tömeg%-os összetétele: 49,31 % szén, 43,79 % oxigén és a maradék hidrogén, moláris tömege 146,1 g/mol. Állapítsuk meg ennek a szerves savnak a képletét! w% ⋅ M képlet u= 100 ⋅ M atom uC = 49,31 · 146,1 g/mol / (100 · 12,01 g/mol) = 6,00 uO = 43,79 · 146,1 g/mol / (100 · 16,00 g/mol) = 4,00 C6H10O2 uH = 6,90 · 146,1 g/mol / (100 · 1,008 g/mol) = 10,00 Ha nem ismert a moláris tömeg, akkor a vegyület pontosan 100 grammjából indulunk ki, mert ekkor a megadott %-os értékek azonnal az atomok g-jaként értelmezhetık. Az alkotó atomok anyagmennyiségét kiszámítva megkapjuk, hogy 100 g vegyületben az adott atom hány mólja van, majd azokat a legkisebb értékhez arányítva jutunk az alkotó atomok egész számú anyagmennyiségét. w% ⋅ mképlet m m w% w% = 100 ⋅ atom natom = atom = = mképlet M atom 100 ⋅ M atom M atom Ha a komponensek tömege adott, akkor az a kiindulási tömeg. Példa
15. Határozzuk meg a tapasztalati képletét a warfarin nevő patkányírtó szernek, amelynek tömeg%os összetétele: 74,01 % szén, 5,23 % hidrogén és 20,76 % oxigén! w% (g) natom = M atom nC/nO = 6,162 mol / 1,298 mol = 4,75 mol nC = 74,01 g / 12,01 g/mol = 6,162 mol nH = 5,23 g / 1,008 g/mol = 5,188 mol nH/nO = 5,188 mol / 1,298 mol = 4,00 mol nO/nO = 1,00 mol nO = 20,76 g / 16,00 g/mol = 1,298 mol C19H16O4 ahhoz, hogy egész számokat kapjunk az egyes számok 4-szeresét kell venni: 16. Egy karbamid minta elemezésekor megállapították, hogy 1,121 g nitrogént, 0,161 g hidrogént, 0,480 g szenet és 0,640 g oxigént tartalmaz. Mi a tapasztalati képlete a karbamidnak? m natom = atom M atom nN = 1,121 g / 14,01 g/mol = 0,0795 mol nN/nC = 0,0795 mol / 0,0400 mol = 2 nH = 0,161 g / 1,008 g/mol = 0,1597 mol nH/nC = 0,1597 mol / 0,0400 mol = 4 nC = 0,480 g / 12,01 g/mol = 0,0400 mol nC/nC = 0,0400 mol / 0,0400 mol = 1 nO = 0,640 g / 16,00 g/mol = 0,0400 mol nO/nC = 0,0400 mol / 0,0400 mol = 1 CH4N2O
Számítási feladatok 1. A kémiai elemek egyikének csak egyetlen természetes izotópja létezik, amelynek egyetlen atomja 9,123·10-23 g tömegő. Azonosítsuk a moláris tömeg alapján az atomot! Ugyanarról az anyagról van szó, így a LEGO-(1) alappanelt használjuk. Részecske tömeget ismerünk, és moláris tömeget keresünk. N m 1 9,123 ⋅ 10 −23 g = (1) nkeresett = nismert → = NA M M 6,022 ⋅ 10 23 1/mol 23 -23 a keresett elem a mangán M = 6,022·10 1/mol· 9,123·10 g = 55,58 g/mol 2. Az oxigén három izotóp keveréke, melyek természetes elıfordulási aránya és pontos tömege az alábbi: 16-os tömegszámú 99,759 % - 15,99491 g/mol; 17-es tömegszámú 0,037 % - 17,00450 g/mol; 18-as tömegszámú 0,204 % - 18,00490 g/mol. Mennyi az oxigén moláris tömege? 19
1. hét
1. hét
Az izotópatomok elıfordulási %-a a részecskék %-át fejezi ki (nem tömeg%): így felírhatjuk 100 mol oxigénre: MO g/mol = (99,759 mol * 15,99491 g/mol + 0,037 mol * 17,00450 g/mol + 0,204 mol * 18,00490 g/mol) / 100,00 mol = 15,996 g/mol
3. A szılıcukor tabletta glükóz-monohidrát (C6H12O6·H2O) mellett talkumot és magnéziumsztearátot tartalmaz. Hány tömeg% vízmentes glükózt tartalmaz a 2,500 g tömegő tabletta, ha tudjuk, hogy benne 7,412·1021 vízmolekula van? A glükóz molekulák száma megegyezik a vízmolekuláéval, ezért a LEGO-(1) alappanelre építkezünk, és felhasználjuk a tömeg% összefüggést: mglükóz mglükóz N (1) nkeresett = nismert = és → w% = 100 ⋅ N A M glükóz m tabletta mindkét összefüggésbıl kifejezzük a glükóz tömegét, és egyenlıséget állapítunk meg, majd kifejezzük a w% értékét: N ⋅ M glükóz w% ⋅ m tabletta 100 ⋅ N ⋅ M glükóz 100 ⋅ 7,412 ⋅ 10 21 ⋅ 180,16 g/mol w% = mglükóz = = = N A ⋅ m tabletta NA 100 6,022 ⋅ 10 23 1/mol ⋅ 2,500 g w% = 88,70
4. Az adrenalin molekula tömeg%-os összetétele: 56,79 % szén, 6,56 % hidrogén, 28,37 % oxigén és 8,28 % nitrogén. Állapítsuk meg az adrenalin tapasztalati képletét! CcHhOoNn képletben az c, h, o, n az egyes elemek anyagmennyiségét jelenti és csak egész szám lehet. Ha tetszıleges össztömegben megállapítjuk az összetevık móljainak számát, akkor azok egymáshoz viszonyított aránya a keresett anyagmennyiségeket adja. Célszerően az össztömeget 100,00 g-nak szokás választani, mert ekkor a tömeg%-os adatok egyben a komponensek g-jait adják: m m 56,79 g 6,56 g nC = C = nH = H = = 4,73 mol = 6,50 mol M C 12,01 g/mol M H 1,008 g/mol m m 28,37 g 8,28 g nO = O = nN = N = = 1,77 mol = 0,591 mol M O 16,00 g/mol M N 14,01 g/mol C:H:O:N = 8:11:3:1
a keresett képlet: C8H11O3N
5. A polifenol oxidázok csoportjába tartozó kék színő lakkáz-enzim megtalálható egy fakorhadást elıidézı gombában is (Polyporus versicolor). Mekkora a lakkáz-enzim moláris tömege, ha molekulájában 4 rézatom van és a réztartalom 0,390 tömeg%? A Cu-atom alkotórésze az enzimnek, ezért a LEGO-(2) alappanelt és a tömeg% összefüggését használjuk a számításban. (2) nkisebb egység = u·nnagyobb egység, ebben az esetben u = 4 (az enzimben 4 Cu-atom van). mCu m m = 4 ⋅ enzim w% = 100 ⋅ Cu és nCu = 4·nenzim → M Cu M enzim menzim mindkét összefüggésbıl kifejezzük az mCu/menzim hányadost, majd a keresett moláris tömeget: mCu M Cu 100 ⋅ M Cu w% 100 ⋅ 63,55 g/mol = = 4⋅ M enzim = 4 ⋅ = 4⋅ menzim 100 M enzim 0,390 w% Menzim = 6,52·104 g/mol
6. Hány fluoridion található a kocka alakú 10,65 mm élhosszúságú fluorit-kristályban (CaF2), melynek sőrősége 3,150 g/cm3? A LEGO-(2) alappanelre építkezünk és a sőrőség összefüggését használjuk fel:
20
1. hét
1. hét
(2) nkisebb egység keresünk:
= u·nnagyobb
egység, és u = 2 (a CaF2-ben 2 fluorid van), részecskeszámot
m m NF = 2 ⋅ fluorit és ρ = fluorit Vfluorit NA M fluorit a sőrőségbıl kifejezzük a fluorit tömegét és az alapba helyettesítjük, majd a fluorid részecskeszámot meghatározzuk: N ⋅ ρ ⋅ Vfluorit 2 ⋅ 6,022 ⋅ 10 23 1/mol ⋅ 3,150 g/cm 3 ⋅ (1,065 cm) 3 NF = 2 ⋅ A = M fluorit 78,08 g/mol nF = 2·nfluorit
→
NF = 5,869·1022
7. Az eutektikus összetételő, alacsony olvadáspontú Sn-Pb-Cd ötvözetben az ón:ólom mólaránya 2,73:1,00 és az ólom:kadmium tömegaránya 1,78:1,00. Állapítsuk meg az ötvözet tömeg%-os összetételét! A mólarány ismeretében a LEGO-(2)-vel analóg összefüggés és a tömegarányok segítségével tudjuk a tömeg%-ot meghatározni: mSn m mPb m nSn = 2,73·nPb → w% = 100 ⋅ és = 1,78 valamint = 2,73 ⋅ Pb M Sn M Pb mCd mötvözet számítsuk ki elıször, hogy ha 1,00 g kadmium van jelen az ötvözetben, akkor mennyi a többi komponens tömege: m ⋅ M Sn 2,73 ⋅ 1,78 g ⋅ 118,71 g/mol mPb = 1,78·1,00 g = 1,78 g; mSn = 2,73 ⋅ Pb = = 2,78 g M Pb 207,2 g/mol vagyis ekkor az ötvözet összes tömege mötvözet = 1,00 g + 1,78 g + 2,78 g = 5,56 g a tömeg%-ok: w%Pb = 100·1,78 g/5,56 g = 32,01 % w%Cd = 100·1,00 g/5,56 g = 17,99 % w%Sn = 100·2,78 g/5,56 g = 50,00 % Feladatok 1. A krómnak 4 természetes izotópja van, amelyek tömegszáma, elıfordulási %-a és moláris tömege a következı: 50-es 4,35 % - 49,9461g/mol; 52-es 83,79 % - 51,9405 g/mol; 53-as 9,50 % - 52,9407 g/mol; 54-es 2,36 % - 53,9389 g/mol. Határozzuk meg a króm moláris tömegét! (51,996 g/mol) 2. Az aszpartám (C14H18N2O5) egy mesterséges édesítıszer (Nutra-Sweet), amely 160-szor édesebb, mint a kristálycukor. Számítsuk ki, hogy hány molekula van 5,0 mg aszpartámban? (1,0·1019) 3. Hány kénatom található az 1,225 cm élhosszúságú pirit-kockában (FeS2), melynek sőrősége 5,100 (9,411·1022) g/cm3? 4. Egy bizmutot, ólmot és ónt tartalmazó ötvözetben, amelynek olvadáspontja a víz forráspontja közelében van, a Bi:Pb:Sn atomok aránya 10:6:5. Milyen tömegő ötvözet tartalmaz pontosan 1 mólnyi atomot? (187 g) 5. Adjuk meg a tömeg%-os összetételét az YBa2Cu3O7 összetételő vegyületnek, amelyen elsı alkalommal tapasztalták a szupravezetés tényét. (Y: 13,35 Ba: 41,22 Cu: 28,62 O: 16,81 %)
21
1. hét
1. hét
Az oxidációs szám A szervetlen kémiai nevezéktanban és a redoxi egyenletek rendezésénél nagy segítséget jelent az atomok oxidációs állapotának, illetve az oxidációs számának ismerete. Az oxidációs állapot, vagy oxidációs szám alatt azt a fiktív – egész számú – töltést értjük, amelyet úgy kapunk, hogy a kötést kialakító elektronokat az elektronegatívabb atomhoz rendeljük. Egy kötés hozzárendelése az oxidációs szám -1 értékét jelenti, egy kötés elvétele pedig +1-et. • Egyes tananyagokban találkozhatunk az oxidációs szám és állapot elkülönülésével, amikor az azonos atomok oxidációs állapotának átlagaként értelmezik az oxidációs számot. Az oxidációs számot a vegyjel jobb felsı sarkában indexként tüntetjük fel, mégpedig elıször mindig az elıjelet, majd a töltés számát leírva. A jelölésnél ügyelni kell arra, hogy a pozitív elıjelet is és az 1-es számot is mindig ki kell írni, mert különben tévesztésre ad lehetıséget. Pl.: Cl-1 = olyan klóratom, amelynek oxidációs száma -1 Cl– = egyszeresen negatív kloridion Na = nátriumatom Na+ = egyszeresen pozitív nátriumion +1 Na = olyan nátriumatom, amelynek oxidációs száma +1 Egyféle atom egyazon vegyületben többféle oxidációs állapotú is lehet. Az összegképletbıl csupán átlagértéket tudunk kiszámolni (numerikus módszer). A szerkezeti képlet alapján az egyes alkotó atomokhoz tartozó oxidációs szám is meghatározható (grafikus módszer).
Az oxidációs szám meghatározása történhet grafikus módszerrel: a pontos szerkezeti képlet ismerete szükséges hozzá, a vegyület atomjainak oxidációs állapotát azok elektronegativitása alapján állapítjuk meg. Elınye, hogy a molekulában, ionban szereplı összes atom oxidációs állapota meghatározható. A kötı elektronpárokat → -lal jelöljük. A nyíl hegye mindig a nagyobb elektronegativitású atomhoz mutat. Az azonos elektronegativitású atomok közötti kötés(eke)t az oxidációs szám megállapításánál nem vesszük figyelembe. A nyíl hegye -1-nek, a talppontja pedig +1-nek felel meg. Az egyes atomok oxidációs állapotát megkapjuk, ha az atomtól kiinduló (+1) és az atomhoz érkezı (-1) nyilak algebrai összegét vesszük. Pl. a Na2S2O3 nátrium-tioszulfát és a CH3COOH ecetsav.
EN
Na
S
O
C
H
0,9
2,5
3,5
2,5
2,1
Ezek alapján a Na +1, az O -2, a S +4 és 0 (átlaga +2); a H +1, az O -2, a C +3 és -3 (átlaga 0). Vagyis meg kell állapítani, hogy az oxidációs szám nem egyszerően a vegyértéket, nem a kötések számát jelöli!
numerikus módszerrel: szabályok alapján történik az oxidációs állapot meghatározása. Nem kell ismerni a pontos szerkezeti képletet, gyorsabb a grafikus módszernél. Ha egy kémiai részecskében több azonos atom van, akkor csak az oxidációs számok átlagát kapjuk meg. A numerikus módszer alkalmazását a következı szabályok teszik lehetıvé: 22
1. hét
1. hét
•
az elemek oxidációs száma mindig nulla (pl. a Fe, Ne, O2, O3, P4 és S8 minden atomja 0 oxidációs számú),
•
a fluor vegyületeiben mindig -1-es oxidációs számmal rendelkezik (pl. NaF, H2F2, SF6, CaF2, CCl2F2)
•
vegyületeikben az alkálifémek és az ezüst mindig +1-es (pl. NaBr, K2CO3, NaHSO4, AgNO3), az alkáliföldfémek és a cink +2-es oxidációs számúak /pl. Ba(NO3)2, CaCl2, ZnSO4/, az alumínium pedig mindig +3-as /pl. Al2O3, AlCl3, Al(NO3)3/
•
a hidrogén nemfémekkel alkotott kovalens vegyületeiben általában +1 állapotú (pl. H2O, CH4, HCl), kivétel a PH3 és a H2Te, ahol mindkét atom 0 oxidációs számú, mert EN-uk megegyezik. Fémekkel alkotott hidridekben -1 oxidációs számú a hidrogén, mert kis elektronegativitású atomhoz kapcsolódik (pl. NaH, LiAlH4).
•
az oxigén kovalens vegyületeiben mindig -2-es oxidációs számú (pl. CO, CO2, H2O, SO3); legtöbbször ionos vegyületeiben is -2-es állapotú (pl. FeO, Fe2O3, CaO és Na2O). Kivételek: a peroxidok (pl. H2O2, Na2O2) (-1) és a szuperoxidok (pl. KO2) (-0,5), valamint a F-O kötést tartalmazó vegyületek (pl. F2O) (+2).
•
biner vegyületeikben a 17. oszlop elemei -1, a 16. csoport nemfémes elemei -2, a 15. csoport elemei pedig -3 oxidációs állapotúak.
•
a semleges vegyületekben az alkotó atomok oxidációs számának összege = 0, az egyszerő ionok oxidációs száma megegyezik a töltéssel, az összetett ionokban az oxidációs számok összege egyenlı az iontöltéssel /NaCl = (+1) + (-1) = 0; Cl− = -1; SO42− = (+6) + 4*(-2) = -2/
Példák:
1. Határozza meg az alábbi vegyületekben az egyes atomok oxidációs állapotát (vagy azok átlagát) numerikus módszerrel! CaSO4
Ca = +2; O = -2;
0 = +2 + 4*(-2) + S
S = +6
NH4NO2
H = +1; O = -2;
0 = 4*(+1) + 2*(-2) + 2*N
N = 0 (átlag)
KBrO3
K = +1; O = -2;
0 = +1 + 3*(-2) + Br
Br = +5
Mg3P2
Mg = +2;
0 = 3*(+2) + 2*P
P = -3 (átlag)
MnO4−
O = -2;
-1 = 4*(-2) + Mn
Mn = +7
PF3
F = -1
0 = 3*(-1) + P
P = +3
2. Rajzolja fel az alábbi molekulák szerkezeti képletét, és határozza meg az egyes atomok oxidációs állapotát grafikus módszerrel! Az elektronegativitásnak megfelelı irányú nyilakkal: HClO2
H2SO4
HBrO3
CH3CH2OH
23
1. hét
1. hét
Feladatok
1. Határozzuk meg a dıltbetős atomok oxidációs számát a numerikus módszer szabályai szerint! IF7 Li3N K2S SnCl4 BaSO4 OF2 CO CO2 +2 +4 +7 -3 -2 +4 +6 +2 Cr2O3 PO43− BO33− PCl3 SO2 SCl2 Fe2O3 Ca(NO2)2 +3 +5 +3 +3 +4 +2 +3 +3 ZrI3− IO3− Mg3P2 Li2SO3 LiClO CaC2 V2O5 Au(CN)3 +2 +5 -3 +4 +1 -1 +5 +3 2− HIO4 CrO4 SeO32− NO2− LiH Al2O3 KMnO4 HCN +7 +6 +4 +3 -1 +3 +7 +2 2. Állapítsuk meg a nitrogén oxidációs számát az alábbi vegyületekben, ionokban! Li3N NH3 N2H4 NO N2O NO2 NO2− NO3− N2 -3 -3 -2 +2 +1 +4 +3 +5 0 + NaNO3 HNO2 NH4OH Mg3N2 HNO3 NH4 N2O4 NOCl N3− +5 +3 -3 -3 +5 -3 +4 +3 -1/3
24
1. hét
1. hét
Gyakorló feladatok – 1. hét Értékes jegyek megadása a. Az alábbi számadatokat csoportosítsa az értékes jegyeik száma alapján! 91600 0,003005 3,200⋅109 3,0800 0,00418 7,09⋅10−5 250 780000000 0,0101 0,00800 0,045600 570,00 b. Végezze el az alábbi mőveleteket és adja meg a helyes eredményt! 1) 23,1 + 4,77 + 125,39 + 3,581 2) 22,101 – 0,9307 3) 0,04216 – 0,0004134 4) 564,321 - 264,321 5) 2,1482 + 2,813 + 0,00418 + 75,2 c. Végezze el az alábbi mőveleteket és adja meg a helyes eredményt! 1) (9,714⋅105 ⋅ 2,1482⋅10−9) ÷ (4,1212 ⋅ 3,7792⋅10−5) 2) 4,7620⋅10−15 ÷ (3,8529⋅1012 ⋅ 2,813⋅10−7 ⋅ 9,50) 3) (561,0 ⋅ 34,908 ⋅ 23,0) ÷ (21,888 ⋅ 75,2 ⋅ 120,00) d. Képezze az alábbi számok 10-es alapú logaritmusát a megfelelı értékes jegyekre! 2) 9,50 3) 561,0 4) 3,8529⋅1012 5) 564,321 1) 2,813⋅10−7 e. Kerekítse az alábbi számokat ezredre! 3) 4,000574⋅106 4) 3,682417 5) 0,03062 1) 2,16347⋅105 2) 6,67537 6) 7,2518 7) 112,51103 8) 375,6523 9) 2,47348 10) 21,860051 Mértékegységek, prefixumok használata Váltsa át a következı mennyiségeket! a. 0,126 cm-t pm-re b. 3,48 dm3-t m3-re c. 25,6 oC-t K-re d. 0,0015 kg-ot mg-ra o 3 3 e. 500 µg-ot g-ra f. 476 K-t C-ra g. 12,55 cm -t dm -re h. 46 percet s-ra Egyszerő kémiai számítások, tömegszázalékos összetétel a. Hány tömegszázalékos az oldat, ha 26,00 g kristálycukrot 48,00 g vízben oldunk. b. Hány tömegszázalékos az oldat, ha 228 g kénsavoldatban 16,5 g kénsav (H2SO4) van. c. Hogyan kell készíteni 250 g 10 tömeg%-os Na2CO3-oldatot (nátrium-karbonát)? d. Hogyan kell készíteni 250 cm3 10 tömeg%-os Na2CO3-oldatot (nátrium-karbonát)? A sőrőségadat a függvénytáblázatban található. e. Adja meg annak a vegyületnek az összegképletét, amelyik 20,12 tömeg% ként (S) és 79,88 tömeg% rezet (Cu) tartalmaz. f. Adja meg annak a vegyületnek az összegképletét, amelyik 24,75 tömeg% káliumot (K), 34,75 tömeg% mangánt (Mn), és 40,51 tömeg% oxigént (O) tartalmaz. g. Mi az összegképlete annak a vegyületnek, amelynek 10,00 g-ja 0,10 g hidrogént (H), 3,55 g klórt (Cl) és 6,40 g oxigént tartalmaz (O)? h. Mi az összegképlete annak a vegyületnek, amelynek moláris tömege 85 g/mol, és 14,12 tömeg% szenet (C), 2,37 tömeg% hidrogént (H) és 83,51 tömeg% klórt (Cl) tartalmaz? i. Hány adag 12,5 g kiszereléső „3 in 1” kávé-adagot fogyaszthat el naponta egészségkárosodás nélkül a 62,5 kg testtömegő felnıtt, ha az instant guar gum tartalma 1,00 tömeg%, és az adalékban a mérgezı dioxin mennyisége 50,0 pg/g? A dioxin bevitel engedélyezett mennyisége naponta max. 2,00 pg/ts kg. Oxidációs szám 1. Határozza meg az alábbi vegyületekben az egyes atomok oxidációs állapotát (vagy azok átlagát) numerikus módszerrel! Hg2Cl2 CH3OH HCHO ClO2− H2PO4− CO2 2− Fe(OH)3 CH2F2 CH4 CH3CH2OH CO3 H2O2 2. Rajzolja fel az alábbi molekulák szerkezeti képletét, és határozza meg az egyes atomok oxidációs H3BO3 CH3OH H2S állapotát grafikus módszerrel! HCHO SO32− 3− C2H4 HClO CCl4 H2SeO3 HSCN PO4 CH3COCH3
25
1. hét
1. hét
Megoldások – 1.hét Értékes jegyek megadása a. Az alábbi számadatokat csoportosítsa az értékes jegyeik száma alapján! 3 0,00418 7,09⋅10−5 250 0,0101 0,00800
4 0,003005 3,200⋅109
5 3,0800 91600 570,00 0,045600
2 780000000
b. Végezze el az alábbi mőveleteket és adja meg a helyes eredményt! 2) 22,101 – 0,9307 = 21,170 1) 23,1 + 4,77 + 125,39 + 3,581 = 156,8 3) 0,04216 – 0,0004134 = 0,04174 4) 564,321 - 264,321 = 300,000 5) 2,1482 + 2,813 + 0,00418 + 75,2 = 80,2 c.
Végezze el az alábbi mőveleteket és adja meg a helyes eredményt! 1) (9,714⋅105 ⋅ 2,1482⋅10−9) ÷ (4,1212 ⋅ 3,7792⋅10−5) = 13,40 2) 4,7620⋅10−15 ÷ (3,8529⋅1012 ⋅ 2,813⋅10−7 ⋅ 9,50) = 4,62⋅10−22 3) (561,0 ⋅ 34,908 ⋅ 23,0) ÷ (21,888 ⋅ 75,2 ⋅ 120,00) = 2,28
d. Képezze az alábbi számok 10-es alapú logaritmusát a megfelelı értékes jegyekre! 1) lg 2,813⋅10−7 = -6,5508 2) lg 9,50 = 0,978 3) lg 561,0 = 2,7490 12 4) lg 3,8529⋅10 = 12,58579 5) lg = 564,321 = 2,751526 e.
Kerekítse az alábbi számokat ezredre! 2) 6,67537 = 6,675 1) 2,16347⋅105 = 2,163⋅105 5) 0,03062 = 0,031 4) 3,682417 = 3,682 8) 375,6523 = 375,652 7) 112,51103 = 112,511 10) 21,860051 = 21,860
3) 4,000574⋅106 = 4,001⋅106 6) 7,2518 = 7,252 9) 2,47348 = 2,473
Mértékegységek, prefixumok használata Váltsa át a következı mennyiségeket! a. 0,126 cm = 1,26⋅109 pm b. 3,48 dm3 = 0,00348 m3 d. 0,0015 kg = 1500 mg e. 500 µg = 5,00⋅10-4 g 3 3 g. 12,55 cm = 0,01255 dm h. 46 perc = 2760 s
c. 25,6 oC = 298,7 K f. 476 K = 203 oC
Egyszerő kémiai számítások, tömegszázalékos összetétel Hány tömegszázalékos az oldat, ha 26,00 g kristálycukrot 48,00 g vízben oldunk. w% = 100* 26,00 g/(26,00+48,00) g = 35,14 k. Hány tömegszázalékos az oldat, ha 228 g kénsavoldatban 16,5 g kénsav (H2SO4) van? w% = 100*16,5 g /228 g = 7,24 l. Hogyan kell készíteni 250 g 10 tömeg%-os Na2CO3-oldatot (nátrium-karbonát)? 25,0 g nátrium-karbonátot fel kell oldani 225 g vízben 10 w% = 100*m/250 g m. Hogyan kell készíteni 250 cm3 10 tömeg%-os Na2CO3-oldatot (nátrium-karbonát)? A sőrőségadat a függvénytáblázatban található. (ρ = 1,101 g/cm3) m= V*ρ = 250 cm3*1,101 g/cm3 = 275 g oldat; 27,5 g nátrium-karbonátot fel kell oldani annyi vízben, hogy az oldat térfogata 250 cm3 legyen n. Adja meg annak a vegyületnek az összegképletét, amelyik 20,12 tömeg% ként (S) és 79,88 tömeg% rezet (Cu) tartalmaz. j.
26
1. hét
1. hét
nCu = 79,88 g/63,55 g/mol = 1,26 mol, nS= 20,12 g/32,07 g/mol = 0,630 mol; nCu:nS =2:1 Cu2S o. Adja meg annak a vegyületnek az összegképletét, amelyik 24,75 tömeg% káliumot (K), 34,75
tömeg% mangánt (Mn), és 40,51 tömeg% oxigént (O) tartalmaz. nK = 24,75 g/39,10 g/mol = 0,633 mol, nMn = 34,75 g/54,94 g/mol = 0,633 mol, nK:nMn:nO = 1:1:4 KMnO4 nO = 40,51 g/ 16,00 g/mol = 2,532 mol; p. Mi az összegképlete annak a vegyületnek, amelynek 10,00 g-ja 0,10 g hidrogént (H), 3,50 g klórt (Cl) és 6,40 g oxigént tartalmaz (O)? nCl = 3,50 g/35,45 g/mol = 0,099 mol, nH = 0,10 g /1,008 g/mol = 0,099 mol, nH:nCl:nO = 1:1:4 HClO4 nO = 6,40 g/16,00 g/mol = 0,400 mol q. Mi az összegképlete annak a vegyületnek, amelynek moláris tömege 85 g/mol, és 14,12 tömeg% szenet (C), 2,37 tömeg% hidrogént (H) és 83,51 tömeg% klórt (Cl) tartalmaz? nH = 2,37 g/1,008 g/mol = 2,351 mol, nC = 14,12 g/12,01 g/mol = 1,176 mol, nCl = 83,51 g/35,45 g/mol = 2,356 mol nC:nH:nCl = 1:2:2 CH2Cl2 M= 12,01 + 2,016 + 70,90 = 84,93 g/mol r. Hány adag 12,5 g kiszereléső „3 in 1” kávé-adagot fogyaszthat el naponta egészségkárosodás nélkül a 62,5 kg testtömegő felnıtt, ha az instant guar gum tartalma 1,00 tömeg%, és az adalékban a mérgezı dioxin mennyisége 50,0 pg/g? A dioxin bevitel engedélyezett mennyisége naponta max. 2,00 pg/ts kg. naponta mdioxin(be) = 62,5 ts-kg · 2,00 pg/ts-kg = 125 pg elfogyasztása engedélyezett. 1 adag kávéban mdioxin = 12,5 g · 0,0100 · 50,0 pg/g = 6,25 pg található ha a napi élelmiszerek közül csak ez a kávé tartalmaz dioxint, akkor elvileg naponta 20 adagot ihatna meg 125 pg / 6,25 pg = 20
Oxidációs szám 1. Határozza meg az alábbi vegyületekben az egyes atomok oxidációs állapotát (vagy azok átlagát) numerikus módszerrel! Hg2Cl2
Cl = -1;
0 = 2*(-1) + 2*Hg
Hg = +1 (átlag)
CH3OH
H = +1; O = -2;
0 = 4*(+1) + (-2) + C
C = -2
HCHO
H = +1; O = -2;
0 = 2*(+1) + (-2) + C
C=0
ClO2−
O = -2
-1 = 2*(-2) + Cl
Cl = +3
H2PO4−
H = +1; O = -2;
-1 = 2*(+1) + 4*(-2) + P
P = +5
CO2
O = -2
0 = 2*(-2) + C
C = +4
Fe(OH)3
OH = -1;
0 = 3*(-1) + Fe
Fe = +3
CH2F2
H = +1; F = -1;
0 = 2*(-1) + 2*(+1) + C
C=0
CH4
H = +1;
0 = 4*(+1) + C
C = -4
CH3CH2OH
H = +1; O = -2;
0 = 6*(+1) + (-2) + 2*C
C = +2 (átlag)
CO32−
O = -2;
-2 = 3*(-2) + C
C = +4
H2O2
H = +1;
0 = 2*(+1) + 2*O
O = -1 (átlag)
27
1. hét
1. hét
2. Rajzolja fel az alábbi molekulák szerkezeti képletét, és határozza meg az egyes atomok oxidációs állapotát grafikus módszerrel! HCHO SO32− H3BO3
C2H4
CH3OH
HSCN
HClO
CCl4
H2SeO3
PO43-
CH3COCH3
H2S
28
