Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár

Az anyag

Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár, [email protected]

1

Jegyzet • Dr. Csonka Gábor http://web.inc.bme.hu/csonka/ • Facebook, • Youtube • Nagy József: Általános Kémia I • Veszprémi Tamás, Általános Kémia

Az anyag


2

1: Az anyag • • • • • • • •

Anyag-molekula-atom Halmazállapotok Az atom, az atommag Neutronbomlás Elem, relatív izotóptömeg, tömeghiány Izotóp arányok, átlagos atomtömeg Mol-moltömeg Tiszta anyagok, keverékek, szétválasztás

3

Az anyag • Tömeg (m, g) és térfogat (V, m3) jellemzi (extenzív) • 3 állapot: • Szilárd (s) • Folyadék (l) • Gáz (g)

Nyomás (p, Pa) (intenzív) Hőmérséklet (T, K)

• Az anyag molekulákból és atomokból áll • Az atomok : • nukleonokból (proton, neutron) • elektronokból állnak. La matière

4

Halmazállapotok

Az anyag


5

Az atom

átmérő: (~10-1 nm) • Atommag (~10-7nm) ami nukleonokból áll • elektronfelhő

tömeg

töltés

proton neutron elektron

+1 0 -1

1,00728 u 1,00866 u 0,00055 u mn > mp + me

ep+,n

Semleges atom: N proton = N elektron

H atom: 1,00783 u 6

A neutron béta bomlással bomlik (energiája: 782 keV): n0 → p+ + e− + νe (proton+ elektron + antineutrino) A felezési ideje (t1/2) : 10.2 perc

Exponenciális bomlás: N = N0 exp(-k t) N/N0 = 0.5 = exp(-k t1/2)

A neutron quark szerkezete, és bomlása (Feyman diagram)

Az anyag


8

A szabad neutron bomlása: első rendű reakció t

 1  t1 / 2 N (t )  N (0)  2

Az anyag


9

Elem (1) Az atomot jellemzi: • Rendszám Z ( proton =  elektron) • Tömegszám A ( proton +  neutron) A Z

X

Minden Z megfelel egy elemnek

Pl.: La matière

1H

2He

6C

8O

17Cl

26Fe

80Hg

92U... 10

Elem (2) Egy elem (Z) többféle izotópként fordulhat elő (A változik). • A hidrogén Z = 1 izotópjai:

A=1

1 1H:

hidrogén atom (1 proton, 0 neutron)

A=2

2 1H:

deuterium (1 proton, 1 neutron)

A=3

3 1H:

tritium (1 proton, 2 neutrons), radioaktív (t1/2) : 12.33 év 11

A hidrogén izotópjai 2H=D 1

1H=H 1

3H=T 1

Az anyag

12

Relatív izotóptömeg Az atom egyetlen izotópjának nyugalmi tömege alapállapotban: a protonok, neutronok és elektronok tömegének összege, amelyből levonjuk a tömeghiányt. Leggyakrabban az egyesített atomtömeg egységben (amu) fejezik ki, ami a nyugalmi és alap- állapotban lévő szén-12 izotóp atomtömegének tizenketted része. Mértékegysége: u Az anyag


13

Tömeghiány - kötési energia

Az anyag


14

Tömeghiány (E = m c2) • • • • • • • •

He atom tömege : 4,0027 u 2 elektron : 0,0011 u 2 proton tömege : 2,0146 u 2 neutron tömege : 2,0173 u tömeghiány : 0,0304 u = m E = m c2 = a He atommag kötési energiája: 4,5x10-12 J, ezt szorozva az Avogadro számmal 2,7x1012 J mol-1 (4 g He, hatalmas energia = 750 MWh, Paksi erőmű 500 MW) Az anyag


15

Tömeghiány további példák H D T He Li

Be B C

Z 1 1 1 2 2 3 3 4 5 5 6 6 6 Az anyag

A 1 2 3 3 4 6 7 9 10 11 12 13 14

Atomtömeg 1.00783 2.01410 3.01605 3.01603 4.00260 6.01512 7.01600 9.01218 10.01294 11.00931 12.00000 13.00335 14.00324

hiány

MeV/nukleon

0.00239 0.00911 0.00829 0.03038 0.03435 0.04213 0.06244 0.06951 0.08181 0.09894 0.10425 0.11303

1.11 2.83 2.57 7.07 5.33 5.61 6.46 6.47 6.93 7.68 7.47 7.52


16

Az egy nukleonra eső kötési energia 9

Fe

8 Kötési energia MeV/nukleon

He U

7

Maghasadás

6 5

Magfúzió

4 3 2 1 0

20

40

60

80

100

120

Tömegszám

140

160

180

200

220

240

A

A szabad nukleonok tömege nagyobb mint a megfelelő atommag tömege Az anyag


17

Izotópok keveréke: Bór(Z=5) Definició: Egy X elem izotópjai keverékéből áll (ez helyfüggő) Izotóp-ujjlenyomat

Izotóp összetétel (a bór esetében ez változó) • 19,8 % 10B m = 10,013 u • 80,2 % 11B m = 11,009 u Számítsuk ki a mérhető átlagos atomtömeget (0,198  10,013 u) + (0,802  11,009 u) = 10,81 u 18

A C izotópjai és atomtömege A következő izoptópok keveréke MC = 12,01 u 12C 6

: A = 12 (6 p, 6 n) - 98,9 %

13C 6

: A =13 (6 p, 7 n) - 1,1 %

14C 6

: A = 14 (6 p, 8 n) - <<<0,001% (t1/2) : 5730 év, alkalmas kor meghatározásra Házi feladat: miért és hogyan?

19

Izotóp arányok a földkéregben (1) H D T He

Li Be B

Az anyag

Z 1 1 1 2 2 3 3 4 5 5

A Arány % t(1/2) 1 99.9885 2 0.0115 3 12.33 év 3 4 99.9999 6 7.5900 7 92.4100 9 100.0000 10 19.9000 11 80.1000


20

Izotóp arányok a földkéregben (2) C

N

O

Cl

Az anyag

Z 6 6 6 7 7 8 8 8 17 17

A Arány (%) t(1/2) 12 98.9300 13 1.0700 14 5730 év 14 99.6320 15 0.3680 16 99.7570 17 0.0380 18 0.2050 35 75.7800 37 24.2200


21

Atomtömeg mérése (spektrométer)

Az anyag


22

mol 1 mol részecske = 6,022.1023 db részecske = NAV

Konvenció: • 1 db 12C atom tömege: 12 u •1 mol 12C tömege 12,00 g 12,00g = 6,0221023 12u

1u = 1/NAV = 1/ (6,022.1023 ) =

1,661.10-27kg

 1 db 12C tömege: 12,00 1,661.10-27kg = 1,993 .10-26kg 23

Mol tömeg • Egy elem moltömege egyenlő az elem egy moljának grammokban mért tömegével. • Egy tiszta anyag moltömege egyenlő az anyag egy moljának grammokban mért tömegével. He: H2: H2O: CO2:

4,0026g 21,008g = 2,016g (21,008g) + 16,00g =18,016g 12g + (216,00g) = 44,00g

H2SO4:

(21,008g) +32,06g +(416,00g) = 98,076g 24

Alkáli fémek

Periódusos táblázat

Alkáli földfémek

Halogének

Főcsoport

D-elemek

Főcsoport

Nemes Gázok

Lantanidák és Aktinidák

Tiszta és keverék anyagok Anyag

Tiszta anyag

Egyszerű

Összetett

•Fémek •Nem-fémek Fe, Cu

Fizikai

O2, Cl2

folyamat

Keverék

Homogén

Heterogén

•Molekuláris •Ionos

H2O, NaCl

Levegő, oldatok

kőzetek

26

Tiszta anyagok (Kémia) • Egyszerű • Azonos atomokból áll (elemek) Pl.: O2

O3 N2

Cl2 Fe Cu Al

Au

Hg

• Összetett • Különböző atomokból áll (elemekből képződik) • Dalton: állandó tömegviszonyok törvénye Pl.: H2O CH4 C6H12O6 Al2O3 NaCl CaCO3

• Többszörös tömegviszonyok törvénye (Dalton) Pl.: CO2 CO  Sztöhiometria FeO Fe2O3 NO NO2 N2O N2O3 N2O5 La matière

27

Az oldatok jellemzése Oldat (oldott anyag i + oldószer) Sűrűség

oldat

% tömeg

mi / mö.100

Molalitás

mi

mol/kgoldószer

Moltört

xi

----

Molaritás

Ci vagy [i]

g/cm3

%

mol/dm3oldat 28

Homok, cukor, vas és arany keveréke

La matière

Réalisation: C.Gisèle Jung [email protected]

29

Mágneses szétválasztás

30

Fizikai elválasztások

31

Kromatográfia 1_17

Keverék Substances to be separated dissolved in liquid

Pure liquid

A

Az anyag

B

C


32

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Recommend Documents