(C) Minden jog fenntartva!

(C) Minden jog fenntartva!

Felfedezőúton a kémia birodalmában Életközeli kémia tankönyvsorozat

Type to enter text

Dr. Kisfaludi Andrea

Életközeli kémiatankönyvsorozat 3.

Felfedezőúton a kémia birodalmában /kézirat/

Szerző:

Dr. Kisfaludi Andrea 2010, Szentrendre

© Minden jog fenntartva

Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

1

Tartalomjegyzék Tisztelt Kolléga! .................................................................................................................................................................... 5

A következő fejezetben ...................................................................................................... 6 1. Mégegyszer az atomokról, ionokról és a molekulákról .................................................... 7 1.1. Hogyan modellezhetjük az atomot? .................................................................................................................... 7 1. 2. Az elektronok tulajdonságai az atomban ......................................................................................................... 8 1.2.1. Hogyan mozognak az elektronok a héjakon belül? .................................................................................. 9 1.2.3 Hogyan foglalják el helyüket az elektronok az atomban? ................................................................... 11 1.3. Újabb adatok, melyeket kiolvashatunk a periódusos rendszerből? .............................. 12 1.3.1. A periódusos rendszer mezői ............................................................................................................................ 12 1.3.2. A periódusos rendszer nevezetes csoportjai .............................................................................................. 14 Halogének ............................................................................................................................................................................. 15 1.4 Ionok ............................................................................................................................................................................... 17 1.4.1. A pozitív töltésű ionok ......................................................................................................................................... 17 1.4.2. A negatív töltésű ionok ....................................................................................................................................... 18 1.5. Molekulák .................................................................................................................................................................... 19 1.5.1. Mekkora az atomok közötti távolság és kötőerő a molekulákban? ................................................ 20 1.5.2. A kovalens kötés fajtái ......................................................................................................................................... 20 1.5. 5. Egy másfajta kovalens kötés ........................................................................................................................... 21 1.5.3. Delokalizált elektronok a molekulákban .................................................................................................... 22 1.5.4. A poláris és az apoláris kovalens kötés ........................................................................................................ 22 1.5.6. Hogyan képzeljük el a molekulákat? ............................................................................................................ 23 1.5.7. A molekuláknak is lehet polaritása .............................................................................................................. 24

A következő fejezetben .................................................................................................... 26 2. Hogyan képzeljük el szilárd halmazok szerkezetét? ....................................................... 27 2.1. Molekulák szilárd állapotban .............................................................................................................................. 27 2.1.1. A másodrendű kötőerők fajtái ......................................................................................................................... 27 2.1.2. Melyik a legerősebb másodrendű kötés? ..................................................................................................... 28 2.1.3. Az anyagok milyen tulajdonságait befolyásolják a másodrendű kötőerők? ... 28 2.2. Ionok szilárd állapotban ........................................................................................................................................ 29 2.2.1. Az ionok nem létezhetnek önmagukban ..................................................................................................... 29 2.2.2. Mik azok a sók? ....................................................................................................................................................... 30 2.2.3. Az egyenletek rendezésének megkönnyítésére... ...................................................................................... 32 2.2.4. Az ionrácsos anyagok tulajdonságai ............................................................................................................ 33 2.3. Fémek szilárd állapotban ...................................................................................................................................... 34 2.4. A gyémánt és a hasonló szerkezetű anyagok ............................................................................................... 35 2.6. Hogyan dönthetjük el, hogy egy anyag milyen kristályszerkezetben kritályosodik? ................. 35 3.2. Szénatomokból és hidrogénatomokból álló szénvegyületek ................................................................ 38 3.2.1. Két nagy energiaforrás; a földgáz és a kőolaj .......................................................................................... 38 3.2.1.1. Miből áll a földgáz? ........................................................................................................................................... 41 3.2.1.3. A közlekedéshez nélkülözhetetlen szénhidrogének .......................................................................... 50 A benzin ................................................................................................................................................................................ 50 Dízel-olaj ............................................................................................................................................................................... 52 Kerozin .................................................................................................................................................................................. 52 Motorhajtó anyagok és a környezet ......................................................................................................................... 52 A gumi .................................................................................................................................................................................... 53

mit tanultunk eddig? ........................................................................................................ 65 Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

2

3. 3. Szénatomokból, hidrogénatomokból és halogénatomokból álló szénvegyületek 68 3.3.1. A háztartásban... .................................................................................................................................................... 68 3.3.2. A kertben... ................................................................................................................................................................ 70 3.3.3. Oldószerként... ......................................................................................................................................................... 71 3.3.4. A szuperméreg ........................................................................................................................................................ 71 3. 3. 5. Miért ennyire ellenállók a halogéntartalmú szénvegyületek? ........................................................ 72 3.3.6. Hogyan nevezzük el a halogéntartalmú szénvegyületeket? ............................................................... 72 3.3.7. Hogyan állítják elő a halogéntartalmú szénvegyületeket az iparban? ......................................... 73 3.4. Szénatomokból, hidrogénatomokból és oxigénatomokból álló szénvegyületek .......................... 75 3.4.1. Bor, sör, pálinka és társaik ................................................................................................................................ 75 3.4.2. Az autó működéséhez nélkülözhetetlen ...................................................................................................... 84 3.4.3. Oldószerek ............................................................................................................................................................... 85 3. 4. 4. Karbonsavak a konyhában és szervezetünkben .................................................................................... 87 3.4.6. Mitől finom illatúak és ízűek a gyümölcsök? ............................................................................................. 92

mit tanultunk eddig? ........................................................................................................ 93 3.4.7. Hogyan állítható elő alkoholból a többi oxigéntartalmú szénvegyület? ...................................... 94

mit tanultunk eddig? ........................................................................................................ 98 3. 5. Amit megeszünk.. ................................................................................................................................................. 100 3.5.1. A zsír, az olaj, a margarin és a vaj .............................................................................................................. 100 3.5.2. Mitől édes? ............................................................................................................................................................ 105 3.5.2.1. A cukor ................................................................................................................................................................. 105 3.5.3. A krumpliban és a búzában is van .............................................................................................................. 109

mit tanultunk eddig? ...................................................................................................... 114 3.5.4. A tej, a tojás és a hús ......................................................................................................................................... 115 3.5.4.2. A selyem, a haj és a zselatin ........................................................................................................................ 116 3.5.4.3. A hús fehérjéi .................................................................................................................................................... 117 3.5.4.4.A tojás ................................................................................................................................................................... 117 3.5.4.5.A tej és a tejtermékek ...................................................................................................................................... 117 3.5.5. Mindennapi kenyerünk .................................................................................................................................... 119 3.5.6. Mi van még az élelmiszerekben? ................................................................................................................. 120 3.5.6.1. Azok a nélkülözhetetlen vitaminok ............................................................................................................ 120

mit tanultunk eddig? ...................................................................................................... 122 3.6. A műanyag két arca .............................................................................................................................................. 124 3.6.1. Műanyagok és műszálak ................................................................................................................................. 124 3.6.2. Örömök és veszélyek a műanyagok hasznosításakor ......................................................................... 126 3.6.3. A műanyagok újrahasznosítása ................................................................................................................... 126 3.7. Amire mindannyiunknak szüksége lehet; a gyógyszerek .................................................................... 128 3.7.1. Úgy fáj, úgy ég… .................................................................................................................................................. 128 3.7.2. Ha köhögés kínoz ................................................................................................................................................ 129 3.7.3. A gyomor és tájéka ............................................................................................................................................. 129 3.7.4. Ha komolyabb baj van… .................................................................................................................................. 129 3.7.5. Ha nem jön álom a szemünkre ..................................................................................................................... 130 3.7.6. Azt hiszem a szívemmel baj van ................................................................................................................... 130 3.8. Kábítószerek és hatásaik .................................................................................................................................... 132 3.8.1. Melyek a leggyakoribb kábítószerek? ....................................................................................................... 132 3.8.2. Doppingszerek ..................................................................................................................................................... 133 3.9. Robbanóanyagok ................................................................................................................................................... 135

A következő fejezetben .................................................................................................. 136 Év végi önellenőrzés ....................................................................................................... 137 Milyen anyagokat használnak? ................................................................................................................................ 137


3

Miből állítják elő és hogyan? ..................................................................................................................................... 137 Milyen fontos tápanyagokat tartalmaz? .............................................................................................................. 137 Miből és hogyan állítják elő? ..................................................................................................................................... 137 Mi a különbség és mi a hasonlóság az alábbi vegyületek és keverékek között? ................................. 138 Miért? ................................................................................................................................................................................... 138 Milyen veszélye van? ..................................................................................................................................................... 138

Függelék I. ...................................................................................................................... 140 Függelék II. ........................................................................................................................................................................ 141 A kémia és a biológia határán ................................................................................................................................... 141


4

Tisztelt Kolléga! A könyv amelyet a kezében tart a Belépés a kémia birodalmába és az Ismerkedés a kémia birodalmával című tankönyvek folytatása. E tankönyv az alapvető kémia szerkezeti tudnivalókat foglalja össze és bővíti ki, valamint megismerteti a diákokat a mindennapi élet szempontjából fontos szerves vegyületekkel. A tankönyv szemlélete és tárgyalásmódja megegyezik az előző két kötetekkel. A tankönyvben az alábbi jelölések találhatók: Diákkísérlet Tanári kísérlet Gondolkodtató kérdés Ismétlő kérdés Háttéranyag


5

A következő fejezetben • •

átismételjük mindazokat a fogalmakat, amelyeket az atomokról ionokról és a molekulákról megtanultunk, kibővítjük az ismereteinket a kvantumszámok, a molekulaalakok és kovalens kötés típusainak megismerésével


6

1. Mégegyszer az atomokról, ionokról és a molekulákról 1.1. Hogyan modellezhetjük az atomot? Az atomról már sokat tanultunk. Ismételjük át a tanultakat! (Ha valamire nem emlékeznél, nézz utána a Belépés a kémia birodalmába című tankönyv V. fejezetében.) Milyen kísérletek bizonyították, hogy az atom nem oszthatatlan? Hogyan képzelte el Demokritosz és Dalton az atomot? Milyen elemi részecskékből áll egy atom? Mekkora és milyen töltése van az egyes elemi részecskéknek? Milyen elemi részecskékből áll az atommag? Milyen kölcsönhatás tartja össze az atommagot és az elektronburkot az atomban? Milyen adatból következtethetünk arra, hogy egy atomban hány proton van? Egy atomban lévő protonok számából mely más elemi részecske számára következtethetünk? Mi a tömegszám? Hol összpontosul az atom tömegének legnagyobb része? Milyen kísérlettel bizonyították ezt? Hogyan viszonyul egymáshoz az atommag és az atom átmérője? Miben különböznek egymástól ugyanazon elem izotópatomjai?

Ernest Rutherford híres kísérletében bizonyította, hogy az atom közepén az atommag található. Ő úgy képzelte, hogy az elektronok e körül az atommag körül úgy keringenek mint a bolygók a Nap körül. RUTHERFORD MODELL Ezzel az atommodellel számos jelenséget meg lehetett magyarázni, azonban a modell a fizika törvényeivel ellentmondásba ütközött. Ugyanis a fizikában jól ismert az a tény, hogy a mozgó és az irányát állandóan változtató, elektromos töltéssel rendelkező test energiát sugároz a környezetének. Az atomban keringő elektronok ezekkel a tulajdonságokkal rendelkeznek, vagyis irányukat változtatják és töltéssel rendelkeznek, tehát keringésük során energiát kellene kibocsátaniuk. Ha viszont az elektron energiát sugározna, akkor energiája végül elfogyna és belezuhanna az atommagba. Ebben az esetben az atom megváltozna, hiszen az elektronok számában és az atommag szerkezetében változás állna be. A tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy az atomok stabilak és az elektronok nem zuhannak a magba. Tehát a modell nem pontosan írja le a valóságot. ELEKTRON BELELZUHAN A MAGBA

Niels Bohr (róla az Ismerkedés a kémia birodalmába című tankönyvben olvashattunk az aranyról szóló fejezetben) dán kémikus igyekezett kiküszöbölni a Rutherford atommodell hibáit. Bohr azt mondta, hogy az elektronok az atomban csak meghatározott sugarú körpályákon keringhetnek. Az atommaghoz legközelebb eső pálya sugara a legkisebb és ettől távolodva nő a pályák sugara. BOHR MODELL (kémiai kaleid, Boksay 322. old.) BOHR KÉPE KÉMIA NAGY PILLANATAI 128.OLD Az atomokban ezeknek a meghatározott sugarú pályáknak az adott atomra jellemző energiájuk van. Ezt a meghatározott energia mennyiséget kvantumnak nevezzük. Az atomban levő atompályák energiája meghatározott értékkel különbözik egymástól. Ahhoz, hogy az elektron az egyik atompályáról a másik atompályára kerülhessen meghatározott eneriamennyiséget (kvantumot) kell felvennie, vagy leadnia. Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

7

Magyarázatként képzeljük el, hogy egy italautomatából kakaót akarunk venni. Egy kakaó ára 30 Ft. Hiába dobunk a gépbe 20 Ft-ot a gép nem ad kakaót, visszaadja a pénzt.. Ha viszont a gépbe 35 Ft-ot dobunk, akkor is csak 30 Ft ára kakaót kapunk és a gép visszaadja a maradék 5 forintot. Tehát a gép a kakaó áránál sem többet, sem kevesebbet nem fogad el. Az atomban lévő elektronok is csak meghatározott mennyiségű energiát képesek felvenni, vagy leadni. A Bohr féle atommodellel jól lehetett magyarázni a hidrogénatom szerkezetét, de több elektronnal rendelkező atomok szerkezetének magyarázatánál újabb ellentmondásokba ütköztek. Megfigyelésekből arra következtettek, hogy az atomoknak több pályájuk van, mint amennyit a Bohr modell megenged.

A hibák kiküszöbölésére Arnold Sommerfeld (ejtsd: zommerfeld) 1915-ben továbbfejlesztette a Bohr-modellt és ellipszis alakú pályák létezését is megengedte az atomban. Azonban ez a változtatás sem tette alkalmassá a modellt a több elektronnal rendelkező atomok szerkezetének pontos leíráasára. SOMMERFELD MODELL SOMMERFELD KÉPE A többelektronos atomok szerkezetének magyarázatához ki kell bővíteni az elektronnal kapcsolatos eddigi ismereteinket. 1924-ben Louis de Broglie (ejtsd: lui dö broli) vetette fel, hogy az elektron kétféle sajátsággal rendelkezik egyrészt részecskeként, másrészt hullámként, (mint a tenger hullámai), viselkedik. Ezt a feltevést később kísérlettel is igazolták. Tehát az elektront nem szabad az atommag körül keringő kis gömböcskének elképzelnünk. Számos jelenség magyarázatához az elektron hullámsajátságát is figyelembe kell vennünk. Ebből következik, hogy vannak olyan jelenségek, amelyeket az elektron részecske sajátságával, és vannak olyanok, amelyeket az elektron hullám természetével lehet megmagyarázni. Az elektronnak ezt a két sajátságát rendkívül nehéz szemléletesen leírni, és nagyon nehéz elképzelni. A fogalom megvilágításához gondoljunk egy férfira, aki fia egy másik férfinak, de ugyanakkor apja egy fiúnak. Bizonyos cselekvéseiben fiúként, más cselekvéseiben apaként viselkedik.

1926-ban Erwin Schrödinger (ejtsd: srödinger) matematikailag fogalmazta meg és egy ún. hullámegyenlettel írta le az elektron atomon belüli viselkedését. Ez az egyenlet és ennek az egyenletnek a megoldásai képezik az ún kvantummechanikai atommodell alapját. Ez az atommodell a ma elfogadott, a valóságot legjobban megközelítő és leíró atommodell. A kvantummechanikai atommodell részletes tárgyalására a középiskolai tanulmányokhoz nincs szükség. Itt csak a modell főbb jellemvonásait tárgyaljuk. SCHRÖDINGER KÉPE, EGYENLET TECHN KR 422.OLD. 522.OLD

1. 2. Az elektronok tulajdonságai az atomban Az előbb említett Schrödinger egyenlet matematikai megoldásai az ún. kvamtumszámok. Egy atomban lévő minden elektronhoz négy kvantumszám tartozik, ezek;a fő, a mellék, a mágneses és a spinkvantumszám. A kvantumszámok kémiai és fizikai jelentésével ismerkedünk meg a továbbiakban. Az atommag körüli teret - mint azt már tanultuk - különböző méretű gömbhéjakra oszthatjuk. Ezeken a héjakon az ún. atompályákon belül mozognak az elektronok. A héjak mérete az atommagtól kifelé haladva nő. A héjakat növekvő gömbsugaruk sorrendjében számozzuk 1, 2, 3, stb. pozitív egész szám. Ezek a főkvantumszámok. A főkvantumszámok kémiai értelmezése: AZ ATOMPÁLYA AZ A TÉRRÉSZ, AMELYEN A BELÜL AZ ELEKTRON 90%-OS VALÓSZÍNŰSÉGGEL MEGTALÁLHATÓ. A 90%-os valószínűség azt jelenti, hogy az elektron helyét nem tudjuk pontosan megmondani, csak 90%-os valószínűséggel. Képzeljük el úgy, mintha egy nyúl tartózkodási helyét szeretnénk megmondani egy rét közepén. Készítünk 100 felvételt a rét középső részéről (tíz másodpercenként egyet-egyet) A


8

nyuszi 90 képen rajta lesz , de 10 képen hiányozni fog. Tehát a nyúlnak a rét közepére vonatkoztatott megtalálási valószínűsége 90%. Ugyanez mondható el az elektron atompályán való megtalálási valószínűségéről is. Az atompályákat négyzettel jelöljük. NÉGYZETES JELÖLÉS NYUSZI A RÉTEN Azt, hogy egy atompálya az atommagot körülvevő melyik gömbhéjon belül található a főkvantumszámmal jellemezhetjük. A FŐKVANTUMSZÁM AZ ATOMPÁLYÁK MÉRETÉT JELLEMZI. JELE: n ÉRTÉKE: 1,2,3... VAGY K, L, M, N... Mint látjuk a főkvantumszám jelölésére számokat és betűket egyaránt használhatunk. A továbbiakban a számmal való jelölést részesítjük előnyben. Azt már tudjuk, hogy egy-egy héjon belül hány elektron tartózkodhat. (Belépés a kémia birodalmába 106. old.) Egy-egy héjon belül több atompálya létezhet. 1.2.1. Hogyan mozognak az elektronok a héjakon belül? Az atompályáknak különféle alakja lehet. Léteznek gömb, súlyzó, térbeli lóhere alakú pályák. Azt, hogy egy adott atompályának milyen alakja van a mellékkvantumszámból tudhatjuk meg. TÁBLÁZAT MELLÉKKVSZ (SZÁMMAL, BETŰVEL) PÁLYA ALAKJA Egy adott héjon belül annyiféle alakú pálya létezik, ahány mellékkvantumszám tartozik az adott héjhoz. Ezt úgy tudjuk kiszámolni, hogy a főkvantumszámból kivonunk egyet, ez lesz a maximális érték. Majd nullától kezdődően számba vesszük az egész számokat a maximális értékig. pl. n =3 maximális érték: 3-1=2 mellékkvantumszámok: 0, 1, 2, tehát a 3 főkvantumszámú héjhoz 3 féle pályaalak (s, p, d) tartozik. Mint a táblázatból kitűnik a mellékkvantumszámokat számmal és betűkkel is jelölhetjük. A továbbiakban a betűvel való jelölést részesítjük előnyben. A MELLÉKKVANTUMSZÁM AZ ATOMPÁLYA ALAKJÁRÓL AD FELVILÁGOSÍTÁST. JELE: l. ÉRTÉKE: 0, 1, 2,3... VAGY s,p,d,f... KISZÁMÍTÁSI MÓDJA: 0-(n-1) Egy adott héjon belül az azonos alakú atompályák alhéjakat alkotnak. Egy-egy alhéjat annyi egymással érintkező négyzettel jelképezünk, amennyi atompálya alkot egy alhéjat. AZ AZONOS FŐ ÉS MELLÉKKVANTUMSZÁMÚ PÁLYÁK ALHÉJAKAT ALKOTNAK. Minden héjnak annyi alhéja lehet amennyi az adott héj főkvantumszámának értéke. TÁBLÁZAT FŐKVANTUMSZÁM - ALHÉJAK SZÁMA jelölés Egy-egy alhéjat különböző számú pályák alkotnak. TÁBLÁZAT ALHÉJ - ALKOTÓ PÁLYÁK SZÁMA A további két kvantumszám (mágneses és spinkvantumszám) kémiai értelmezése meghaladja a kötelező kémia tanulmányok keretét. Ezekről a fogalmakról felsőfokú kémia tanulmányok során tanulhattok. Itt csak annyit jegyezzünk meg , hogy a spinkvantumszám értéke kétféle lehet.


9

EGY

ATOMBAN NEM LEHET KVANTUMSZÁMA MEGEGYEZIK

KÉT

OLYAN

ELEKTRON,

AMELYNEK

MINDEGYIK

A fenti szabályt Pauli -elvnek nevezzük. Azt jelenti, hogyha egy atomban két elektron fő , mellék és mágneses kvantumszáma megegyezik, vagyis egy adott atompályán tartózkodnak akkor ennek a két elektronnak a spinkvantumszámban el kell térniük. Mivel a spinkvantumszám értéke kétféle lehet, ezt úgy jelöljük, hogy az atompályákat jelképező négyzetbe két ellentétes irányú nyilat rajzolunk. RAJZ Wolfgang Pauli osztrák atomfizikus 1924-ben fogalmazta meg a róla elnevezett törvényt. Ezzel elősegítette a kvantummechanikai atommodel tökéletesítését. Munkáját 1945-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták.

PAULI TECHN KR. 407. O. TÁBLÁZAT ALHÉJ-ALHÉJAT ALKOTÓ ELEKTRONOK SZÁMA JELÖLÉS

PÁLYÁK

SZÁMA-ALHÉJON

LEVŐ

1.2.2. Milyen energiával rendelkeznek az adott atompályán lévő elektronok? Mit nevezünk exoterm folyamatnak?

PÁLYAENERGIA: AZ AZ ENERGIA, AMELY AKKOR SZABADUL FEL, AMIKOR 1 MÓL ELEKTRON EGY MÓL ATOM ADOTT ATOMPÁLYÁJÁRA VÉGTELEN NAGY TÁVOLSÁGBÓL KERÜL. JELE E MÉRTÉKEGYSÉGE kJ/MÓL MINDÍG NEGATÍV ELŐJELŰ PÁLYAENERGIA DIAGRAM Végtelen nagy távolság azt jelenti, hogy az atom és az illető elektron olyan távol van egymástól, hogy közöttük semmiféle kölcsönhatás nem lép fel. Egy adott atompályán mozgó elektron energiáját az atompálya fő és mellékkvantumszáma szabja meg, vagyis az atompálya energiája az atommagtól való távolságtól és a pálya alakjától függ. Minél kisebb az atompálya fő és mellékkvantumszámának értéke, annál kisebb az adott pályának az energiája, vagyis annál nagyobb energia szabadul fel az elektron adott elektronpályára való kerülésekor. Az egyes atompályák energiája minden atomban más és más érték. Hiszen minél nagyobb a kérdéses atom rendszáma annál nagyobb vonzóerőt gyakorol az a aommag az őt körülvavő elektronokra, ezáltal az elektronok közelebb kerülnek az atommaghoz. AZ ATOMPÁLYA ENERGIÁJA A PÁLYA FŐ ÉS MELLÉKKVANTUMSZÁMÁTÓL, VALAMINT AZ ATOM PROTONSZÁMÁTÓL FÜGG. pl.: A 1s vagy a 2s pálya energiája kisebb (nagyobb negatív érték)? A két pálya közül az 1s pálya energiája a kisebb, mivel főkvantumszáma kisebb. pl.: A 2s vagy a 2p pálya energiája a kisebb? A két pálya közül a 2s pálya energiája a kisebb, mivel mellékkvantumszáma kisebb. 1. Melyik pálya a nagyobb? 2p vagy a 3p 4f vagy a 6f 2s vagy a 3p 2. Hány atompályája van a 3d alhéjnak? az 5f alhéjnak? a 4s alhéjnak? Írd le az egyes alhájak jelölését!


10

3. Hány alhéja van a 4 főkvantumszámú héjnak? 6 főkvantumszámú héjnak? 4. Hány elektron fér el összesen a 6s alhéjon? az 5d alhéjon? a 4p alhéjon? 4f alhéjon? Írd le az egyes alhéjak jelölésését! 5. Melyik pálya energiája a nagyobb 2p vagy 3p? 6s vagy 4s? 3d vagy 3s? 3s vagy 4p? 6. Hány elektron fér el összesen a 4 főkvantumszámú héjon? 3 főkvantumszámú héjon? 7. Melyik atombn nagyobb a 2p pálya energiája? oxigénatom vagy nitrogénatom? kénatom vagy klóratom? 1.2.3 Hogyan foglalják el helyüket az elektronok az atomban? Az elektronok, mint minden a természetben azon igyekszik, hogy a lehető legkisebb energiával rendelkezzen. Ezt az elektronok úgy érhetik el, hogy a rendelkezésükre álló legkisebb energiájú pályát foglalják el. Melyik a legkisebb energiájú atompálya? Mit nevezünk telített héjnak? Milyen sorrendben töltődnek fel egy atom negyedik héjának alhéjai? Helyet foglalhat-e minden elektron a legkisebb energiájú pályán? Ha igen , miért, ha nem , miért nem?

Tudjuk, hogy egy adott alhéjat alkotó atompályák energiája egyenlő. Azt is említettük, hogy egy atompályán két elektron tartózkodhat. Az elektronok egy adott alhéjon úgy helyezkednek el, hogy először minden pályára csak egy elektron kerül azonos spinkvantumszámmal, majd ha már nem fér el így több elektron, akkor kerül másik elektron az atompályákra. (A jelenség okát itt nem részletezzük.) pl. A p alhéj három atompályával rendelkezik. Ha a p alhéjra négy elektron kerül, akkor először minden pályára egy-egy azonos spinkvantumszámú elektron kerül. A negyedik elektron már nem fér el ilyen módon, ezért csak olyan pályára kerülhet, ahol már van egy elektron. Így a p alhéjon két párosítatlan elektron és egy elektronpár mozog. ATOMPÁLYÁKON ELEKTRONOK JELÖLÉSE ALAPÁLLAPOTÚ

ATOMNAK NEVEZZÜK AZT AZ ATOMOT, AMELYBEN AZ ELEKTRONOK A LEHETŐ LEGKISEBB ENERGIÁJÚ PÁLYÁN MOZOGNAK.


11

ALAPÁLLAPOTÚ ATOMBAN VALAMELY ALHÉJON AZ ELEKTRONOK ÚGY HELYEZKEDNEK EL, HOGY KÖZÜLÜK MINÉL TÖBBEN RENDELKEZZENEK AZONOS SPINKVANTUMSZÁMMAL, AMI EGYBEN AZT IS JELENTI, HOGY MINÉL TÖBB LEGYEN A PÁROSÍTATLAN ELEKTRON. Az előbbi törvényt Hund - szabálynak nevezzük, amelyet 1927-ben fogalmaztak meg. Ismételjük meg a nátrium , kálium és a kalcium lángfestés kísérletét! (Belépés a kémia birodalmába 50. old) Hány elektron található a nátrium, a kálium és a kalciumatom külső héján?

A kísérletben hő hatására a nátrium, a kálium és a kalcium külső héjának elektronjai gerjesztődtek. Ez azt jelenti, hogy az egyes atomok különböző, de meghatározott mennyiségű (kvantált) energiát vettek fel és egy nagyobb energiájú pályára kerültek. A felvett különböző energiát később az alapállapotra való visszatéréskor különféle hullámhosszúságú és színű fény formájában adják át környezetüknek. Ezért a nátrium sárgára, a kálium ibolyaszínűre és a kalcium téglavörösre színezte a lángot. GERJESZTETT

ATOMNAK NEVEZZÜK AZT AZ ATOMOT, AMELYIK ELEKTRONJAI KÖZÜL EGYIK VAGY AKÁR TÖBB IS NAGYOBB ENERGIÁVAL RENDELKEZIK, TÁVOLABB KERÜL AZ ATOMMAGTÓL, MINT ALAPÁLLAPOTBAN.

Mit nevezünk párosítatlan elektronnak?

1. Hány párosítatlan elektron van annak az atomnak a d alhéján, amelyen 7 elektron mozog? Írd le az alhéj jelölését és helyezd el rajta az elektronokat! 2. Hány párosítatlan eléektron van annak az atomnak az f alhéján, amelyen 10 elektron mozog? Írd le az alhéj jelölésést és helyezd el rajta az elektronokat!

1.3. Újabb adatok, melyeket kiolvashatunk a periódusos rendszerből? 1.3.1. A periódusos rendszer mezői Mit nevezünk vegyértékhéjnak? Milyen tulajdonságaik alapján állította sorba az elemeket Mengyelejev? A későbbiekben milyen tulajdonságok alapján rendszerezték az elemeket? Milyen tulajdonságuk alapján kerülnek az elemek egymás alá a periódusos rendszerben? Az atomok milyen tulajdonságára következtethetünk egy rendszerben elfoglalt helyéből (főcsoportszám, periódusszám)?

elem

periódusos

(Ha valamire nem tudnál válaszolni nézz utána a Belépés a kémia birodalmába című tankönyv V. fejezetében) Ha egy atom elektronszerkezetét fel akarjuk írni, akkor az elektronjait úgy kell elhelyeznünk az adott atom atompályáin, hogy azok • mindig a lehető legkisebb energiájú pályára kerüljenek, • figyelembe kell vennünk, hogy hány elektron fér az adott alhéjra, • tekintettel kell lennünk arra, hogy az elektronok igyekeznek egyedül lenni az atompályákon.

OXIGÉN ATOM ELEKTRONSZEKEZETÉNEK NÉGYZETEKKEL JELÖLÉSE Az előbbiek alapján írjuk fel az oxigénatom elektronszerkezetét!

Vizsgáljuk meg az oxigénatom elektron szerkezetét! Az oxigénatom rendszáma 8, tehát nyolc elektronja van. Az első héjon összesen két elektron fér el, mindkettő az első héj s alhéján (az s alhéjnak egy atompályája van.)


12

Az oxigénatomnak marad még hat elektronja, amelyek a második héjra kerülnek. A második héj s alhéjára két elektron kerülhet, a p alhéjára négy elektron kerül. Az alhéjon lévő elektronok számát úgy jelöljük, hogy az alhéj mellékvantumszámának jobb felső sarkába írjuk azt a számot, ahány elektron az adott alhéjon van. 2 2 4 Az oxigén esetében 1s , 2s , 2p Az oxigénatom első héja telített. A második héjának s alhéja telített, de a p alhéja telítetlen, tehát a második héj telítetlen. Az oxigénatomnak két párosítatlan elektronja van, mivel a p alhéj három pályáján először csak egyegy elektron mozog, majd a negyedik elektron egy olyan pályára kényszerül, ahol már van elektron.

Az előbbiek alapján írjuk fel a nátriumatom elektronszerkezetét!

NATRIUMATOM ELEKTRONSZERKEZETE Vizsgáljuk meg a nátrium atom elektronszerkezetét! A nátriumatom rendszáma 11, tehát 11 elektronnal rendelkezik. A nátriumatom első héjának s alhéjára 2 elektron kerülhet második héjának s alhéjára 2 elektron kerülhet

1s 2s

2 2

6 2p 1 harmadik héjának s alhéjára 1 elektron kerül 3s Tehát a nátriumatom első és második héja telített, a harmadik héja viszont telítetlen. A nátriumatomnak egy párosítatlan elektronja van. második héjának p alhéjára 6 elektron kerülhet

Írjuk fel a klóratom és az alumíniumatom elektronszerkezetét! Hány párosítatlan elektronja van az alumíniumatomnak és a klóratomnak?

Egy elem periódusos rendszerben elfoglalt helyéből következtethetünk arra, hogy az illető elem egy atomjának hányadik héja a vegyérékhéj és azon hány elektron található. Azt, hogy az adott atom héjainak alhéjain hány elektron található szintén leolvashatjuk a periódusos rendszerből. Hogyan? A periódusos rendszer minden periódusa egy új héj kiépülésével kezdődik. Vizsgáljuk meg a lítium, a nátrium, a kalcium, a magnézium és elektronszerkezetét!

a káliumatom

Egy alhéjon belül először az s, majd a p és a d, legvégül az f alhéj töltődik fel. Egy adott héjon belül először tehát az s alhéjra kerülnek elektronok. Mivel az s alhéj két elektronnal telítődik, tehát a periódusos rendszer minden egyes periódusában két olyan elem van, amelynek s alhéjára kerülnek vegyérékelektronok. Ezek az elemek alkotják a periódusos rendszer első két főcsoportját. Az előbbiek alapján érthető, hogy miért nevezzük a periódusos rendszer első két főcsoportját s mezőnek. Ha már telített az atom adott héjának s alhéja, akkor a p alhéjra kerülnek elektronok. A p alhéjra összesen 6 elektron kerülhet. Azok az elemek, amelyek a periódusos rendszer III-VIII főcsoportjában vannak alkotják a periódusos rendszer p mezőjét. Ezen elemek atomjainak vegyértékhéjának a p alhéján vannak az elektronok. Soroljunk fel néhány mellékcsoportba tartozó elemet!

A periódusos rendszer mellékcsoportjaiban levő elemek atomjaiban a d és az f alhéjak töltődnek fel. Ezért a periódusos rendszer középső részét d mezőnek nevezzük. A lantán utáni elemeket (lantanoidák) és az aktínium utáni elemeket (aktinoidák) f mezőnek nevezzük. (Az f mezőt a periódusos rendszerek nyomtatásakor - helyhiány miatt - kiemelik és a rendszer alá nyomtatják.) PERIÓDUSOS RENDSZER MEZŐKKEL


13

Ha mégegyszer alaposan áttekintjük a periódusos rendszert, az eddigiek alapján egy ellentmondást fedezhetünk fel. Ennek magyarázatára kövessük nyomon az alhéjak feltöltődését a periódusos rendszer alapján. 1 héj 1s alhéj (H He) 2 héj 2s alhéj (Li Be) 2p alhéj (B Ne) 3 héj 3s alhéj (Na Mg) 3p alhéj (Al Ar) Eddig minden rendben van, de ezután nem a 3d alhéjra, hanem a 4s alhéjra kerülnek az elektronok. Csak a 4s alhéj feltöltődése után kerül elektron a 3d alhéjra. 4.héj 4s alhéj (K Ca) 3d alhéj (Sc Zn) 4p alhéj (Ga Kr) Ugyanez történik a továbbiakban is. 5. héj 5s alhéj (Rb Sr) 4d alhéj (Y Cd) 5p alhéj (In Xe) A 4. héjnak azonban f alhéja is van. Mint az előbbiekből kitűnik ennek az alhéjnak a kiépülését megelőzi az 5p, a 6s alhéjak kiépülése. Ennek a jelenségnek az az oka, hogy annak az egy elektronnak kedvezőbb lenne ugyan a d alhéjra kerülni, mivel annak a pályának az energiája kisebb, de az atomban már addig ottlevő többi elektron számára ez kedvezőtlen lenne, hiszen növelné az elektronok közötti taszító erőket. Tehát a már ottlevő elektronok energiáját megnövelné, ami az atom összenergiája szempontjából ez kedvezőtlen lenne. Ezért kerülnek az elektronok a következő héj s alhéjára. Képzeljük el úgy, mint amikor egy közeli legelő csak tíz birkát képes eltartani. Ha a tizenegyedik birka gazdája odaviszi a saját jószágát a legelőre, akkor az ő birkája ugyan tud enni, de egyik birka sem lakik jól. Ha egy távolabbi legelőn legelteti jószágát, akkor a tíz birka szépen fejlődik és a tizenegyedik is jól lakik, bár neki távolabbra kell mennie a táplálékért. BIRKÁK A LEGELŐN A továbbiakban hasonlóan folytatódik az alhéjak kiépülésének sorrendje. 6 héj 6s héj (Cs Ba) 5d La 4f (Ce Lu) Hg 6p (Tl Rn) 7 héj 7s héj (Fr Ra) 6d Ac 5f (Th Lr) 1. Milyen sorrendben töltődnek fel az alábbi atomok alhéjai? Mg, P, Ag, I, Zn, Kr 2. A periódusos rendszer melyik mezőjében találhatók az alábbi elemek? K, C, Al, Pb, Fe, Pt, U, Sn, W, Ce, Ne 3. Az alábbi atomok vegyértékhéjának elektronjai milyen alhéjakon helyezkednek el? Írd le az atomok vegyértékhéjának jelölését! Al, Ca, Br, Au, S 4. Hány párosítatlan elektronja van a következő atomoknak? Írd le az atomok vegyértékhéjának jelölését! N, Br, S

1.3.2. A periódusos rendszer nevezetes csoportjai Ezekről a nevezetes csoportokról már sokat tanultunk az elmúlt években. Ismételjük át a tanultakat! Nemesgázok NEMESGÁZOK CSOP RAJZ A periódusos rendszer hányadik főcsoportjában találhatók a nemesgázok?


14

Mely elemek tartoznak a nemesgázok közé? Miért nevezzük ezeket az elemeket nemesgázoknak? Mire használják a nemesgázokat? Melyik nemesgáz található a Napban? Írjuk fel az egyes nemesgázatomok vegyértékhéjának elektronszerkezetét! Miben hasonlít egymásra és miben különbözik egymástól a nemesgázatomok elektronszerkezete? Milyen a nemesgázok vegyértékhéjának elektronszerkezete? (Ha valamire nem emlékeznél nézz utána az Ismerkedés a kémia birodalmával című tankönyv 28. old-án)

A nemesgázok alhéjai mindig telítettek, ennek a ténynek tulajdonítható rendkívül nagy stabilitásuk. Ezért nem képeznek molekulákat, és ezért nem vagy csak nehezen reagálnak más anyagokkal. Halogének HALOGÉNEK COP RAJZ A periódusos rendszer melyik csoportjában találhatók a halogén elemek? Mely elemek tartoznak a halogén elemek csoportjába? Mit jelent a halogén szó? Milyen fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek az egyes halogén elemek? Hány atomos molekulákat képeznek a halogénatomok? Írjuk fel a halogénmolekulák képleteit! Írjuk fel az egyes halogénatomok vegyértékhéjának elektronszerkezetét! Jelöljük is! Miben hasonlít egymásra és miben különbözik egymástól a halogénatomok elektronszerkezete? Milyen kémiai tulajdonságokban hasonlítanak egymásra a halogén elemek? Milyen halogenideket ismersz? Írd fel képletüket! (Ha valamire nem emlékeznél nézz utána az Ismerkedés a kémia birodalmával című tankönyv 34. old-án.)

Alkálifémek ALKÁLIFÉMEK CSOP RAJZ Hogyan tároljuk a káliumot és a nátriumot? Miért? (Ha nem emlékeznél nézd meg a szertárban vagy az Ismerkedés a kémia birodalmával c. tankönyvben!) Emlékezz vissza, hogyan reagál a nátrium és a kálium a vízzel, és milyen anyagok keletkeznek? Írd fel a reakciók egyenletét! Milyen kémhatású oldat keletkezik az egyes reakciók során? Hogyan tudnád kimutatni az oldat kémhatását?

Az alkálifémek nevüket onnan kapták, hogy vízbe téve őket belőlük és a vízből lúgos kémhatású (=alkalikus) oldat keletkezik. Írjuk fel az alkálifémek vegyértékhéjának elektronszerkezetét!


15

Mi a hasonlóság és mi a különbség a nátrium és a kálium vízzel való rekciója között? Mi a különbség és mi elektronszerkezete között?

a

hasonlóság

a

nátriumatom

és

a

káliumatom

Magyarázd meg az elektronszerkezet alapján a vízzel való rekció közötti különbséget! Sorold fel a kálium és a nátrium klórral képzett vegyületeit és írd fel képleteiket! Mire használják fel a fenti vegyületeket? A fenti vegyületek kristályrácsaiban milyen kötések tartják össze az alkotórészeket? (Ha valmire nem emlékeznél nézz utána az Ismerkedés a kémia birodalmával című tankönyv 136. old)

Alkáliföldfémek ALKÁLIFÖLDFÉMEK Milyen a kalcium és a magnézium felülete? Milyen lesz a felületük, ha csiszolóvászonnal megcsiszoljuk? Emlékezz vissza, milyen lánggal ég és mi keletkezik a magnézium és a kalcium égésekor? Írjuk fel a magnézium és a kalcium égésének egyenletét! Írjuk fel a magnézium és a kalcium szulfátjának képletét! Mire használják a fenti vegyületeket? Mi a különbség és mi a hasonlóság a magnéziumatom és a kalciumatom elektronszerkezete között? Hasonlítsd össze a nátriumatom és a magnéziumatom elektronszerkezetét! Hasonlítsd össze a káliumatom és a kalciumatom elektronszerkezetét! Magyarázd meg az alkálifémek és az alkáliföldfémek tárolásában rejlő különbséget az elektronszerkezet alapján! (Ha valamire nem emlékeznél,nézz utána az Ismerkedés a kémia birodalmával című tankönyv 101., 104. old-án.)

Mellékcsoportok elemei D MEZŐ TANULT FÉMEI FŐCSOP MELLÉK Hasonlítsd össze a vas, a cink és a réz fizikai és kémiaitulajdonságait (szín, halmazállapot, vezetés, reakciókészség)! Hasonlítsd össze az arany, a volfrám és a higany fizikai és kémiai tulajdonságait (szín, halmazállapot, vezetés, reakciókészség)! (Ha valamire nem emlékeznél nézz utána az Ismerkedés a kémia birodalmával című tankönyv 70, 84, 95, 105. old-án)

Az előbbiekben láthattuk, hogy a periódusos rendszer azonos főcsoportjában levő elemek hasonló módon lépnek reakcióba és azonos anyagokkal hasonló típusú vegyületeket képeznek. páldául az alkálifémek mindegyikének klórral való reakciója az elektronátmenetttel járó kémiai reakciók közé tartozik és a keletkezett termék alkáli-klorid. Tudjuk, hogy a periódusos rendszer azonos csoportjában levő elemek vegyértékhéjának szerkezete megegyezik, ennek a tulajdonságnak tudható be a kémiai reakciók és a


16

vegyületképzés közötti hasonlóság. Az előbbiekből az is kitűnik, hogy az azonos főcsoportban lévő elemek között a kémiai reakciók hevességében különbség van. Ez a különbség annak a ténynek tulajdonítható, hogy az azonos főcsoportban lévő atomok vegyértékhéja főkvantumszámában különbözik. Tehát minél nagyobb az illető atom vegyértékhéjának főkvantumszáma, annál távolabb van az illető atom vegyértékhéja az atom magjától. Az atommagtól való távolság növekedésével csökken a vegyértékhéjon levő elektronokra gyakorolt vonzóerő nagysága. Így pl. az első főcsoport esetében a nagyobb főkvantumszámú atom könnyebben adja át a vegyértékhéján levő elektronjait.egy másik atomnak. Milyen adatból vegyértékhéjra?

olvashatjuk

ki

az

atommag

vonzóerejének

nagyságát

a

A mellékcsoportokban lévő elemek - csoportszámukra való tekintet nélkül - kémiai tulajdonsági hasonlítanak egymásra. Ez annak köszönhető, hogy vegyértékhéjuk megegyező szerkezetű. A réz, az ezüst és az arany az elektronszerkezetük felépülése szempontjából kivételnek számítanak. A réz, az ezüst és az arany esetében először a d alhéj telítődik, majd később kerül az s alhéjra elektron. A jelenség magyarázata az energiaminimumra való törekvésben keresendő. Ugyanis ezeknek az atomoknak az energiája úgy lesz alacsonyabb, ha az elektronszerkezetük a fentiek szerint épül ki. 1. Írd fel általánosan a nemesgázok, a halogének, az alkálifémek és az alkáliföldfémek vegyértékhéjának elektronszerkezetét! Írd le az alhéjak jelölésést 2. Írd fel, milyen sorrendben töltődnek fel a volfrám, a magnézium, és a xenon alhéjai! 3. Írd fel a vas, a cink, a volfrám, a higany és az ezüst elektronszerkezetét! Jelöld is!

1.4 Ionok Milyen kémiai részecskéket nevezünk ionoknak? Hogyan képződik ion az alábbi atomokból? Na, Cl, K, Br, O, S, F, Ca, Mg A periódusos rendszer melyik mezőjében levő elemek atomjaiból képződik pozitív töltésű ion? A periódusos rendszer melyik mezőjében levő elemek atomjaiból képződik negatív töltésű ion?

1.4.1. A pozitív töltésű ionok Emlékezzünk vissza a NaCl előállítására. (Ha nem emlékeznél rá, nézz utána az Ismerkedés a kémia birodalmával című tankönyv 136. old-án) Azt már láttuk, hogy az atomokban levő elektronok különböző energiájú pályákon mozognak. Az alapállapotú atomban az elektronok a legkisebb energiájú pályán mozognak. Gerjesztéskor az elektronok nagyobb energiájú pályára kerülnek. Ha azonban az elektron olyan nagy energiát vesz fel, hogy legyőzi az atommag vonzó hatását és távozik az atomból, akkor pozitív töltésű ion, másnéven kation keletkezik. POZITÍV TÖLTÉSŰ IONOK KÉPZŐDÉSE POZITÍV TÖLTÉSŰ IONOKAT KATIONOKNAK NEVEZZÜK


17

IONIZÁCIÓS

ENERGIA: 1 MOL ALAPÁLLAPOTBAN LEVŐ GÁZHALMAZÁLLAPOTÚ SZABAD ATOMBÓL A LEGKÖNNYEBBEN LESZAKÍTHATÓ ELEKTRON ELTÁVOLÍTÁSÁHOZ SZÜKSÉGES ENERGIA. (EZ AZ ELSŐ IONIZÁCIÓS ENERGIA) JELE: EI, MÉRTÉKEGYSÉGE: KJ/MOL

Ha csak egy elektron távozik az atomból, akkor egyszeres pozitív töltésű ion keletkezik. Ha ebből az ionból további elektront vagy elektronokat távolítunk el többszörösen pozitív töltésű ionok keletkeznek. A második, harmadik, stb. elektron eltávolításához szükséges energiát második, harmadik stb. ionizációs energiának nevezzük. IONIZÁCIÓS ENERGIÁK GRAFIKONJA DLILLARD GOLDBERG 276. OLD Hogyan változik az ionizációs energia értéke a periódusos rendszerben? Azok az elemek, amelyeknek vegyérékhéján kevés elektron van, könnyen leadják azokat, mert így érik el a nemesgázok stabil szerkezetét. Írd fel hogyan képződik ion a kálium, a nátrium, a kalcium, a magnézium és az alumíniumatomból? A keletkezett ionok elektronszerkezete melyik nemesgáz elektronszerkezetének felel meg? Hogyan nevezzük az elektron leadásával járó kémiai folyamatokat?

Azok az atomok, amelyeknek vegyértékhéján sok elektron mozog, inkább elektron felvételével érik el a nemesgáz állapotot. A nemesgázok elektronszerkezete rendkívül stabil, így csak nagy energia hatására válnak meg elektronjuktól. Az előbbiekből következik, hogy a periódusokon belül az alkálifémektől a nemesgázok felé haladva nő az ionizációs energia értéke. Hasonlítsuk össze a lítium, a kálium a nátrium és a céziumatom ionizációs energiáját! A fenti atomok hányadik héja a vegyértékhéj?

Látjuk, hogy a lítiumtól a cézium felé csökken az ionizációs energia értéke. Ennek az a magyarázata, hogy minél nagyobb egy atom vegyértékhéjánakfőkvantumszáma, annál kevésbé érvényesül az atommag vonzó hatása a vegyértékhéjon lévő elektronra, ezért annál könnyebb leszakítani azt. A kationok mérete mindig kisebb, mint azé az atomé, amelyből képződtek. A kation esetében ugyanannak az atommagnak a vonzása alatt kevesebb elektron áll, mint a megfelelő atomban. Tehát a vonzóerő ugyanakkora, de az elektronok közötti taszító hatás kisebb, így az elektronok kevesebb helyet foglalnak el. 1.4.2. A negatív töltésű ionok Azt az elektron, amelyet az egyik atom lead egy másik atom veszi fel. Ekkor egy negatív töltésű ion képződik. A NEGATÍV TÖLTÉSŰ IONOKAT ANIONOKNAK NEVEZZÜK NEGATÍV TÖLTÉSŰ IONOK KÉPZŐDÉSE A periódusos rendszer VI. és VII. főcsoportjában lévő elemek, mivel atomjaik vegyértékhéján sok elektron mozog, ezért inkább elektron felvételével érik el a nemesgázok szerkezetét. Írd fel a klór, az oxigén, a jód , a bróm és a kénatom anionná való alakulásának egyenletét! Milyen kémiai reakciók közé sorolható a fenti atomok ionná való alakulása? Mely nemesgázok szerkezetével egyezik meg a fenti ionok elektronszerkezete? Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

18

A negatív töltésű ionok képződése is energiaváltozással jár. ELEKTRONAFFINITÁSNAK NEVEZZÜK AZT AZ ENERGIÁT, AMELY AHHOZ SZÜKSÉGES, VAGY AKKOR KELEKTKEZIK, AMIKOR EGY MOL GÁZHALMAZÁLLAPOTÚ NEGATÍV TÖLTÉSŰ IONBÓL EGY MOL GÁZHALMAZÁLLAPOTÚ ATOM KELETKEZIK JELE: EAFF MÉRTÉKEGYSÉGE: kJ/MOL

pl. klór esetén: Cl- -----› Cl + eHogyan változik az elektronaffinitás értéke a periódusos rendszerben? ELEKTRONAFFINITÁS TÁBLÁZAT GOLDBERG 277.OLD. A halogénatomok esetében az elektronaffinitás értéke nagy, mivel a halogénatomok már egy elektron felvételével elérik a nemesgáz állapotot. Ezért a negatív töltést okozó elektron leadása nagy energiát igényel. Hogyan változik a halogének elektronaffinitása a főcsoporton belül?

Láthatjuk, hogy a klórtól a jódig csökken az elektronaffinitás értéke. Az oka megegyezik az ionizációs energiaváltozásnál említett okokkal, vagyis az illető elektron minél távolabb van az atommagtól, annál kevesebb energia szükséges a kérdéses elektron eltávolításához. A negatív töltésű ion mérete mindig nagyobb, mint azé az atomé, amiből a negatív töltésű ion kelekezett. Ebben az esetben sem változik az atommag vonzó hatása, de az elektronok közötti taszítóerő nő, mivel az ionban több elektron van az ionban, mint az atomban volt. ANIONOK MÉRETÉNEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA AZ ATOM MÉRETÉVEL 1. Mely kation keletkezéséhez kell kevesebb energia? K+ vagy Ca2+? Ca2+ vagy Ba2+? 2. Mely anion keletkezéséhez kell kevesebb energia? S2- vagy Cl- ? Cl- vagy Br- ?

1.5. Molekulák Milyen molekulákból álló anyagokat ismersz? Hány atomos molekulákat ismersz? Írd le az álatalad ismert molekulák képleteit! Mit tudunk meg egy molekula összegképletéből? Mit tudunk meg egy molekula szerkezeti képletéből? Milyen modelleket használunk a molekulák modellezésére?

KOVALENS KÖTÉS KIALAKULÁSA Azt már tudjuk, hogy akkor keletkeznek molekulák, amikor két vagy több atom megfelelő energiával ütközik és vegyértékhéjuk atompályáiból molekulapályák jönnek létre.Az ütköző atomok vegyértékhéján mozgó párosítatlan elektronokból közös elektronpár képződik, melyek a molekulapályákra kerülnek. A z így kialakuló atomok közötti kapcsolatot kovalens kötésnek nevezzük. Az eddig tanultakhoz tegyük hozzá, hogy csak olyan atomok között létesülhet kovalens kötés, amelyek vegyértékhéján mozgó párosítatlan elektronja ellentétes spínű , mivel a molekulapályákra is érvényes a Pauli-elv. Hányadrendű kötések csoportjába tartozik a kovalens kötés? Mit tilt a Pauléi -elv?


19

1.5.1. Mekkora az atomok közötti távolság és kötőerő a molekulákban? A molekulák kialakulásakor a két vagy több atommag csak bizonyos távolságra közelítheti meg egymást. Ennek oka a két atommag és a két atom elketronburka között fellépő taszító erő. A taszítóerőkön kívül fellép vonzóerő is az atommagok és az elektronok között. A molekulák kialakulásakor az atomok olyan közel kerülhetnek egymáshoz, amilyen távolságban a fellépő vonzóerők egyenlővé válhatnak a fellépő taszítóerőkkel. A KÉT KOVALENS KÖTÉST LÉTESÍTŐ ATOM ATOMMAGJA KÖZÖTTI TÁVOLSÁGOT KÖTÉSTÁVOLSÁGNAK NEVEZZÜK

KÖTÉSTÁVOLSÁG JELE: d MÉRTÉKEGYSÉGE: pm (1pm = 10-12 m) A kötő elektronpárok leginkább a két atommag közötti térben igyekeznek tartózkodni. BOKSAY PINTÉRNÉ TARTÓZKODÁSI VALÓSZÍNŰSÉG Amikor két vagy több atomból molekula képződik, energia szabadul fel. A molekulaképződés tehát energiafelszabadulással járó folyamat. KÖTÉSI ENERGIÁNAK NEVEZZÜK AZT AZ ENERGIÁT, AMELY AKKOR KÉPZŐDIK, MIKOR EGY MOL MOLEKULÁBAN KÉT ADOTT ATOM KÖZÖTTI KÖTÉS LÉTREJÖN JELE: EKÖT MÉRTÉKEGYSÉGE: kJ/MOL

ENERGIADIAGRAMM 1.5.2. A kovalens kötés fajtái Sorolj fel olyan kétatomos molekulákat, amelyekben a két atomot egyszeres kötés tartja össze! Hány párosítatlan elektron van a klóratomban? Írd fel a klóratom vegyértékhájának jelölését!

A két klóratomból klórmolekula jön létre. A klóratomok atomi pályájából molekulapálya képződik és a kötő elektronpár ezen a molekulapályán mozog. A kötő elektronpár a két atommag közötti térben tartózkodik a leginkább. KLÓRMOLEKULA KÉPZŐDÉSE KLÓRMOLEKULA KÖTŐPÁLYÁJA Sorolj fel olyan kétatomos molekulákat, amelyekben a két atomot kétszeres vagy háromszoros kötés tartja össze! Hány párosítatlan elektron van az oxigénatomban? Írd le az oxigénatom vegyértékhéjának jelölését!

Az oxigénatomok párosítatlan elektronjaiból két kovalens kötés jön létrre. Az egyik kötő elektronpár a két atommag közötti térben tartózkodik a leginkább. A második kötő elektronpárnak már nincs ott elegendő hely, ezért a második kötő elektronpár az első kötőelektronpár fölött és alatt tartózkodik. OXIGÉNMOLEKULA SZIGMA ÉS PÍ KÖTŐPÁLYÁJA HA KÉT ATOM KÖZÖTT TÖBBSZÖRÖS KOVALENS KÖTÉS LÉTESÜL, AKKOR AZ ELSŐ KÖTÉST SZIGMA KÖTÉSNEK, A TOVÁBBI KÖTÉSEKET PÍ KÖTÉSNEK NEVEZZÜK A szigma kötés kialakulásakor nagyobb energia szabadul fel, mint a pí kötés kialakulásakor. Hiszen a szigma kötést létrehozó elektronok közelebb kerülnek az atommagokhoz, mint a pí kötést létrehozó elektronok. (A szigma kötés kötési energiájának abszolút értéke nagyobb ugyan, mint a pí kötés energiájának abszolút értéke.A kötési energia azonban előjeles szám, méghozzá negatív előjelő. Ha tehát ugyanezeket az értékeket előjelesen vetjük össze akkor a szigma kötés kötési energiája kisebb, hiszen nagyobb negatív értékről van szó.) OXIGÉNMOLEKULA SZIGMA ÉS PÍ KÖTÉS ENERGIADIAGRAMJA Írd fel a szén-dioxid félkonstitúciós képletét! Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

20

Hányszoros kovalens kötés van a szénatom és az oxigénatom között a szén-dioxid molekulában? Milyen típusú kovalens kötések vannak az oxigénatom és a szénatom között a széndioxid molekulában? Hány párosítatlan elektronja van a nitrogénatomnak? Írd le a nitrogénatom vegyértékhéjának jelölését!

Vizsgáljuk meg a nitrogénmolekula kötéseit! A nitrogénatomok párosítatlan elektronjaiból három kovalens kötés képződik. A nitrogénmolekulában a két atomot egy szigma és két pí kötés tartja össze. A szigma kötés a két atommag között helyezkedik el. Az első pí-kötés a szigma kötés alatt és fölött, a szigmakötésre merőlegesen helyezkedik el. A második pí-kötés az első pí- kötésre merőlegesen, a szigma kötés előtt és mögött foglal helyet. NITROGÉNMOLEKULA SZIGMA ÉS PÍ PÁLYÁJA NITROGÉNMOLEKULA SZIGMA ÉS PÍ KÖTÉS ENERGIADIAGRAMJA Mint ahogy az energiaszintekből leolvasható, a nitrogénmolekula két pí kötésének enErgiája megegyezik. Ez annak tudható be, hogy a két pí kötés ugyanolyan távol van az atommagoktól. A kötéstávolság értéke a kötésszám növekedésével csökken, de a kétszeres kötés energiája nem fele, a háromszoros kötés energiája nem harmada az egyszeres kötés energiájának. A kötési energia értéke a kötések számával nő, vagyis a kétszeres kötés energiája nagyobb mint az egyszeres kötésé. Azonban a kétszeres kötés energiája nem kétszerese, a háromszoros kötés energiája nem háromszorosa az egyszeres kötés energiájának. KÖTÁÉSTÁVOLSÁGOK KÖTÉSSZÁM KÖTÉSI ENERGIÁK KÖTÉSSZÁM 1.5. 5. Egy másfajta kovalens kötés Eddig a kovalens kötésnek olyan fajtájáról volt szó, amelynek kialakulásakor a kötő elektronpárt mindkét atom adja. Azonban van a kovalens kötésnek olyan fajtája is, amelynek kialakulásakor csak az egyik atom vagy atomcsoport adja a közös elektronpárt. Ilyen pl. a szén-monoxid molekula. Írd le az alapállapotú szénatom és az oxigénatom szerkezetét! Hány párosítatlan elektronja van a szénatomnak és mennyi az oxigénatomnak?

A szén-monoxid molekula képződésekor a szénatom két párosítatlan elektronja kötést létesít az oxigénatom párosítatlan elektronjaival. Ennek a két kötésnek a kialakulása nem különbözik az eddig tanultaktól. A harmadik kötés kialakulása viszont ujdonság az eddigiekhez képest. Ekkor ugyanis a szénatom üres atompályájából és az oxigénatom egyik nemkötő elektronpárjának atompályájából molekulapálya jön létre, amelyre az oxigénatom nemkötő elektronpárja , mint kötő elektrompár kerül. SZÉN-MONOXID ELEKTRONSZEKEZETE Melyik molekula elektronszerkezetéhez hasonlít a szén-monoxid elektronszerkezete? Rajzold le a vízmolekula és az ammóniamolekula szerkezet képletét! Írd le az oxóniumion és az ammóniumion összegképletét!

Ilyen pl.: H3O+, NH4+ Milyen elemi részecskékből áll egy hidrogénion? Hány nemkötő elektronpárja van az oxigénatomnak a vízmolekulában?


21

Hány nemkötő elektronpárja van a nitrogénatomnak az ammónia molekulában?

Az oxóniumion kialakulásakor a vízmolekula oxigénatomjának nemkötő elektronpárja kötő elektronpárrá alakul és a hidrogénionnal kötést létesít. H2O + H+ = H3O+

Az ammóniumionnál hasonló a helyzet. Az ammóniamolekula nitrogénatomjának nemkötő elektronpárja kötő elektronpárrá alakul és kötést létesít a hidrogénionnal. NH3 + H+ = NH4+

A KOVALENS KÖTÉSNEK AZT A FAJTÁJÁT, AMIKOR CSAK A KÖTÉST LÉTESÍTŐ EGYIK ATOM, VAGY ATOMCSOPORT ADJA A KÖTŐ ELEKTRONPÁRT DATÍV KÖTÉSNEK NEVEZZÜK. (Datívus a részeshatározó eset latin neve) VÍZMOLEKULA ÉS AMMÓNIAMOLEKULA PROTONT VESZ FEL 1.5.3. Delokalizált elektronok a molekulákban Olyan molekulák és összetett ionok is léteznek, amelyek több atomból állnak és bennük többszörös kötés van. Ilyen pl: NO2, NO3-, CO32-, SO32-, SO42-, SO2, stb. Mi a tudományos nevük a fenti ionoknak?

Ezekben a vegyületekben és összetett ionokbana pí kötés elektronjai delokalizálódnak. Mit jelent a delokalizált szó? Hol találkoztunk már a delokalizált elektronokkal (gondolj a fémekre és a grafitra) ?

A pí kötés elektronjai így nem két atomhoz, hanem az egész molekulához vagy az összetett ionhoz tartoznak. (A félkonstitúciós képletben a delokalizált elektronokat szaggatott vonallal vagy pontokkal jelölik.) KARBONÁT ION STB SZERKEZETI KÉPLETE 1.5.4. A poláris és az apoláris kovalens kötés Mi az elektronegativitás? (Ha valamira nem emlékeznél nézz utána az Ismerkedés a kémia birodalmával című tankönyv 132. old-án) Keresd ki és jegyezd fel a következő atomok elektronegativitási értékeit! Li, Na, K, Mg, S, Cl

ELEKTRONEGATIVITÁS VÁLTOZÁSA Hogyan változik az elektronegativitás értéke a Li, Na, K összehasonlításakor?

és a Na, Mg, S, Cl

Hasonlítsuk össze a fenti atomok elektronegativitás változását a periódusos rendszerben ugyanezen atomok ioniációs energia és elektronaffinitás értékeinek periódusos rendszerbeli változásával!

Mint láttuk az elektronegativitás értéke egy csoporton belül fentről lefelé haladva csökken és egy perióduson belül vizsgálva balról jobbra nő. Az elektronegativitás periódusos rendszeren belüli változása összhangban van az ionizációs energia és az elektronaffinitás periódusos rendszeren belüli változásával. Melyik a legkisebb és melyik a legnagyobb elektronegativitású atom? (Próbáld kitalálni a választ, anélkül, hogy az értékeket megnézted volna!) Sorolj fel olyan molekulákat, amelyeknél azonos atomok kapcsolódnak molekulává!


22

APOLÁRIS KOVALENS KÖTÉSNEK NEVEZZÜK AZT A KÖTÉST, AMIKOR A KÉT KOVALENS KÖTÉST LÉTESÍTŐ ATOM ELEKTRONEGATIVITÁS ÉRTÉKE EGYENLŐ POLÁRIS KOVALENS KÖTÉSNEK NEVEZZÜK AZT A KÖTÉST, AMIKOR A KÉT KOVALENS KÖTÉS LÉTESÍTŐ ATOM ELEKTRONEGATIVITÁS ÉRTÉKE KÜLÖNBÖZŐ

Vizsgáljuk meg a HCl példáját! A hidrogén elektronegativitása: 2,1 A klór elektronegativitása: 3,0 HCL SZERKEZETI KÉPLETE ÉS ELEKTRONELTOLÓDÁS A klór elektronegativitása nagyobb,mint a hidrogén elektronegativitása tehát jobban vonzza a kötő elektronpárt, ezért a hidrogén oldalán elektronhiány a klór oldalán elektronfelesleg alakul ki. Mivel az elektron negatív töltésű elemi részecske, ezért a klór oldalán kis negatív töltés, a hidrogén oldalán kis pozitív töltés mutatkozik. Írd fel az alábbi atomok félkonstitúciós képleteit és állapítsd meg, melyik kovalens kötés poláris és melyik apoláris?

SO2, H2O, Cl2, HNO2, NO2, H2,H2SO4, NH3, S8, 1.5.6. Hogyan képzeljük el a molekulákat? Minden molekulának sajátos alakja van. Néhány szabályszerszerűséget elsajátítva képesek leszünk megmondani egy általunk nem ismert molekula alakját is. Lássuk, melyek ezek a szabályszerűségek? Írd fel a vízmolekula félkonstitúciós képletét!

1. A molekulát alkotó atomok közül kiválasztjuk a központi atomot. A központi atom mindig az az atom, amely a legtöbb kötést létesíti. (A vízmolekula központi atomja az oxigénatom, mivel két kötést létesít egy-egy hidrogénatommal.) 2. A központi atomot egy gömbnek képzeljük el és ennek a gömbnek a felületén helyezzük el a kötő és nemkötő elektronpárokat. 3. A kötő és a nemkötő elektronpárok elhelyezésekor figyelemmel kell lenni arra, hogy a • kötő és a nemkötő elektronpárok a lehető legtávolabb legyenek egymástól • a nemkötő elektronpároknak nagyobb helyre van szükségük, mivel ők csak egy atom vonzása alatt állnak. (Képzeljük el úgy mint egy kisgyereket, aki kevésbé tud mozogni, ha mindkét kezét fogják, mintha csak az egyiket.) 4. A kötő elektronpárok elhelyezésekor a többszörös kötést egyszeres kötésnek tekintjük MOLEKULÁL KÖTŐ, NEMKÖTŐ EL PÁROK MOLEKULA ALAK Vegyünk néhány példát! Az ammóniumion központi atomja a nitrogénatom. A nitrogénatomot négy kötő elektronpár veszi körül és nincs nemkötő elektronpárja. A négy kötőelektronpár akkor kerül a legtávolabb egymástól, ha tetraéderesen helyezkednek el. A kén-trioxid molekulában a központi kénatomot hat kötőelektronpár veszi körül. Ez a hat elektronpár valójában három kettőskötést takar. Mivel a kettőskötés a molekulaalak meghatározásában egynek minősül, három kötőelektronpár a központi atom körül síkháromszög elrendezésben kerül egymástóllegtávolabbra. A szén-dioxid molekulában a központi szénatomot négy kötőelektronpár veszi körül. Ez a négy elektronpár valójában két kettőskötést takar, ami a molekulaalak meghatározásában kettőnek minősül. Két elektronpár a központi atom körül lineáris elrendezésben kerül legtávolabbra.


23

Az ammóniamolekulában a nitrogénatomot, mint központi atomot három kötő és egy nemkötő elektronpár veszi körül. A molekula alakja háromszög alapú piramis. A vízmolekulában a központi oxigénatomot két kötő és két nemkötő elektronpár veszi körül. A molekula V alakú. A hidrogén-klorid molekulában a központi klóratomot egy kötő és három nemkötő elektronpár veszi körül. A molekulaalak lineáris. FENTI MOLEKULÁK RAJZA Készítsd el a fenti molekulák és ionok pálcika modelljét! KÖTÉSSZÖGNEK NEVEZZÜK UGYANAZON ATOM ÁLTAL LÉTESÍTETT KÉT KÖTÉS ÁLTAL BEZÁRT SZÖGET

1.5.7. A molekuláknak is lehet polaritása Mint már láttuk a kovalens kötések között vannak apolárisak és polárisak. Mit nevezünk apoláris és poláris kovalens kötésnek?

A molekulák között is vannak olyan molekulák, amelyek rendelkeznek polaritással, ezeket nevezzük dipólus molekuláknak. Vannak olyan molekulák, amelyeknek nincs polaritásuk, ezeket apoláris molekuláknak nevezzük. Melyek az apoláris molekulák? Kétféle apoláris molekulát különböztetünk meg: • Olyan molekulák, amelyekben apoláris kovalens kötések vannak. Ilyenek például az elemmolekulák. Sorolj fel elemmolekulákat, írd le összegképletüket és szerkezeti képletüket!

•

Olyan molekulák, amelyekben poláris kovalens kötések vannak ugyan, de ezek a kötések geometriailag összegezve (vektorok összegezése) kiegyenlítik egymást.

pl.: SZÉN-DIOXID MOLEKULA VEKTOROK A szén és az oxigén közötti kötések polárisak. Az egyik oxigénatom jobbra, a másik oxigénatom balra húzza a kötő elektronpárokat. A vonzóerő mindkét irányba ugyanolyan mértékű, ezért kiegyenlíti egymást, így a molekula apoláris. Hasonló a helyzet a SO3 esetében is. KÉN-TRIOXID MOLEKULA VEKTOROK Melyek a dipólus molekulák? Azok a molekulák, amelyekben a poláris kovalens kötés van, de a kötéseknek megfelelő nyilakat (vektorokat) geometriailag összegezve a molekulának marad polaritása. Ha a központi atomnak nemkötő elektronpárja van, akkor a molekula a kötések polaritásától függetlenül dipólusos. pl.: VÍZMOLEKULA VEKTOROK A dipólusmolekuláknak mint a nevéből is kitűnik (di=kettő, pólus=sarok) két sarka van, egy negatív és egy pozitív. AMMÓNIAMOLEKULA VEKTOROK 1. Hogyan képződik brómatomokból a brómmolekula? 2. Hogyan képződik molekula egy hidrogén- és egy klóratomból? 3. Hogyan képződik egy nitrogénatomból és három hidrogénatomból molekula?


24

4. Milyen molekulaalakkal rendelkeznek az alábbi ionok? Mekkorák a kötésszögek az ionokban? 5. CO32-, NO3-, NO2-, SO32-, SO426. Válogasd szét az alábbi molekulákat polaritásuk szerint! Milyen a molekulák alakja mekkorák a kötésszögek? 7. HCl, Br2, NO2, H2, H2O2


25

A következő fejezetben • •

Átismételjük mindazokat a fogalmakat, amelyeket a szilárd halmazállapotról tanultunk Ismereteinket kibővítjük a másodrendű kötések fajtáinak megismerésével, az egyes kristálytípusok tulajdonságainak szerkezet alapján történő magyarázatával


26

2. Hogyan képzeljük el szilárd halmazok szerkezetét? 2.1. Molekulák szilárd állapotban Jellemezd a szilárd halmazállapotot (alak, összenyomhatóság, térfogat)

Azt már tudjuk, hogy a molekulák szilárd állapotban molekularácsot alkotnak. Azt is tudjuk, hogy a molekulákat összetartó erő a molekularácsban a másodrendű kötőerő. Mi a különbség az első és a másodrendű kötőerők között?

2.1.1. A másodrendű kötőerők fajtái A dipólusmolekulákat szilárd halmazállapotban dipólus-dipólus kötések tartják össze Hogyan alakul ki a dipólus-dipólus kötés? Szilárd halmazállapotban a dipólusmolekulák úgy helyezkednek el egymás mellett, hogy az egyik molekula negatív pólusa magához vonzza a másik molekula pozitív pólusát. Így szabályos rend alakul ki a molekulák között. DIPÓLUS-DIPÓLUS KÖTÉS Vannak azonban olyan molekulák, amelyek dipólusok ugyan, de szilárd halmazállapotban mégsem dipól- dipól kötések, hanem hidrogén kötések tartják össze a molekulákat. Ilyen típusú kötéseket találunk a víz, az ammónia és a hidrogén-peroxid molekulák között szilárd halmazállapotban. A hidrogén kötések kialakulásának három feltétele van: − a molekula hidrogénatomot tartalmaz − a hidrogénatom nagy elektronegativitású atomhoz kapcsolódik − a nagy elektronegativitású atomnak nemkötő elektronpárja van Hogyan alakul ki a hidrogénkötés? A vízmolekulák között úgy alakul ki hidrogénkötés, hogy az egyik vízmolekula hidrogénatomja kötést létesít egy másik vízmolekula oxigénatomjának nemkötő elektronpárjával. Ez a hidrogénatom ugyanakkor kovalens kötést is létesít a vízmolekulában lévő oxigénatommal. Így a hidrogénatom kapcsolja össze a két vízmolekulát, ezért nevezik a kötést hidrogénkötésnek. HIDROGÉNKÖTÉS A VÍZMOLEKULÁK KÖZÖTT A jég vagy a víz sűrűsége a nagyobb? Miért? Az élővilágra milyen következményekkel jár a jég és a víz sűrűsége közötti különbség?

AMMÓNIAMOLEKULÁK ÉS HIDROGÉN-PEROXID MOLEKULÁK KÖZÖTTI HKÖTÉS Az apoláris molekulákat szilárd állapotban diszperziós kötések tartják össze. Hogyan alakul ki a diszperziós kötés? Az apoláris molekulák sem tekinthetők minden pillanatban apolárisnak, ugyanis a pozitív magtöltések és a negatív töltésű elektronburok - az egymáshoz képest történő elmozdulásuk következtében - nem eredményeznek minden pillanatban töltés mentes molekulát. Így előfordulhat, hogy az apoláris molekulából egy-egy időpillanatban dipólusos molekulák alakulnak ki. APOLÁRIS MOLEKULÁK DEFORMÁLÓDÁSA


27

Az így kialakult dipólusos molekulák között is fellép kölcsönhatás, hasonlóan az eredetileg dipólusos molekulák között fellépő kölcsönhatáshoz. Ennek a kölcsönhatásnak a mértéke azonban jóval kisebb mint a dipólus-dipólus kölcsönhatás. 2.1.2. Melyik a legerősebb másodrendű kötés? Az első vagy a másodrendű kötések energiája nagyobb?

A másodrendű kötések közül a legnagyobb energiájú kötés a hidrogénkötés, ezt követi a dipólus-dipólus kölcsönhatás, majd legvégül a diszperziós kölcsönhatás. NYÍL A MÁSODRENDŰ KÖTŐERŐK 2.1.3. Az anyagok milyen tulajdonságait befolyásolják a másodrendű kötőerők? Mit nevezünk olvadásnak? Mi az olvadáspont? Mit történik egy anyaggal olvadás közben? Keresd ki és jegyezd fel a klór, a fluor, a bróm, a hidrogén-klorid, hidrogén-peroxid és a jód olvadáspontját! (Az adatok feljegyzéséhez használd az Ismerkedés a kémia birodalmával című tankönyvet, a hidrogén-peroxid op-je -O,43 oC.) Milyen másodrendű kötőerők tartják össze a felsorolt anyagok molekularácsát? Hasonlítsd össze a fluor, a hidrogén-klorid és a hidrogén-peroxid olvadáspontját!

Látjuk, hogy a felsorolt anyagokat különböző másodrendű kötőerők tartják össze. Ha összehasonlítjuk a fluor, a hidrogén-klorid és a hidrogén-peroxid olvadáspontját megállapíthatjuk, hogy a hidrogén-peroxid olvadáspontja a legmagasabb. Ez a tény azzal magyarázható, hogy a hidrogén-peroxid molekularácsában a molekulákat hidrogénkötések, a hidrogén-klorid molekularácsában a molekulákat dipólus-dipólus kötések, a fluor molekularácsában a molekulákat diszperziós kötések tartják össze. Mint láttuk a legerősebb másodrendű kötés a hidrogénkötés, vagyis ennek a kötésnek a felbontásához kell a legnagyobb energia. Ebből következik, hogy a molekularácsban kristályosodó anyagok közül a hidrogénkötéssel kapcsolódó molekularácsok folyadékká alakításához kell a legnagyobb energia, tehát ezeknek az anyagoknak magasabb az olvadáspontja. Hasonlítsuk össze a halogénelemek olvadáspontját! Milyen hőmérséklet értéket nevezünk szobahőmérsékletnek? Milyen nyomásértéket nevezünk légköri nyomásnak? Hasonlítsd össze a halogénelemek molekulájának méretét! (Ennek megkönnyítésére készítsd el a molekulák kalotta modelljét! Hasonlítsd össze a halogénelemek relatív molekulatömegét (relatív atomtömegek képlet szerinti összege)!

Látjuk, hogy a halogénelemek olvadáspontja a fluortól a jód irányában nő. Bár mindegyik halogénelem olyan molekularácsban kristályosodik, amelyben az összetartó erő diszperziós kötés, molekulák méretének növekedésével annak a lehetősége is nő, hogy a molekula pozitív és negatív töltései ne egyenlítsék ki egymást, és a molekula egy másik molekula hatására könnyebben polarizálódjon, miáltal a diszperziós kötések erőssége is növekedjen. (képzeljük el úgy mint amikor egy nagyobb és egy kisebb luftballont akarunk egy másik ugyanolyan méretű luftballonnal deformálni.) Az olvadáspont jód irányába való növekedésének másik oka az, hogy a molekulák relatív tömege a fluormolekulától a jódmolekula irányában nő. Minél Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

28

nagyobb egy molekula tömege annál nagyobb energia kell hozzá, hogy elmozduljon a helyéről és elgördüljön a többi molekulán. Az előbbiekből következik, hogy a molekularácsban kristályosodó anyagok között szobahőmérsékleten és légköri nyomáson mind gáz, mind folyadék és szilárd halmazállapotúak is előfordulhatnak. Diákkis: Próbáljunk eltörni egy darab jeget és egy darab ként! Mit tapasztalunk?

A molekularácsban kristályosodó anyagok általában kis keménységűek. Ez annak köszönhető, hogy a másodrendű kötőerők, összehasonlítva más kristályrács típusokat összetartó erőkkel, kisebb energiájúak. Diákkis: Próbáljuk ki a kén és a desztillált víz elektromos vezetését! (A kísérlet leírását megtalálod a Belépés a kémia birodalmába című tankönyv 51. old-án.) Mit tapasztalunk?

A molekularácsos anyagok sem szilárd, sem olvadt (folyadék halmazállapot) állapotban nem vezetik az elektromos áramot, tehát szigetelők. Ennek az oka, hogy a molekularácsos anyagok olvadásakor nem képződik töltéssel rendelkező részecske, amely mozogna az áramforrás egyik pólusától a másik pólusáig, és ezáltal biztosítaná az áramvezetést. Miből áll egy oldat? Mi történik egy anyaggal, amikor feloldódik? Hogyan tudjuk meggyorsítani egy anyag oldódását? Diákkis: Lapozzunk a Belépés a kémia birodalmába című tankönyv 82. old-ára és ismételjük meg mégegyszer az ott leírt kísérleteket!

Az apoláris molekulákból álló anyagok (pl. pirospaprika) apoláris oldószerben (pl. olaj) jól oldódnak, de rosszul oldódnak dipólusos molekulájú oldószerben (pl. víz). A dipólusos molekulákból álló anyagok (pl. kristálycukor) apoláris molekulájú oldószerben (pl. olaj) rosszul oldódnak, ugyanazek az anyagok jól oldódnak dipólusos molekulájú oldószerben (pl. víz). OLDÓDÁS RAJZA A pörkölt készítésekor a hagymás olajban párolt húshoz vagy a szafthoz adjuk a pirospaprikát? Miért? Oldódik-e az oxigén vízben?

A vízben való oldódást nem szabad Összetéveszteni a vízzel való reakcióval. Gondoljunk pl. a szódavíz készítésére; a szén-dioxid vízben rosszul oldódik, hiszen apoláris molekulájú anyag, a szén-dioxid vízzel való reakciója miatt tűnik úgy mintha a szén-dioxid jól oldódna vízben. Mi keletkezik a szén-dioxid vízzel való reakciójakor? Mi a szódavíz kémiailag?

2.2. Ionok szilárd állapotban IONRÁCS 2.2.1. Az ionok nem létezhetnek önmagukban Már a kősó képződésének példáján is láthattuk nátriumatom a klóratomnak adja át elektronját az előbbiből kation, az utóbbiból anion képződik. Amikor az ellentétes töltésű ionok egymás közelébe kerülnek köztük, elektrosztatikus vonzóerő lép fel, kapcsolatot alakítanak ki egymással, ennek hatására létrejön az ionrács.


29

Milyen kémiai folyamatok közé soroljuk, amikor a nátriumatom a klóratomnak átadja az elektronját? Mi az ionkötés? Sorolj fel ionkötésű vegyületeket! Mit jelent az ionvegyületek képlete? Hányadrendű kötések közé tartozik az ionkötés? Energetikailag milyen folyamat a kősó képződése? (Ha valamire nem emlékeznél nézz utána az Ismerkedés a kémia birodalmával című tankönyv 137. old-án.)

Mint láttuk az ionrács képződése az exoterm folyamatok közé sorolható, tehát energiafelszabadulással jár. RÁCSENERGIÁNAK NEVEZZÜK AZT AZ ENERGIÁT, AMELY FELSZABADUL, HA 1

MÓL GÁZHALMAZÁLLAPOTÚ ÉS AZ IONRÁCSNAK MEGFELELŐ ARÁNYÚ IONBÓL IONRÁCS KÉPZŐDIK.

RÁCSENERGIA A KŐSÓ PÉLDÁJÁN 2.2.2. Mik azok a sók? Amikor hétköznapi értelemben sóról beszélünk, mindenki a konyhasóra gondol. Kémiai értelemben azonban a sók sokfélék lehetnek. Már eddig is számos sóról tanultunk. Gondoljunk csak a tanult hashajtókra, nyugtatókra, a szódabikarbónára, a gipszre, a fixírsóra, a mészkőre, a rézgálicra és a pétisóra. Írd fel a felsorolt sók képletét és írd mellé, hogy mire használják ezeket a sókat a mindennapi életben? ( Ha valamelyikre nem emlékeznél nézz után a az Ismerkedés a kémia birodalmával c. tankönyvben!)

A sók nagy része ionrácsban kristályosodik. Hogyan állapítanád meg egy oldat kémhatását? Milyen ionok okozzák egy oldat savas, illetve lúgos kémhatását? Milyen anyagot nevezünk savnak, illetve bázisnak? Írd le, milyen reakció játszódik le, amikor hidrogén-kloridot, kénsavat, salétromsavat, szénsavat vízbe vezetünk, illetve öntünk? Milyen reakció játszódik le, amikor nátrium-hidroxidot, kalcium-hidroxidot, ammóniát vízbe teszünk, illetve vezetünk?

Az eddig tanult anyagok között számos olyat találunk, amelyek szilárd állapotban ionrácsot képeznek és egy sav és egy lúg reakciójakor keletkezhetnek. Diákkís Öntsünk egy főzőpohárba 7,5 cm3 10,55 g/dm3 koncentrációjú nátrium-hidroxid oldatot! Cseppentsünk bele 2 csepp fenolftalein indikátort! Öntsünk egy másik főzőpohárba 3 cm3 23,84 g/dm3 koncentrációjú sósav oldatot. Cseppentsünk ebbe az oldatba is 2 csepp fenolftalein indikátort! Öntsük bele az első oldatot a második főzőpohárba és keverjük össze a kapott oldatot! Milyen kémhatású a kapott oldat?

KŐSÓ KELETKEZÉSE SÓSAVBÓL ÉS NÁTRIUM-HIDROXIDBÓL Amikor egy lúgot tartalmazó főzőpohár tartalmát beleöntjük egy savat tartalmazó főzőpohárba, akkor az oxónium-ionok átadják a protonjukat a hidroxil ionoknak és belőlük víz keletkezik, míg a többi ion változatlanul az oldatban marad. Egyenletekkel leírva a nátrium-hidroxid és a sósav példáján a fenti folyamatok:


30

NaOH = Na+ + OH- (külön főzőpohárban) HCl + H2O = H3O+ + Cl- (külön főzőpohárban) Na+ + OH- + H3O+ + Cl- = Na+ + Cl- + 2H2O (összeöntés után)

A folyamatban egy só, a nátrium-klorid és víz keletkezett. SAVAK ÉS LÚGOK EGYMÁSRAHATÁSAKOR SÓ ÉS VÍZ KELETKEZIK Írjuk fel az eddig tanult többi só keletkezését is! NaOH + H2CO3 = NaHCO3 + H2O nátrium-hidrogénkarbonát 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O nátrium-szulfát NH3 + H2CO3 = NH4HCO3 + H2O ammónium-hidrogénkarbonát Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O kalcium-szulfát NH3 + HNO3 = NH4NO3 ammónium - nitrát

A nátrium-hidrogénkarbonát és az ammónium-hidrogénkarbonát abban különbözik a többi sótól, hogy keletkezésekor a sav (szénsav) nem adta le mindegyik protonját. Az ilyen sókat savanyú sóknak nevezzük. Írd fel a fenti sóképződési folyamatokat úgy, hogy figyelembe veszed a savak és a lúgok vízbetételekor bekövetkező ionképződést!

pl.

NH3 +H2O = NH4+ + OHH2CO3 + H2O = H3O+ + CO3 2-

NH4+ + OH- + H3O+ + HCO3- = NH4HCO3 + 2H2O

A sók úgy is keletkezhetnek, ha fémeket savba helyezünk. Tanári kísérlet: Só keletkezése fémek segítségével Tegyünk 3 kémcsőbe híg sósav oldatot, szénsavoldatot és híg kénsavoldatot! Tegyünk mindegyik kémcsőbe egy magnéziumszalag darabot és dugjuk be egy egyfuratú dugóval, melynek furatába kétszer meghajlított, kihúzott végű üvegcsövet teszünk! A fejlődő gázt fogjuk fel üvegkádban víz alatt egy kémcsőben. Az ujjunkkal befogott kémcsövet vegyük ki a vízből, majd óvatosan közelítsünk égőnk lángjához. Mit tapasztaltunk? Milyen gáz keletkezhetett?

SÓK KELETKEZÉSE FÉMEKBŐL Ezek a reakciók különböznek az előzőektől, mert itt nem történik protonátadás, viszont van elektronátadás. Gondoljunk csak arra, hogy a fémekben fématomok, míg a sókban fémionok vannak. A só képződésekor a fématomok leadják a megfelelő vegyértékelektronjukat és fémionokká alakulnak. Mg= Mg 2+ + 2e-

A leadott elektront a savak oldatában levő oxóniumionok veszik fel és hidrogénné és vízzé alakulnak át. Mg + 2H3O+ + Cl- = H2 + Mg2+ + Cl- + 2H2O Mg + 2H3O+ + CO32- = H2 + Mg2+ CO32- + 2H2O Mg + 2H3O+ + SO42- = H2 + Mg2+ SO42- + 2H2O Mit nevezünk oxidációnak és redukciónak?

A fenti folyamatokban a fémek oxidálódnak, mivel elektront adnak le, az oxóniumion hidrogénionja redukálódik, mivel elektront vesz fel. A fenti reakciók tehát redoxi reakciók. Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

31

Milyen fémből és milyen savból lehetne előállítani az alábbi vegyületeket? KCl, MgSO4, CaCO3, Na2CO3

2.2.3. Az egyenletek rendezésének megkönnyítésére... A bonyolultabb redoxi reakciók rendezésének megkönnyítésére a kémikusok bevezettek egy segédfogalmat, az oxidációs számot. Az oxidációs szám Az egyes atomok oxidációs számának megállapításához ismerni kell, hogy az atomok oxidációs száma az elemekben nulla (pl. O; H; Cl) az atomok oxidációs számának algebrai összege a vegyületekben nulla (pl. H2O;CO2) az ionok oxidációs száma töltésükkel egyezik meg (pl. Cl- -1; Na+ +1) az atomok oxidációs számának algebrai az összege összetett ionok töltésével egyenlő (pl. SO42- -2; NO3- -1) Néhány atom oxidációs számát érdemes megtanulni, ,mert ennek ismeretében könnyebb a többi atom oxidációs számát megállapítani: hidrogénatom oxidációs száma a hidrogénmolekulában 0 hidridekben (nem tanultuk) -1 egyéb vegyületekben +1 az oxigénatom oxidációs száma az oxigénmolekulában 0 hidrogén-peroxidban -1 más vegyületekben -2 Mennyi a kénsavban a kénatom oxidációs száma? a hidrogénatom oxidációs száma: +1 az oxigénatom oxidációs száma: -2 a vegyületeket alkotó atomok oxidációs számának összege 0 2(+1) + 4(-2) = -6 Tehát a kénatom oxidációs száma a kénsavban +6. Mekkora a szénatom, a nitrogénatom, a nátriumatom és a klóratom oxidációs száma az alábbi vegyületekben? H2CO3, HNO3, HCl, NaOH, NH3 Mekkora a kénatom és a foszforatom oxidációs száma az alábbi ionokban? SO42-, SO32-, PO43-

A redoxi folyamatokban az oxidálódó atom oxidációs száma nő, a redukálódó atom oxidációs száma csökken. Az oxidációs szám növekedésének és csökkenésének ki kell elégítenie egymást. pl.: 0 +0 +1 -1 2Na + Cl2 ----› 2NaCl a nátriumatom oxidációs számának változása +1( a nátriumatom oxidálódik) a klóratom oxidációs számának változása -1, (a klóratom redukálódik) a klórmolekula két klóratomot tartalmaz, tehát a változás összesen -2 mivel két elektron leadására két nátriumatom képes, tehát az egyenletben a nátriumatomok számát kétszerezzük:


32

2Na + Cl2 ----› NaCl Kétszeres mennyiségű nátriumatomból és klóratomból kétszeres mennyiségű nátrium-klorid képződik. 2Na + Cl2 ---› 2NaCl Állapítsd meg az alumínium-oxid (Al2O3) alumíniumból való képződésének egyenletében egyes atomok oxidációs számát és ennek segítségével rendezd az egyenletet!

pl. magnézium sósavban való oldódása: 0 +1 +2 0 Mg + H3O+ + Cl- --------› Mg2+ + H2 + Cl- + H2O Látható, hogy a folyamatban a magnéziumatom és a hidrogénatom oxidációs száma vátozott. A magnéziumatom oxidációs számának változása +2 A hidrogénatom oxidációs számának változása -1 Az oxidációs szám csökkenés illetve növekedés akkor egyenlíti ki egymást, ha a hidrogénatomok (oxóniumionok) számát kétszereznénk. Mg + 2H3O+ Cl---› Mg2+ + H2 + Cl- + H2O Kétszeres mennyiségű oxóniumionból kétszeres mennyiségű vízmolekula keletkezik. Mg + 2H3O+ Cl= Mg2+ + H2 + Cl- + 2H2O Írd fel az alumínium sósavban való oldódásának kiindulási és keletkezett anyagait! Rendezd az egyenletet az oxidációs szám használatának segítségével!

A sókon kívül léteznek még más vegyületek is, amelyek ionrácsban kristályosodnak. Ilyenek pl.: NaOH, Ca(OH)2, CaO, MgO 1. Miből és hogyan lehet előállítani a NaOH, Ca(OH)2, CaO, MgO vegyületeket? 2. Mire használják ezeket a vegyületeket a hétköznapi életben? 2.2.4. Az ionrácsos anyagok tulajdonságai Hasonlítsuk össze a fluor, a hidrogén-klorid, a hidrogén-peroxid és a nátrium-hidroxid olvadáspontját! Keresd ki és olvadáspontját?

jegyezd

fel

a

kalcium-oxid,

ammónium-nitrát,

kálium-klorid

Milyen kristályrácsban kristályosodnak a fenti anyagok? Milyen kötőerők tartják össze a fenti anyagok kristályrácsát? Milyen energia értékkel jellemezhető az ionrácsot összetartó erő?

Az ionrácsban kristályosodó anyagok olvadáspontja magas, ez annak köszönhető , hogy az ionrács felbomlásához nagy energia szükséges, más szóval a rácsenergia értéke nagy. Ezért az ionrácsban kristályosodó anyagok szobahőmérsékleten és légköri nyomáson szilárdak. Diákkísérlet: Próbáljunk eltörni egy darab mészkövet és egy darab kősót! Ha nem sikerül kézzel eltörni, használjunk kalapácsot!

Ha visszaemlékezünk a kén és a jég eltörésére és ezt összehasonlítjuk a mészkő és a kősó eltörésével megállapíthatjuk, hogy a mészkövet és a kősót nehezebb eltörni, mint a ként és a jeget. Ez a tény azzal magyarázható, hogy az ionkötések nagy energiával tartják össze a rácsban levő ionokat, ezért nehéz őket szétválasztani, széttörni. Diákkísérlet: A kősó áramvezetése


33

Vizsgáljuk meg egy darab kősó áramvezetését! (A kísérlet leírását lsd. a Belépés a kémia birodalmába című tankönyv 51. old-án.)

Az ionrácsos anyagok szilárd halmazállapotban nem vezetik az elektromos áramot, tehát szigetelők. Ennek az oka, hogy bár az ionrács pozitív és negatív töltésű ionokból áll, de ezeket az ellentétes töltésű részecskéket a rácsösszetartó erő nem engedi helyükről elmozdulni. Mi a glaubersó? Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg a glaubersó olvadékának áramvezetését! Egy nagyméretű főzőpoharat töltsünk meg félig vízzel, és forraljuk fel a vizet! Egy kis méretű főzőpohárba tegyünk két kanál glaubersót. A forró vizet tartalmazó főzőpohárba helyezzük a glaubersót tartalmazó főzőpoharat. Keverjük a sót mindaddig míg megolvad. Mikor a só megolvadt helyezzük a grafitelektródokat a főzőpohárba és vizsgáljuk meg az áramvezetését

Az ionrácsos anyagok olvadéka vezeti az elektromos áramot. Ez a tényt annak tulajdonítható, hogy olvadáskor a kristályrács felbomlik és a pozitív és a negatív töltésű részecskék képesek az áramforrás negatív és pozitív pólusához vándorolni és ezáltal biztosítani az áramvezetést. ÁRAMVEZETÉS AZ IONRÁCSOS ANYAGOK OLVADÉKÁBAN Diákkísérlet: Próbáljunk feloldani fél-fél kanál konyhasót vagy szódabikarbónát fél kémcsőnyi vízben illetve fél kémcsőnyi étolajban.

Mint látjuk az ionrácsban kristályosodó anyagok jól oldódnak dipólusos molekulájú oldószerben, de rosszul oldódnak apoláris molekulájú oldószerben. IONRÁCSOS ANYAGOK OLDÓDÁSA VÍZBEN Amikor az ionrácsos sókat vízbe tesszük, a só az őt alkotó ionokra bomlik: NaCl= Na+ + ClNaHCO3 = Na+ + HCO3(NH4)HCO3 = NH4+ + HCO3Na3PO4 = 3Na+ + PO4 3Na2SO4 = 2Na+ + SO4 2CaSO4 = Ca2+ + SO4 2NH4NO3 = NH4+ + NO3Nevezd meg a fenti vegyületeket és ionokat tudományos nevükkel!

2.3. Fémek szilárd állapotban FÉMRÁCS Milyen kristályrácsban kristályosodnak a fémek? Milyen részecskék alkotják a fémek kristályrácsát? Milyen kötések tartják össze a fémek kristályrácsát? Hányadrendű kötések közé tartozik a fémek kristályrácsát összetartó kötés? Keresd ki a vas, az alumínium, az ón, a volfrám, a réz, az arany olvadáspontját! Milyen halmazállapotúak a fémek szobahőmérsékleten és légköri nyomáson? Van-e kivétel? Vezetik-e a fémek az elektromos áramot? Miért? Sorolj fel olyan fémeket, amelyek reakcióba lépnek a vízzel? Sorolj fel olyan fémeket, amelyek nem reagálnak a vízzel? Miért színesek az anyagok? Milyen színűek a fémek? Mely fémek számítanak kivételnek??


34

(Ha valamire nem emlékeznél nézz utána az Ismerekedés a kémia birodalmával című tankönyv 109-111.old-án!)

A fémek általában szürke színűek. Ez a tulajdonság annak köszönhető, hogy a látható fényből minden fénynyalábot képesek elnyelni és ezáltal elektronjai gerjesztődnek, majd ezt az energiát fény formájában kisugározzák.

2.4. A gyémánt és a hasonló szerkezetű anyagok GYÉMÁNTRÁCS Milyen kristályrácsban kristályosodik a gyémánt? Milyen részecskék alkotják a gyémánt kristályrácsát? Milyen kötések tartják össze a gyémánt kristályrácsát? Hányadrendű kötések közé tartozik a gyémánt rácsösszetartó ereje? Keresd ki a gyémánt olvadáspontját? Minek tulajdonítható a gyémánt magas olvadáspont értéke? Milyen halmazállapotú a gyémánt szobahőmérsékleten? Minek tulajdonítható a gyémánt nagy keménysége? Hol használják ki a gyémánt nagy keménységét? (Ha valamire nem emlékeznél nézz utána az Ismerkedés a kémia birodalmába című tankönyv 61. old-án!) Mit gondolsz vezeti-e a gyémánt az elektromos áramot? Mit gondolsz oldódik-e a gyémánt vízben vagy olajban?

A gyémánt sem szilárdan sem olvadt állapotában nem vezeti az elektromos áramot, mivel nem rendelkezik olyan töltéssel rendelkező részecskével, amely szabadon elmozdulhat a két pólus között és szállíthatja az elektromos áramot a két pólus között. Tehát a gyémánt szigetelő anyag. A gyémánt nem oldódik sem apoláris molekulájú sem dipólusos molekulájú oldószerben. Ez azért van mert a gyémánt kristályrácsát nagy energiájú kovalens kötések tartják össze, és ezt a kölcsönhatást az oldószer-molekulák vonzóereje sem képes legyőzni. A gyémánton kívül még atomrácsban kristályosodik a ZnO, SiO2 és a vörös foszfor is. Mire használják a mindennapi életben a ZnO-t SiO2-ot és a vörös foszfort.

2.6. Hogyan dönthetjük el, hogy kristályszerkezetben kritályosodik?

egy

anyag

milyen

KRISTÁLYRÁCSOK TULAJDONSÁGAINAK ÖSSZEHASONLÍTÁSA A fenti táblázat megállapításai általában igazak, de nem minden elem vagy vegyület sorolható be a négyféle rácstípusnak megfelelő csoportba. pl.: Hova lehetne besorolni a higanyt? A higany áramvezetése, a részecskék kis távolsága, vagyis a rácsban való szoros illeszkedése miatt a fémek közé sorolnánk. Az olvadáspontja miatt viszont inkább a molekularácsos anyagokhoz tartozna. Tehát a higany kristályrácsa átmenetet képez a fémrácsos és a molekularácsos anyagok között. pl.: Hova sorolnánk az alumínium-bromidot?


35

Az alumínium-bromidot első pillantásra az ionrácsos vegyületek közé sorolnánk. Ha viszont közelebbről megvizsgáljuk és összehasonlítjuk az olvadáspont és az áramvezetés értékeit megváltozik a véleményünk. tulajdonság olvadáspont áramvezetése ohm-1 cm-1 106

alumínium-bromid 97,5 oC 10-5

nátrium-klorid 808oC 1,33

Az alumínium-bromid átmenetet képez az ionrácsos és a molekularácsos vegyületek között pl.: Hova sorolnánk az ónt? Mi az ónpestis?

Mint azt már tudjuk 13oC alatt az ónnak más tulajdonságai vannak mint e hőmérséklet fölött. A tulajdonságok különbözőségének oka a szekezetben keresendő. Az ón 13oC alatt gyémánt szerkezetű. az ilyen szekezetű ónt α ónnak nevezzük. 13oC felett az α ón átalakul egy fémekhez hasonló szerkezetű β ónná. Ezt támasztja alá a kétféle módosulat áramvezetési értéke összehasonlítva a gyémánt és a réz áramvezetésével. anyag gyémánt α ón β réz

elektromos áramvezetés ohm-1 cm -1 x106 10-12 10-10 0,092 0596

A fentiek alapján az ón szerkezete átmenetet képez az atomrács és a fémes rács között. Látható, hogy az egyes anyagok különféle kristályszerkezetbe való sorolása körültekintést igényel. Egy-egy kiragadott adatból nem lehet messzemenő következtetéseket levonni a kritályszerkezettel kapcsolatban. A fentiekből következik az is, hogy a természet sokfélesége nem minden esetben sorolható be az ember által alkotott szabályok szerinti csoportokba.


36

3. Szerves vegyületek családja 3.1. Miért különítjük el a szerves vegyületeket a szervetlen vegyületektől? 3.1.1. Miért nevezzük szervesnek ezeket a vegyületeket? 3.1.2. Miért tanulunk mégis külön a szerves vegyületekről? 3.1.3. Mely vegyületek tartoznak a szerves vegyületek közé? 3.1.4. Miért van ilyen sok szerves vegyület? 3.1.5. Hogyan igazodhatunk el a szerves vegyületek “végtelen sűrű bozótjában”?


37

3.2. Szénatomokból és hidrogénatomokból álló szénvegyületek A szénatomokból és hidrogénatomokból álló vegyületeket szénhidrogéneknek nevezzük. 3.2.1. Két nagy energiaforrás; a földgáz és a kőolaj Melyek a megújuló, és melyek a nem megújuló energiaforrások? Mi a különbség a megújuló és a nem megújuló energiaforrások között? Mi az előnye és mi a hátránya az előbb felsorolt energiaforrásoknak? Mi a savas eső? Mit jelent a fosszilis energiaforrás kifejezés? Hogyan keletkezett a kőszén? Mi a világítógáz? Mi a koksz? (Ha valamire nem emlékeznél, nézz utána a Belépés a kémia birodalmába c. tankönyv 48-50., és az Ismerkedés a kémia birodalmával c. tk. 62., 143-145. old-án.)

A lakások és a családi házak legnagyobb részét mamár földgázzal fűtik és ezzel is főznek a konyhákban, melegítik a vizet a fürdőszobákban. A földgáz használata váltotta fel a világítógáz, illetve a koksz használatát. A kőolajat világhódító útjára a benzinmotor felfedezése indította el. 1860-ban a francia Lenoir (ejtsd:lönoár) feltalálta a világítógázzal működő motort. Otto Daimler (ejtsd:dájmler) 1877-ben továbbfejlesztette a gázmotort és egy 800-as fordulatú motort szerkesztett. 1886-ban Karl Benz (a későbbi mercedeseket gyártó cég alapítója) bemutatta gyújtással működő gépkocsiját. 1894-ben Rudolf Dieselfeltalálta a róla elnevezett gázolajmotort. 1895-ben a Párizs-Bordeaux-Párizs útvonalon rendezett autóversenyen már 24 km-es óránkénti sebességet értek el a gépkocsik. Az USA-ban 1896-ban szerkesztette meg első gépkocsiját Henry Ford (a Ford cég alapítója). 1900-ban mégcsak 8000, 1912-ben már 902000 gépkocsi futott az USA útjain. A gépkocsik megnövekedett száma, megnövelte a benzin, és ennek alapanyaga a kőolaj iránti igényt.

A kőolajból, földgázból és a szénből származó energia 37%-át az ipar elektromos áram előállítására, 32%-át a közlekedés és 31%-át a háztartások főzésre, fűtésre és vízmelegítésre használják fel. Az előállított energia nagy része nem a kívánt célra fordítódik. Ugyanis a szénből, kőolajból és a földgázból nyert energiát csak 60%-ban lehet elektromos energiává átalakítani. Az autók üzemanyagának csak 25-40%-a fordítódik az autók mozgására, a többi hővé alakul. A lakások világításakor az energiának csak 5-20%-a fordítódik a világításra a többi energia a világítótesteket melegíti fel.

RAJZ ENERGIA Honnan ered az elnevezés? A petróleum a kőolaj általánosan elfogadott nemzetközi neve. A görög petros=kő, és a latin oleum=olaj szó összetételéből alakult ki. Olyan olajat jelent, amely a kőből fakad. Ezáltal különítették el a napraforgó, olíva, szója stb. magvakból kipréselhető növényi olajoktól. A magyar nyelvben a petróleumon világítóolajat értünk, amelyet a villany bevezetése előtt a petróleum lámpákban világításra használtak, de erről majd később bővebben szólunk. Hogyan keletkezett a földgáz és a kőolaj?


38

A földgáz és a kőolaj az egykori nagy kiterjedésű beltavak és őstengerek öbleiben élő egysejtű élőlényekből keletkezett. Ezek az élőlények pusztulásuk után a tenger mélyére süllyedtek. Évezredek során a tengerek üledéke rájuk rakódott. A hőmérséklet és a nyomás növekedésének hatására az elpusztult élőlények bomlásnak indultak és így alakultak ki a Föld a kőolaj és földgáz telepei. Az anyakőzet, amelyben ez a bomlási folyamat végbement, finom eloszlásban tartalmazza a kőolajat és földgázt. Ezeken a lyukacsos rétegeken keresztül a kőolaj és a földgáz, kis sűrűsége miatt felfelé vándorol és felhalmozódik egy tömör réteg, az ún. tárolókőzet alatt. KŐOLAJ FÖLDGÁZ KELETKEZÉSE Hol érdemes kőolaj és földgáz után kutatni? A kutatók a Földről készített műholdas és légi felvételekből igyekeznek minél részletesebb képet kapni a földkéregben való földgáz és kőolaj előfordulásról. A jónak ígérkező területeket alaposabban megvizsgálják ún. magnetométerrel. Ezt a szerkezetet repülőgépre rögzítik és repülés közben felvételeket készítenek vele. A magnetométerrel a Föld mágneses terének változása érzékelhető, amelyből a Föld szerkezetének változására, kőolaj, földgáz előfordulására következtethetünk. Azokat a területeket, amelyeket a kőolaj és a földgáz előfordulás szempontjából ígéretesnek tartanak szeizmikus vizsgálatoknak vetik alá. Ilyenkor mesterséges rengéseket keltenek és vizsgálják a rengések földkéregben való tovaterjedését. Az előfordulás legvalószínűbb helyén próbafúrásokat végeznek. SATELIT FELVÉTEL KŐOLAJ REGÉNYE 176. OLD UTÁN KŐOLAJTERMELŐ ORSZÁGOK HVG 96 ÁPR 13. 29.OLD KŐOLAJELŐFORDTUDOMÁNY 90 NOV 84.OLD TUDOMÁNY NOV 85. OLD. Hogyan termelik ki a kőolajat és a földgázt? 1859 augusztus 28-án Pennsylvániában először fedeztek fel nagyobb földalatti kőolajkészletet. Edwin Drake (ejtsd: drék) végzett el az első 22 m mély fúrást. Drake fúrótornya 20m magas volt. Egy gőzgép dolgozott benne, amelynek a közepén forgatható módon elhelyezkedő gerendát mozgatott. A gerenda egyik végére fúrórudazat volt fölszerelve, amelynek alján a fúrószerszám fel-és leirányuló mozgással fúrta be magát a talajba.

KORABELI FÚRÓTORONY TECHN KRÓNIKÁJA 263. OLD KORABELI FÚRÓTORONY A tárolókőzet alatt a földgáz, a kőolaj és a víz , sűrűségük sorrendjében helyezkednek el. Kitermeléskor a tárolókőzetet megfúrják és a rétegben uralkodó nyomás a felszínre nyomja a földgázt és a kőolajat. Ha a rétegben kicsi a nyomás, akkor a kőolaj és a földgáz szivattyúzással juttatható felszínre. OLAJFÚRÓTORONY FÖLDRAJZ I 264. OLD A kőolaj és a földgáz mértékegységei A kőolaj legtöbbet használt mértékegysége a hordó. Ennek történeti okai vannak, ugyanis amikor Pennsylvánia kőolaj kútjai önteni kezdték a kőolajat az emberek minden tanyán, pincében és raktárban gyűjtötték az üres whiskys, heringes, boros és más hordókat, hogy abban tárolják a kőolajat. Később kialakult az egységes méretű hordó.

1 hordó= 42 gallon = 159 liter A földgázt köbméterekben mérik. KŐOLAJ REG 176. OLD 19. KÉP A kőolaj, a földgáz és a világpiac Ha másból nem, a televízió Dallas című filmsorozatából mindenki tudhatja, hogy a kőolaj és a földgázforrások pénzt és hatalmat jelentenek tulajdonosaiknak. Ez a tény annak köszönhető, Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

39

hogy minden iparágban, valamint a mezőgazdaságban és a közlekedésben szükség van ezekre a nagyon fontos energiaforrásokra, valamint alapanyagként is rendkívül jelentős szerepet töltenek be. A világ kőolaj és földgázfogyasztása 1973-ig nőtt. Az olajszállító országok és az USA miként ez később bebizonyosodott - taktikai okokból a fosszilis nyersanyagok mennyiségének közeli megcsappanásának hírével megtévesztette a világot. Ily módon kierőszakolták az olajárak emelkedését. Ekkor indult el egy világméretű energiatakarékossági folyamat, amelyet tekinthetünk az energiaválság kedvező oldalának, hiszen az energiahordozók fokozódó méretű felhasználása a környezet szennyezésének növekedésével jár együtt. KŐOLAJ VILÁGPIACI ÁRÁNAK VÁLTOZÁSA KŐOLAJ REG Számos cég osztotta fel maga között a kőolaj világpiacát. Ezek közül a legnagyobbak: “Hét nővér” Royal Dutch of Schell Standard Of California Texas Oil Company Mobil Oil Company Standard of New Jersey Angol-Perzsa Gulf OPEC (organization of Peteroleum Exporting Countries) Kőolaj-exportáló országok szervezete 1960. szeptember 14-én Bagdadban alakult meg az arab kőolajtermelő országok részvételével. Kis magyar olajtörténet Magyarországon 1909-ben Kissármáson hatalmas erővel tört fel a földgáz. A Muraközben Szelencén (Selnica) és Bányaváron (Peklenica) ismertek már kőolajforrásokat. 1911-ben új bányatörvényt készítettek, amely kimondta “ A természetes településben előforduló ásványolajfélék és földgázok tekintetében a kutatási és bányaművelési jog az állam részére tartatik fel”. Az első világháború után 1919 októberében a magyar kormány a Muraköz területére vonatkozó kutatási jogokat felajánlotta az Angol-Perzsa Olajvállalat (APOC) elnökigazgatójának. 1920 októberében Londonban aláírták az APOC egyik leányvállalata számára a kutatási szerződést az ország 60 000 km2-re. 1921-ben megalakult a Magyar Olajszindikátus KFT. 1926-ban az angol fél elállt a szerződés további meghosszabbításától.1930 január 20-án a “Hét Nővér” kartell tagjai felosztották egymást között az európai kőolajterületeket. 1931-ben furcsa módon az Amerikai Egyesült Államok területén alakult meg az Európai Gáz - és Villamostársaság (European Gas and Electric Company = EUROGASCO) a társaság feladata az volt, hogy biztosítsa a társaság befolyását az európai országok gáz és villamos iparára. Magyarországgal 1933 június 28-án a társaság kutatási szerződést kötött. Folytatták a zalai vidéken megkezdett fúrásokat. 1938. július 18-án a Standard Oil Company of New Jersey (ejtsd: sztenderd ojl cámpeni of nyú dzsörzi) leányvállalataként budapesti székhellyel megalakult a Magyar Amerikai Olajipari RT. (MAORT). a társaság építette Magyarország területén az első kőolajvezetékeket Budafa és a csepeli Schell finomító, Budafa és Szabadbattyán - Pét, Budafa és az Almásfüzitői Vacuum finomító között. 1941 december 23-án a MAORT-ot a kormány állami használatba vette, miután Magyarország hadat üzent az USÁ-nak. 1940. augusztus 26-án megalakult a MANÁT, a Magyar -Német Ásványolaj Művek KFT. A MAORT felszerelésének jelentős része a nyilas uralom alatt Bajorországba került. 1945-ben a MAORT visszakerült az eredeti tulajdonoshoz. 1948-49-ben lezajlott a MAORT per, amelynek célja a MAORT államosítása volt. 1948-ban államosították a MAORT-ot. Nézz utána a könyvtárban, ki volt dr. Papp Simon? (Szurovy Géza: A kőolaj regénye) Milyen ítéletet hozott a bíróság a MAORT-perben?


40

1946-ban megalakult MASZOVOL, Magyar-Szovjet Olajipari RT. A dunántúli vállalatokat államosítás után ide csatolták és az új vállalatot MASZOLAJnak nevezték el. 1954-ben felbomlott a MASZOLAJ és az orosz fél visszaadta részesedését a magyar államnak. 1961-ben megalakul az Országos Kőolaj és Gázipari Tröszt (OKGT). 1991-ben az OKGT jogutódjaként megalakult a Magyar Olajipari RT. (MOL).

3.2.1.1. Miből áll a földgáz? A földgáz gázhalmazállapotú szénhidrogének keveréke. FÖLDGÁZBAN ELŐFORDULÓ SZÉNHIDROGÉNEK TÁBLÁZAT A metán Mit tartalmaz a meszes víz? Tanári kísérlet: Vizsgáljuk meg a metán tulajdonságait! Mivel a vezetékes gáz legnagyobb része metán, ezért a kísérleteink elvégzéséhez ezt használhatjuk. A gázvezeték csövére csatlakoztassunk egy gumicsövet és erre helyezzünk egy kétszer meghajlított üvegcsövet, amelyet egy vízzel félig megtöltött üvegkádban levő lefelé fordított, vízzel töltött kémcsőbe vezetünk. Vizsgáljuk meg a metán (földgáz) színét és szagát! Tartsuk óvatosan a kémcsövet a Bunsen-égő lángjához! Bunsen-égőnk lángja fölé tartsunk egy tiszta, száraz főzőpoharat, majd egy meszes vízzel átöblített főzőpoharat! Mit tapasztalunk? Töltsünk egy kémcsőbe brómos vizet! Egy derékszögben hajlított üvegcső segítségével buborékoltassunk át az oldaton metánt! Csatlakoztassunk egy derékszögben hajlított kémcsövet a gumicső végére és a durranógáz próba elvégzése után gyújtsuk meg a gázt! Az égő gázt tegyük egy klórgázzal telt hengerbe! Hogyan változik a klórgáz színe? Vizsgáljuk meg a hengerben maradt gáz kémhatását megnedvesített universal indikátor papírral. (Ha a tanteremben nincs vezetékes gáz, akkor a kísérletekhez Camping gázpalackból nyert gáz is használható. Ekkor a propán és a bután gáz tulajdonságait vizsgáljuk meg.) A metán fizikai tulajdonságai forráspont -162 oC olvadáspont -183 oC szín színtelen szag szagtalan (a földgázba kellemetlen szagú merkaptán gázt kevernek, hogy a gázszivárgás és a gázömlés észlelhető legyen) vízben való nem oldódik oldhatóság benzinben való oldódik oldhatóság

Készítsük el a metánmolekula pálcika és kalotta modelljét! Melyik a molekula központi atomja? Hány kötő és hány nemkötő elektronpár van a központi atom körül? Milyen alakja van a metánmolekulának? Polaritás szempontjából milyen típusú kovalens kötés a szénatom és a hidrogénatom közötti kötés? Milyen a metánmolekula polaritása? Milyen kötések tartják össze a metánmolekulákat -200oC-on? Magyarázd meg, hogy szobahőmérsékleten gázhalmazállapotú a metán?

és

légköri

nyomáson

miért

Magyarázd meg, hogy a metán miért oldódik benzinben és miért nem oldódik vízben?


41

A metán tulajdonságainak magyarázata A metánmolekula, hasonlóan az ammóniumionhoz tetraéder alakú, hiszen a szénatomot (központi atom) négy kötő elektronpár veszi körül. A szénatom és a hidrogénatom közötti kovalens kötés poláris, viszont a molekula apoláris, mivel a kötésnek megfelelő nyílak (vektorok) összegzésekor nullát kapunk. Az apoláris molekulákat szilárd állapotban diszperziós kötések tartják össze. Ez a tény, valamint a metánmolekula kis molekulatömege eredményezi, hogy a metán szobahőmérsékleten és légköri nyomáson gázállapotú. A metánmolekula apoláris mivolta indokolja azt is, hogy a metán nem oldódik vízben, viszont jól oldódik benzinben. Biztosan mindenki látott már olyan filmet, amelyben valaki becsenget egy olyan lakásba, ahol szivárog vagy ömlik a gáz. A csöngetést robbanás követi. A jelenségnek az a magyarázata, hogy a metán a levegővel robbanóelegyet képez. A villamos csengő megnyomásakor szikra keletkezik, amely begyújtja a robbanóelegyet és robbanást okoz. NE CSÖNGESSÜNK BE OLYAN LAKÁSBA, AHOL GÁZSZAGOT ÉRZÜNK! ÉRTESÍTSÜK A GÁZMŰVEK ÜGYELETÉT! Mint ahogy azt a gáztűzhely lángjánál is megfigyelhetjük a metán kékes lánggal ég. A kísérlet elvégzésekor a láng fölé tartott főzőpohár nedves, a meszes vízzel átmosott főzőpohár, zavaros lett. A főzőpohár nedvesedéséből a víz képződésére következtethetünk. A meszes víz zavarosodása mészkő képződésére utal. CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O

Tehát a metán égésekor víz és szén-dioxid keletkezik: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

A metán égése exoterm folyamat, ezért használhatjuk a metánt fűtésre és főzésre. METÁN ÉGÉSÉNEK ENERGIAVÁLTOZÁSA Nézd meg a gázszámlát, mekkora egy m3 földgáz fűtőértéke? Mennyibe kerül egy m3 földgáz? Mérd meg hány m3 metán szükséges és számold ki, mennyibe kerül egy fürdőkádnyi melegvíz?( A fürdőkádba 200 dm3 36 oC víz fér. A csapvíz 18 oC hőmérsékletű és a víz fajhője 1kJ/kg oC)

Azt tapasztaltuk , hogy a metán nem reagált brómos vízzel, viszont reagált klórgázzal. A reakció során savas kémhatású anyag, hidrogén-klorid gáz képződik. A folyamat az alábbi egyenlet szerint játszódik le: CH4 +Cl2 = CH3Cl + HCl klórmetán

Ebben a folyamatban a metán hidrogénatomja kicserélődik a klórmolekula egyik klóratomjával. AZT A KÉMIAI FOLYAMATOT, AMELYBEN A KIINDULÁSI MOLEKULA EGYIK ATOMJA VAGY ATOMCSOPORTJA MÁS ATOMRA CSERÉLŐDIK KI, SZUBSZTITÚCIÓNAK NEVEZZÜK. A SZUBSZTITÚCIÓ MINDIG MELLÉKTERMÉK KÉPZŐDÉSÉVEL JÁR

Metán előállítása szemétből és szennyvízből A konyhai hulladékokból, például krumpli- és répahéjból, hagymaszárból, a kertben lehullott gyümölcsből és levelekből, a háztartási szennyvízből, illetve a cukor és keményítőgyárak szennyvizéből előállítható metán. Ekkor a baktériumok és a élesztőgombák bontják le a konyhai és kerti hulladékban, valamint szennyvizekben lévő szerves anyagokat. A keletkező ún. biogáz átlagos összetétele a következő: gáz neve

térfogatszázalékban


42

metán szén-dioxid nitrogén hidrogén egyéb

63-68 32-37 0,2 0,2 0,1

A fenti összetételű gáz fűtőértéke: 23000- 25000 kJ/m3. Hasonlítsuk össze a biogáz fűtőértékét a földgáz fűtőértékével!

Ha összehasonlítjuk a biogáz fűtőértékét a földgáz fűtőértékével, megállapíthatjuk, hogy a biogáz fűtőértéke nem sokkal kisebb, mint a földgáz fűtőértéke. Gondoljunk csak arra, hogy a vezetékes gáz mennyivel drágább, mint a biogáz, hiszen ez utóbbi a hulladék és a szennyvíz hasznosításából keletkezik. Tegyük még ehhez hozzá, hogy a hulladék és a szennyvíz hasznosítása csökkenti a szemétdíjat és a csatornadíjat, mindemellett sokkal kevésbé terheli szennyező anyagokkal a környezetet. Jó lenne, ha a kertes házak fűtése, főzése és melegvíz szolgáltatása legalább részben megoldható lenne a háztartási szemét és szennyvíz hasznosításával. Így kevesebb szemét és szennyvíz keletkezne és a tulajdonosoknak is kevesebbet kellene költeni a vezetékes gázra, valamint a szemét és csatorna díjra. Honnan származik a légkörben előforduló metán? A földgáz kitermelésekor metán juthat a légkörbe. A szarvasmarhák által elfogyasztott takarmány az összetett gyomorba kerül. A gyomorban élő baktériumok tevékenysége nyomán a takarmány lebontásának egyik melléktermékeként metán keletkezik, amelyet a szarvasmarha kilélegez a légkörbe. Földi viszonylatban ez évente 1,6. 109 tonna metánt jelent. Nagy mennyiségű metán származik a rizsföldekről is. A rizsföldek elárasztásakor ugyanis elszaporodnak a vízben élő baktériumok, amelyek életműködésének egyik terméke a metán. A légkörben előforduló metán veszélyei Mi az üvegházhatás? Mely eddig tanult gáz az egyik okozója az üvegházhatásnak?

Már említettük, hogy a metán a levegővel robbanóelegyet képez. A metán légköri felszaporodásának másik káros következménye az ún. üvegházhatás. A tudósok szerint az üvegházhatás felelős azért, hogy az utóbbi száz évben az évi átlaghőmérséklet 0,5 oC-kal nőtt. A gyors éghajlati változások, a hőmérséklet növekedése, a csapadék mennyiségének megváltozása okozza, hogy az erdők öve az északi féltekén északabbra tolódik. Ha a folyamat tovább folytatódik megváltoznak növénytermesztés feltételei is, vagyis a ma Magyarországon megtermelt búza, kukorica, stb., a következőkben csak tőlünk északabbra fekvő országokban fog megteremni. A melegedés másik hatása a folyók víztartalmának csökkenése, amit a párolgás növekedése okoz. További melegedés okozhatja a tengerek és az óceánnak vízszintjének emelkedését, mivel a hegyvidéki gleccserek és az állandó jégtakaró a melegedés miatt olvadni kezdene. A kontinensek belsejét aszály fenyegetné, mivel pl. Magyarországon a csapadék mennyisége csökkenne, a tél és a nyár átlaghőmérséklete viszont növekedne.

A metán felhasználásának más lehetősége Mint az előzőekben láttuk a metánt legnagyobb mennyiségben energiaforrásként használják. A későbbiekben látni fogjuk, hogy a metán az ipar egyik fontos alapanyaga. A metánból állítanak elő pl. műgumit, amelyből autógumit készítenek, pl. teflont, amely bevonatnak köszönhetően nem ég le a hús a serpenyőben, pl. különféle műszálakat, amelyből pulóvereket, kötött holmikat készítenek. Ezekről majd a későbbiekben ejtünk szót. Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

43

Az etán, a propán és a bután A földgázban előforduló többi gáz közül a propán-bután (PB gáz) gázt jól ismerjük, hiszen ez az ún. palackos gáz, amelyet olyan háztartásokban használnak, ahol nincs vezetékes gáz. Ezt a gázkeveréket használják hajtógázként a sprays palackokban. Nézd meg az általad használt sprays palackokat! Melyikben van propán-bután gáz? Készítsük el az etán, a propán és a bután pálcika modelljét! (Minden szénatomhoz legfeljebb két másik szénatom kapcsolódhat!) Hány kötő és hány nemkötő elektronpár van a szénatomok körül? Milyen térszerkezetben helyezkednek el a kötő elektronpárok a szénatom körül?

GÁZPALACK HŰTŐSZEKRÉNY Az etán, propán és a bután fizikai tulajdonságai tulajdonságok etán propán forráspont oC - 88,6 - 42,1 olvadáspont oC -183,2 -187,8 szín színtelen színtelen szag szagtalan szagtalan vízben való nagyon rosszul nagyon oldhatóság oldódik oldódik benzinben való jól oldódik jól oldódik oldhatóság

rosszul

bután - 0,5 -138,3 színtelen szagtalan nagyon oldódik jól oldódik

rosszul

Hasonlítsd össze a metán tulajdonságait az etán, propán és a bután tulajdonságaival! Magyarázd meg a különbségeket és hasonlóságokat!

Az etán, a propán és a bután , hasonlóan a metánhoz szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú. A molekuláikban a szénatomok körül a négy kovalens kötés tetraéderesen helyezkedik el. A molekulák apolárisak, ami szilárd állapotban gyenge másodrendű kötéseket tesz lehetővé a molekulák között. Ennek tudható be, hogy ezeknek az anyagoknak alacsony az olvadáspontja és a forráspontja. A molekulák apoláris mivolta miatt ezek a vegyületek nagyon rosszul oldódnak vízben. Ezen gázok égése - a metánhoz hasonlóan - energiatermelő folyamat, hiszen ezért tudunk főzni velük. Az égés során szén-dioxid és víz keletkezik az alábbi egyenletek szerint: C2H6 + 3,5 O2 ---› 2CO2 + 3H2O C3H8 + 5 O2---› 3CO2 + 4H2O C4H10 + 6,5 O2 ---› 4CO2 + 5H2O

ENERGIADIAGRAMMK A földgázban előforduló összes gáz szobahőmérsékleten kevéssé reakcióképes. Magasabb hőmérsékleten viszont az etán, propán és a bután levegővel képzett keveréke robban. A metánnál megismert szubsztitúciós reakcióra az etán, propán és a bután is képes, de csak a szobahőmérsékletnél magasabb hőmérsékleten, vagy más energia-befektetés hatására. A vegyületeknek a kis reakciókészségére utal a vegyületcsoport régi elnevezése, paraffin. (Parum affinis = kevéssé reakcióképes.) Ha összehasonlítjuk a metán, etán, propán és a bután molekulák összegképletét láthatjuk, hogy pl. a propán egy CH2 csoporttal kevesebbet tartalmaz, mint a bután, de egy CH2 csoporttal többet tartalmaz mint az etán. AZ AZONOS SZERKEZETI ELEMEKBŐL ÁLLÓ, HASONLÓ TULAJDONSÁGÚ VEGYÜLETEKNEK AZT A SOROZATÁT, AMELYNEK AZ EGYMÁST KÖVETŐ TAGJAI CH2 CSOPORTTAL KÜLÖNBÖZNEK EGYMÁSTÓL HOMOLÓG SORNAK NEVEZZÜK. (homológ=hasonló)


44

Van-e másik bután? Próbáljuk meg elkészíteni egy másik butánmolekula pálcikamodelljét! (Az egyik szénatom három másik szénatomhoz kapcsolódik.) Hasonlítsuk össze a kétféle bután alakját!

BUTÁN , IZOBUTÁN SZERKEZETI KÉPLETÉZE A szénvegyületek szerkezeti képletének jelölésére a könnyebb áttekinthetőség miatt használjuk az. atomcsoportokkal leírt ún. félkonstitúciós képletet. Ekkor csak a szénatomok közötti kovalens kötéseket tüntetjük fel. BUTÁN, IZOBUTÁN ATOMCSOPORTOKKAL KIFEJEZETT SZERK KÉPL. Azt a butánmolekulát, amelyben a szénatomok lánca nem tartalmaz elágazást ( egy szénatom legfeljebb két másik szénatomhoz kapcsolódik) butánnak nevezzük. Azt a butánmolekulát amelyben a szénatomok lánca elágazik, izobutánnak nevezzük. A metán, az etán, a propán és a bután a normális szénláncú szénhidrogének közé tartozik. Az izobután az elágazó szénláncú szénhidrogének közé tartozik. OLYAN MOLEKULÁKAT, AMELYEKNEK AZONOS AZ ÖSSZEGKÉPLETE, DE KÜLÖNBÖZŐ AZ ŐKET ALKOTÓ ATOMOK KAPCSOLÓDÁSI SORRENDJE, KONSTITÚCIÓS IZOMEREKNEK NEVEZZÜK. (KONSTITÚCIÓ= KAPCSOLÓDÁS, IZOSZ=AZONOS, MEROSZ=RÉSZ GÖRÖG) A SZÉNVEGYÜLETEKNEK AZT A SZERKEZETI KÉPLETET, AMELY AZ ATOMOK KAPCSOLÓDÁSI SORRENDJÉT TARTALMAZZA KONSTITÚCIÓS KÉPLETNEK NEVEZZÜK. A SZÉNVEGYÜLETEKNEK ATOMCSOPORTOKKAL LEÍRT SZERKEZETI KÉPLETÉT FÉLKONSTTÚCIÓS KÉPLETNEK NEVEZZÜK. Hasonlítsuk össze a bután és az izobután tulajdonságait! tulajdonságok forráspont oC olvadáspont oC

bután - 0,5 -138.3

izobután - 12 -160

Mi történik forráskor? Mitől függ a forráspont értéke? A két izomer forráspontja közötti különbség a molekulák alakjából adódik. A bután hosszúkás alakú molekula, így folyadék halmazállapotban nagyobb felületen tudnak érintkezni egymással a molekulák, mint a közel gömb alakú izobután molekulák. Ezért a bután esetében, a gázállapotba való kerüléshez nagyobb energiára van szükség mint az izobután esetén. Az olvadás és a fagyás két egymással ellentétes folyamat, amely azonos hőmérsékleten játszódik le. Mi történik fagyáskor? Fagyáskor a folyadékot alkotó molekulák között a kristályszerkezetnek megfelelő szabályos rend alakul ki. A rendezettség a gömb alakú (izobután) molekulák között könnyebben alakul ki, mint a hosszúkás (bután) molekulák között. (Gondold el úgy, mintha golyókat, vagy alvó gilisztákat akarnál elrendezni egy dobozban.)

HŰTŐSZEKRÉNYEK TESZT 96 JÚNIUS 11.OLD A hűtőszekrények hűtőközegeként a nyolcvanas évek óta a freonok helyett az izobutánt használják. Az izobután nem károsítja az ózonréteget és sokkal olcsóbb mint a freonok. 2.2.1.2. Miből áll a kőolaj? Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg a kőolajat!


45

Jegyezzük fel színét, szagát! Tegyünk egy kémcsőbe kb. 2cm3 kőolajat és öntsünk rá ugyanennyi vizet. Rázzuk össze, majd hagyjuk állni. Mit tapasztalunk?

Mi a desztilláció lényege? Mi a különbség az egyszerű és a frakcionált desztilláció között? Milyen frakciói vannak a kőolaj-finomításnak (frakcionált desztillációjának)? (Ha nem emlékeznél nézz utána Belépés a kémia birodalmába című tk. 85-86 oldán.)

A kőolaj barna színű, víznél kisebb sűrűségű folyadék, amely vízben nem oldódik. Sűrűsége és vízben való oldhatatlansága okozza, hogy a tankhajók zátonyra futása és elsüllyedése óriási környezeti károkat okoz. A kiömlött és tengerbe került kőolaj ugyanis a víz felszínén terül el, elzárva ezzel a vizet a levegőtől, és megakadályozva a víz levegő cseréjét, ami a vízben élő állatok és növények tömeges pusztulásához vezet. A kőolaj folyékony halmazállapotú szénhidrogének keveréke, amelyben oldott állapotban gáz és szilárd halmazállapotú szénhidrogének is megtalálhatók. A hétköznapi élet szempontjából fontos benzin, dízel-olaj és más frakciókat frakcionált desztillációval különítik el. FINOMÍTÓ, PÁRLATOK BLÉPÉS 86.OLD A frakcionált desztilláció ipari megvalósítása eltér a laboratóriumi megvalósításától. Ennek az az oka, hogy az iparban a jobb időkihasználás és kisebb pénzráfordítás miatt folyamatos termelésre van szükség, ezért a kőolaj finomítása frakcionáló tornyokban történik. A kőolajat először kb. 350 oc-ra hevítik és így juttatják a frakcionáló toronyba. A kőolajból származó gőzök a toronyban felfelé áramlanak és folyamatosan hűlnek. Áramlás közben a torony “sapkáival” találkoznak és forráspontjuknak megfelelő hőmérsékleten, a torony egy adott pontján lecsapódnak. A lecsapódott folyadékokat összegyűjtik, ezek a frakciók. A torony legtetején gyűlik össze a legalacsonyabb (benzin), a legalján a legmagasabb (dízel-olaj) forráspontú frakció. A finomítás maradéka a pakura. Hol vannak Magyarországon kőolaj-finomítók? a kőolaj-finomítás frakciói benzin petróleum kerozin dízel-olaj pakura

kémiai összetétel 5-10 szénatomszámú szénhidrogének 8-12 szénatomszámú szénhidrogének 10-16 szénatomszámú szénhidrogének 14-20 szénatomszámú szénhidrogének nagymolekulájú szénhidrogének

A kőolaj-finomítás maradéka még számos, az iparban jól hasznosítható szénhidrogént tartalmaz. Ezeknek a szénhidrogéneknek a szétválasztását légköri nyomáson való forralással nem lehet megoldani, ugyanis 350 oC-nál nagyobb hőmérsékleten ezeknek a vegyületeknek a szénlánca eltörik és rövidebb szénatomszámú, esetleg telítetlen szénhidrogének keletkeznek. Ekkor alkalmazzák az alacsonyabb nyomáson való desztillációt. A légkörinél kisebb nyomáson a folyadékok forráspontja alacsonyabb lesz, ezért lánctörés nélkül szétválaszthatók. (Az okokról majd később.) a pakura feldolgozásának frakciói kenőolajok vazelin paraffin bitumen

kémiai összetétel 16-24 szénatomszámú szénhidrogének “ “ 24 szénatomnál nagyobb szénhidrogének


46

Mindenki tapasztalta már, hogy milyen kellemetlen hangja van a csikorgó ajtónak, de elgondolkodott -e azon, hogy milyen lassan mozogna és milyen gyorsan menne tönkre egy óra vagy akár egy gépkocsi, ha a szerkezet részeit nem kennénk be megfelelő kenőolajjal. A kenőolajok feladata, hogy csökkentsék a két fémfelület közötti surlódást, ezáltal megakadályozzák a kopást és elősegítsék a fémrészek egymáshoz képest való elmozdulását. A kenőolajok minőségét az őket alkotó szénhidrogének minősége és összetétele határozza meg. A kenőolajokkal szemben számos minőségi követelményt fogalmaznak meg pl.: a hideg környezetben használt kenőolajnak nem szabad megdermedniük, nagy viszkozitással (a viszkozitás sűrűnfolyósságot jelent, pl. a méz erősen viszkózus folyadék) stb. kell rendelkezniük. A vazelint a gyógyszeripar és a kozmetikai ipar használja fel kenőcsök készítésére. A gyertya halmazállapotváltozásait már jól ismerjük (Belépés a kémia bir-ba 39. old.). A gyertya paraffinból készült. A paraffint használják még különféle anyagok vízhatlanítására. Kipróbálhatjuk ezt mi is, ha egy darabka váznon gyertyát huzogatunk, és utána vizet engedünk az anyagra. A lepárlás maradéka a bitumen, másnéven aszfalt. Ezt az anyagot is jól ismerjük az útépítésekről. A kőolajban előforduló szénhidrogének KŐOLAJBAN ELŐFORDULÓ SZÉNHIDROGÉNEK TÁBL A kőolajat alkotó szénhidrogéneket a szénlánc alakja szerint két nagy csoportra lehet osztani, az egyik a nyílt szénláncú, a másik a gyűrűs szénhidrogének csoportja. Az első csoportba tartoznak a normális szénláncú és az elágazó szénláncú szénhidrogének. Már az előzőekben láttuk, hogy a metán, etán, propán és a n-bután a normális szénláncú szénhidrogének homológ sorát alkotják. Ez a sor tovább folytatódik az öt szénatomos szénhidrogéntől, az alábbiak szerint. név pentán hexán heptán oktán nonán dekán undekán dodekán tridekán tetradekán pentadekán hexadekán heptadekán oktadekán nonadekán eikozán

összegképlet C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C11H24 C12H26 C13H28 C14H30 C15H32 C16H34 C17H36 C18H38 C19H40 C20H42

A felsorolt szénhidrogének is paraffinok, mivel tulajdonságaik hasonlóak a homológ sor első négy szénhidrogénjének tulajdonságaihoz. AZ EGYSZERES SZÉN-SZÉN KÖTÉST TARTALMAZÓ SZÉNHIDROGÉNEK TUDOMÁNYOS NEVE ALKÁN. Mint láttuk, mindegyik alkán neve -án végződést tartalmaz.


47

Van-e összefüggés a szénatomok és a hidrogénatomok száma között a nyílt szénláncú alkánok homológ sorában? Megfigyelhetjük, hogyha a szénatomok számának kétszereséhez hozzáadunk kettőt, akkor megkapjuk a hidrogénatomok számát pl.: hexán szénatomok száma 6 hidrogénatomok száma 6x2+2=14 Ha általánosan akarjuk felírni az nyílt szénláncú alkánok összegképletét, akkor a szénatomok száma: n a hidrogénatomok száma: 2n+2 nyílt szénláncú alkánok általános összegképlete: CnH2n+2 Vizsgáljuk meg az öt- és a hatszénatomos alkánok konstitúciós izomérjeit! ÖT SZÉNATOMOS NYÍLT SZÉNLÁNCÚ ALKÁNOK IZOMERJEI HAT SZÉNATOMOS NYÍLT SZÉNLÁNCÚ ALKÁNOK IZOMERJEI Látjuk, hogy minél nagyobb szénatomszámú egy alkán, annál több izomérrel rendelkezik. Nevezzük el a konstitúciós izomereket! A bután esetében könnyű dolgunk volt, hiszen csak két izomérrel rendelkezett, amely esetében a normális szénláncút butánnak, az elágazó szénláncút izobutánnak neveztük A pentán esetében nem járhatunk el így, hiszen a pentánon kívül két különböző vegyületet kellene izopentánnak neveznünk és nem tudnánk mikor melyikről van szó. A szénvegyületek egyértelmű elnevezése céljából vezették be a szénvegyületek nevezéktanát. Az elnevezéshez csoportokat kell képeznünk a megismert alkánokból. Ez úgy történik, hogy az alkánokból egy hidrogénetatomot elveszünk és ekkor alkil-csoportot kapunk: alkán metán etán propán

összegképlet CH4 C2H6 C3H8

alkilcsoport metilcsoport etilcsoport propilcsoport

összegképlet CH3˙ C2H5˙ C3H7˙

ALKIL-CSOPORTOK FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Nevezzük el a n-pentán első izomérjét az alábbiak szerint! Az elnevezés szabályai 1. Keressük meg a leghosszabb összefüggő szénláncot (négy szénatomos) 2. A leghosszabb szénláncnak megfelelő alkán neve lesz a vegyület nevének végződése, a normál szó nélkül (-bután) 3. Keressük meg és karikázzuk be a leghosszabb szénlánchoz kapcsolódó alkilcsoportokat! 4. Nevezzük el az alkilcsoportokat (metilcsoport)! 5. Kezdjük el a leghosszabb szénlánc szénatomjait megszámolni a szénláncnak attól a végétől, amelyikhez közelebb van az alkilcsopor(ok)t (Ha egyforma közel vannak akkor a következő alkilcsoport távolságát is figyelembe kell vennünk!) 6. Határozzuk meg hányadik szénatomon van(nak) az alkilcsoport(ok) (2. szénatom)! 7. Írjuk le annak a szénatom(ok)nak a számát, amelyikhez az alkilcsoport(ok) kapcsolódik és közvetlen utána az alkilcsoport(ok) nevét emelkedő számsorrendben (2-metil). 8. A felsorolt alkilcsoportok neve után illesszük a 2. pontban meghatározott végződést (2metilbután). 2-METIL-BUTÁN AZ ELNEVEZÉS PÉLDÁJA Nevezzük el a pentán másik izomérjét! • A leghosszabb szénlánc itt három szénatomos, tehát a végződés -propán. • A vegyületben két metilcsoport található. • Mindkét metilcsoport a második szénatomhoz kapcsolódik. Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

48

A 2-metil-2-metil helyett a helytakarékosság miatt 2,2-dimetil megnevezést használjuk. (A di szócska kettőt jelent, mint azt a szén-dioxid esetében már megismertük. Használjuk mág a tri és a tetra szócskákat is.) • A vegyület neve: 2,2-dimetilpropán. 2,2-DIMETILPROPÁN SZERK KÉPLETE •

Nevezd el a hatszénatomos alkán izoméreket!

Félkonstitúciós képlet írásának szabályai Készítsük el a 2,4-dimetil-pentán félkonstitúciós képletét! 1. Megnézzük az elnevezés végződését, pentán ebből tudjuk, hogy a leghosszabb szénlánc öt szénatomot tartalmaz. Leírjuk egymás mellé az öt szénatomot és összekapcsoljuk őket.. 2. A dimetil szó azt jelenti, hogy a vegyület két metilcsoportot tartalmaz. 3. A 2,4 dimetil pedig azt jelenti, hogy a két metilcsoport a második és a negyedik szénatomhoz kapcsolódik. Tehét a második és a negyedik szénatomhoz egy-egy metilcsoportot írunk. 4. A többi szénatom mellé annyi hidrogénatomot írunk, amennyi ahhoz kell, hogy minden szénatom négy kovalens kötésben vegyen részt. 5. Ellenőrzésképpen összeadjuk külön a szénatomok és külön a hidrogénatomok számát. Tudjuk, hogy az alkánok általános összegképlete CnH2n+2. Tehát esetünkben C7H16. Ha a felírt félkonstitúciós képlet összegképlete megfelel az általános összegképletből levezetett összegképletnek, akkor jól írtuk fel a félkonstitúciós képletet. Írd le a 2,2,4-trimetilpentán félkonstitúciós képletét!

Az előzőekben csak a kőolajban található nyílt szénláncú alkánokról beszéltünk. Vizsgáljuk meg közelebbről a gyűrűs alkánokat! A GYŰRŰS ALKÁNOK TUDOMÁNYOS NEVE CIKLOALKÁN. (ciklo=gyűrűbe zárt) A gyűrűs alkánokban a gyűrűt alkotó szénatomok mindegyike két másik szénatommal kapcsolódik. A legkisebb szénatomszámú gyűrűs szénhidrogén három szénatomos, a ciklopropán. A nyílt szénláncú alkánokhoz hasonlóan a gyűrűs szénhidrogének is homológ sort alkotnak. cikloalkánok neve ciklopropán ciklobután ciklopentán ciklohexán

összegképlete C3H6 C4H8 C5H10 C6H12

Összefüggés a hidrogénatomok és a szénatomok száma között A ciklobutánban a szénatomok száma 4 a hidrogénatomok száma 8 Tehát a szénatomok számának kétszerese a hidrogénatomok száma. Ha általánosan akarjuk felírni a gyűrűs szénláncú alkánok összegképletét: a szénatomok száma n a hidrogénatomok száma 2n a gyűrűs alkánok általános összegképlete: CnH2n A kőolajban a ciklopentán és a ciklohexán fordul elő.


49

3.2.1.3. A közlekedéshez nélkülözhetetlen szénhidrogének A benzin A kőolaj-finomítás legalacsonyabb forráspontú frakciója a benzin frakció. Hogyan működik a négyütemű motor?

NÉGYÜTEMŰ MOTOR AUTÓSÉLET NÉGYÜTEMŰ MOTOR A benzinmotor hengerébe beszívott benzingőz és levegő elegyét a dugattyú bizonyos mértékig összenyomja. Ezután az elegyet a gyertyából keletkezett szikra felrobbantja és a robbanás visszalöki a dugattyút. Ha robbanás a teljes összenyomás előtt történik, akkor a motor “kopog” és nem szolgáltat megfelelő mennyiségű energiát. Tehát a benzin annál jobb minőségű, minél nagyobb mértékben képes a dugattyú összenyomni a benzin gőzeit. Milyen benzint tankoljunk? BENZINKÚT Amikor megállunk a benzinkútnál, hogy tankoljunk tudnunk kell, hogy autónk üzemeltetéséhez milyen benzin szükséges. Ez minden autó esetében gyárilag meghatározott. A benzinkútnál 98-as oktánszámú ólmozott, 95-ös oktánszámú ólmozatlan, 98-as oktánszámú ólmozatlan benzin kapható. A benzinek oktánszámának meghatározásához két szénhidrogént, az oktán egyik izomérjét (2,2,4-trimetilpentán) és a heptánt vesznek alapul. Írd le az említett oktán izomérnek és a heptán félkonstitúciós képletét! Készítsd el a 2,2,4-trimetilpentán és a heptán pálcika modelljét!

Az említett izo-oktán jó kompressziótűrésű vegyület, ezért 100-as oktánszámúnak, a heptán rossz kompressziótűrésű vegyület, ezért 0-s oktánszámúnak minősítették. Ezután egy ún. próbamotorban megvizsgálták a különböző összetételű 2,2,4-trimetilpentán, heptán keverékek kompressziótűrését, vagyis azt, hogy milyen nyomás mellett következik be a robbanás. A kőolaj-finomítás során kapott benzinfrakciót is ebben a próbamotorban vizsgálják és mérik milyen nyomás mellett történik robbanás. Ha a vizsgálandó benzin kompressziótűrése olyan 2,2,4-trimetilpentán, heptán keverék kompressziótűrésével egyezik meg, amely 95% 2,2,4trimetilpentán és 5% heptánt tartalmaz, akkor a benzin oktánszáma 95. A benzin minőségének javítása A benzinnel szemben támasztott fontos követelmény, hogy állás vagy raktározás közben a benzin ne zavarosodjon meg, mert ez a motorban dugulást okozhat. Ezért stabilizálják a benzint. A másik fontos követelmény, hogy a benzin minél kevesebb kénvegyületet tartalmazzon. A kőolajban és így a benzin frakcióban is találhatók kénvegyületek, hiszen a kőolaj élőlények pusztulásából keletkezett. Ezeknek az élőlényeknek a szervezetében fehérjék találhatók, amelyek némelyike kéntartalmú. A kéntartalom egyrészt a motort roncsolja, mert kéndioxiddá ég el, amiből aztán kénsav keletkezik. A légkörbe kikerült kén-dioxid és kénsav pusztítja a környezetet. Magyarország 1986-ban csatlakozott a Helsinki Egyezményhez, amelyben vállalta, hogy 1993-ra a kén-dioxid kibocsátást az 1980-as évi kibocsátás 30%-ával csökkenti. Hazánk 1991-re teljesítette a vállalt kötelezettséget. év

kibocsátás kilótonna


50

1980 1991 1993

1633 913 757

Mi a savas eső? Milyen hatással van a környezetre?

A benzin oktánszámának növelésével a benzin kompressziótűrése javítható. Ez kétféle képen érhető el: Az egyik lehetőség a benzinhez adalékanyagot adnak. Ilyen adalékanyag pl. az ólom-tetraetil (Pb(C2H5)4). Mi a hatása ennek az adalékanyagnak a környezetre?(Ismerkedés a kémia birodalmával 93-94.old) Magyarország az Európai Unió előírásainak eleget téve 1996 június 1-től megszüntetette a 92-es oktánszámú ólmozott benzin árusítását 1999. április 1-től Magyarországon megszűnt az ólmozott motorbenzin árusítása.

ÓLOMKIBOCSÁTÁS TERM TUD KÖZLÖNY 127. ÉVF 3. 13.OLD A másik lehetőség, hogy a benzinfrakcióban azoknak a szénhidrogéneknek az arányát növelik, amelyeknek nagyobb a kompressziótűrése. Mint láttuk a normális szénláncú szénhidrogének kompressziótűrése a legkisebb, és jóval nagyobb az elágazó vagy gyűrűs szénhidrogének kompressziótűrése. Ezért a normális szénláncú szénhidrogéneket megfelelő hőmérsékleten és nyomáson, katalizátor jelenlétében elágazó szénláncú izomerekké vagy gyűrűs szénhidrogénekké alakítják át. Az ilyen benzin az ólommentes benzin. Sajnos az ólommentes benzin is ártalmas, mivel a kipufogázban levő el nem égett szénhidrogének rákkeltő hatásúak. Mi a katalizátor?

Benzin nem benzinfrakcióból A benzinfrakcióból előállított benzin mennyisége ma már nem elégíti ki a motorizáció fejlődése okozta igényeket. Ezért a többi frakcióból is megpróbáltak motorbenzint előállítani. Ilyen eljárás a krakkolás, amikor magas hőmérsékleten a hosszabb szénláncú szénhidrogéneket kisebb szénhidrogénekké “törik” szét. (to crack= angolul törni) pl.: CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 ----› CH3-CH2-CH3 + CH2=CH2 pentán propán etén

Az így előállított benzin a krakkbenzin. A későbbiekben a kőolajban szegény országokban felmerült az igény mesterséges benzin előállítására. A motorbenzinek mesterséges előállításának két feltalálója Franz Fischer (ejtsd: fiser) és Hans Tropsch (ejtsd: trops) német kémikusok. Az eljárást ezért Fischer-Tropschszintézisnek nevezik Az eljárás lényege, hogy kőszénből és vízből magas hőmérsékleten szénmonoxidot és hidrogént lehet előállítani (emlékezz vissza a hidrogén előállítására). C + H2O ---› CO + H2

A szén-monoxid és hidrogén keverékéből megfelelő nyomáson hőmérsékleten és katalizátor segítségével szénhidrogének, így a benzin is előállíthatók pl.: 4CO + 9H2 ---› C4H10 + 4H2O

A szén-monoxid és a hidrogén keverékéből más szénhidrogének is előállíthatók. Az ilyen módon előállított benzinek drágábbak voltak, mint a kőolaj-finomításból nyert benzinek. Ennek ellenére az eljárást 1925 után hamarosan bevezették Németországban azért, hogy az országot függetlenné tegyék a kőolaj importjától. A benzint másra is használják


51

SEBBENZIN A patikában is beszerezhetünk benzint, neve sebbenzin.. Ez természetesen sokkal tisztább, mint a motorbenzin. A sebek fertőtlenítésére használják. A háztartási boltban is árusítanak benzint ún. lakkbenzin formájában, amely bizonyos festékek kitűnő oldószere.

Dízel-olaj A személyautók némelyike nem motorbenzinnel, hanem dízel-olajjal működik. Az autóbuszok, teherautók és a vonatok is ezt az üzemanyagot használják. Háztartási fűtőolajként is erre az energiaforrásra gondolunk. A dízelmotor működése eltér a négyütemű motor működésétől. A dízelmotor a beszívott levegőt a hengerben összenyomja, ezáltal a levegő felmelegszik. Majd a felmelegedett levegőbe porlasztják be a dízel-olajat. Ez a keverék a hengerben minden külön gyújtás nélkül a magas hőmérséklet hatására begyullad. TEHERAUTÓ Mi a cetánszám? A dízel-olaj minőségének jellemzésére a cetánszámot használják. A dízel-olaj annál jobb minőségű minél nagyobb a gyulladási képessége, ezért. a dízel-olajok esetében az a jobb minőségű, amelyben több normális szénláncú szénhidrogén, és az a rossz minőségű, amelyben több az elágazó és a gyűrűs szénhidrogén. A cetánszám meghatározásakor is két anyagot vesznek alapul. Az egyik a 100-as cetánszámú cetán (C16H34), a másik a 0-s cetánszámú metilnaftalin. A dízel-olajok cetánszámát is próbamotorban állapítják meg. A jó minőségű dízel-olaj legalább 45-ös cetánszámú. A dízel-olajjal szemben támasztott követelmények A dízel-olajjal szemben elvárás, hogy alacsony legyen a kéntartalma. Az okok megegyeznek a benzinnél említett okokkal. Dízel-olaj nem kőolajból Dízel-olajat is elő lehet állítani Fischer-Tropsch szintézissel. Újabb kutatások szerint repcéből elő lehet állítani egy, a dízel-olajat helyettesítő anyagot. Ötezer tonna repcéből 1500 busz téli üzemeltetéséhez szükséges üzemanyagot lehet készíteni. A gyártás melléktermékeként más, takarmányozásra használható fehérjepogácsa is keletkezik.

Kerozin A petróleum vagy más néven világítóolaj frakciót régen világításra használták. Az elektromos áram háztartásokba való bevezetésével a petróleum frakció jelentősége csökkent. A petróleum frakció finomításával nyerik a kerozint, ami a repülőgépek hajtóanyaga. REPÜLŐGÉP

Motorhajtó anyagok és a környezet Ha van gépkocsitok mérd meg a fogyasztását két hét alatt! Ha nincs, valamelyik rokonotok vagy ismerősötök fogyasztását vizsgáld! Milyen üzemanyagot használ a vizsgált gépkocsi? Írd fel az 2,2,4-trimetilpentán égésének egyenletét! Írd fel a cetán égésének egyenletét! Mennyi szén-dioxid kerül a levegőbe 1 mól 2,2,4-trimetilpentán égésekor? (1 mól szén-dioxid 24,5 dm3) Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

52

Mennyi szén-dioxid kerül a levegőbe 1 mól cetán égésekor? Mennyi szén-dioxid került a légkörbe kocsitokból az eltelt két hét alatt? (A számolásnál feltételezzük, hogy a benzin izo-oktánból áll, 1 mól dízel-olaj 50% cetánt és 50% metilnaftalint tartalmaz, utóbbi 1 móljának égésekor 269,5 dm3 széndioxid keletkezik.) Milyen környezeti hatásai vannak a légkörbe kerülő szén-dioxidnak? Mennyi oxigéngázra volt szükség a fenti égési folyamatokhoz?

Mi van a kipufogógázokban? összetevő nitrogén oxigén vízgőz szén-dioxid szén-monoxid nitrogén-oxidok

benzinmotor 74-77 tf% 0,1-3 tf% 3-6 tf% 5-12 tf% 0,5-10 tf% 0-3000 ppm

dízelmotor 76-78 tf% 2-14 tf% 0,5-6 tf% 1-6 tf% 0,1-2 tf% 200-5000 ppm

szénhidrogének

100-10000 ppm

10-500 ppm

korom ólom

0-2 mg/m3 van nincs

10-1100mg/m3 nincs

hatás nem mérgező “ “ üvegházhatás mérgező mérgező, ózonkárosító mérgező, üvegházhatás mérgező mérgező

1988-ban Szófiában kötötték azt az egyezményt, amelyben a nitrogén-oxidok kibocsátását 1995 végéig befagyasztják az 1987-es szinten, ami 280 kt/év. A légkörbe kerülő nitrogénoxidok 40-50%-a a közlekedésből származik. A benzinmotorok kipufogógázának 1 dm3-ben 3 cm3, a dízelmotorok kipufogógázának 1dm3-ben nitrogén-oxid van. Milyen hatása van a légkörbe került nitrogén-oxidoknak a környezetre? Értékeld az elmúlt két hét gépkocsi használatát! Nélkülözhetetlen volt a gépkocsi használata, hogy elmenjünk... Elmehettünk volna villamossal vagy busszal esetleg biciklivel is...

Az ólommentes benzinnel ugyan kiküszöböljük a kipufogógázokból a légkörbe kerülő ólomvegyületek káros hatását, de ne felejtsük el a kipufogógázok tartalmaznak el nem égett benzint, kormot stb. Ezen túlmenően a járművek motorjának működéséhez tetemes mennyiségű oxigénre van szükség, ami fogyasztja a légkör oxigéntartalmát. Egy személyautó motorja 15 ezer km megtételéhez 5 t oxigént fogyaszt el.

A gumi A gépkocsik, teherautók és buszok mozgásához nemcsak üzemanyagra hanem autógumira is szükség van. Az autógumik előállításához régebben a Brazíliában őshonos kaucsukfa tejnedvét használták fel. A kaucsukfa nevét a bennszülöttek nyelvéből kapta: ka-hu-csu=fa könnye. Amikor a spanyol hódítók eljutottak Dél-Amerikába, felfigyeltek a bennszülött indiánok labdáira és vízhatlan lábbelikre és esőálló öltözékeikre. Megfigyelték, hogy a kaucsukfák kérgét rézsutosan vágják be és a kiszivárgó tejnedvet vödrökben fogják fel. A tejnedv 65-75% vizet, 25-35% kaucsukot, 1,5-2% fehérjét, 1,5-2% gyantát és 0,5-1% ásványi sót tartalmaz.

FA BEVÁGÁSA A kaucsuktejhez savat adnak, ekkor a kaucsuk kicsapódik, ezt nevezik nyers kaucsuknak vagy más néven nyersguminak.. Milyen tulajdonságokkal rendelkezik nyersgumi? Milyen anyagot kell a nyersgumihoz adni, hogy rugalmas gumi váljon belőle?


53

Ki találta fel az eljárást?(Nézz utána az Ismerkedés a kémia birodalmával c. tankönyv 53.old-án!)

GUMIBÓL KÉSZÜLT TÁRGYAK Milyen a gumi szerkezete? A nyersgumi is szénhidrogén, de nem tartozik az eddig megismert alkánok közé. Az alkánok ugyanis telített szénhidrogének, vagyis molekuláikban csak egyszeres szén-szén kötések találhatók. A gumi a telítetlen szénhidrogének közé tartozik. A telítetlenek szénhidrogénekben többszörös szén-szén kötések is lehetnek. Az aromás szénhidrogénekről a későbbiekben lesz szó. TÁBLÁZAT TELÍTETLEN ÉS TELÍTETT Vannak olyan telítetlen szénhidrogének, amelyekben csak egyetlen kettős kötés található. Ilyen pl. az etén. Az etén összegképlete: C2H4 ETÉN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Az eténhez hasonló szerkezetű szénhidrogének - hasonlóan az alkánokhoz - homológ sort alkotnak. név összegképlet op (oC) fp (oC) etén C2H4 -169,2 -103,7 propén C3H6 -185,3 - 47,7 but-1-én C4H8 -185,4 - 6,3 pent-1-én C5H10 -165,2 30,0 hex-1-én C6H12 -139,8 63,5 hept-1-én C7H14 -119,0 93,6 okt-1-én C8H16 -101,7 121,3 non-1-én C9H18 - 81,3 146,9 dec-1-én C10H20 - 66,2 170,5 AZ EGY KETTŐSKÖTÉST TARTALMAZÓ TELÍTETLEN SZÉNHIDROGÉNEK TUDOMÁNYOS NEVE ALKÉN

Itt is felfedezhetünk kapcsolatot a szénatomok és a hidrogénatomok száma között pl.: but-1-én C4H8 szénatomok száma: 4 hidrogénatomok száma: 2x4=8 vagyis általánosan szénatomok száma:n hidrogénatomok száma: 2n általános összegképlet: CnH2n Melyik megismert szénhidrogéncsoportnak ugyanez az általános összegképlete?

Léteznek olyan szénhidrogének is, amelyek több kettőskötést tartalmaznak. A KÉT KETTŐSKÖTÉST TARTALMAZÓ SZÉNHIDROGÉNEK TUDOMÁNYOS NEVE ALKADIÉN pl.: buta-1,3- dién összegképlete: C4H6 A HÁROM KETTŐSKÖTÉST TARTALMAZÓ SZÉNHIDROGÉNEK TUDOMÁNYOS NEVE ALKATRIÉN

pl.: hexa-1,3,5,- trién összegképlete: C6H8 Az alkadiének és az alkatriének is homológ sort alkotnak. alkadiének

alkatriének


54

neve propadién butadién pentadién hexadién általános összegképlete

összegképlete C3H4 C4H6 C5H8 C6H10 CnH2n-2

neve

összegképlete

butatrién pentatrién hexatrién

C4H4 C5H6 C6H8 CnH2n-4

Az egy-,kettő, és három kettőskötést tartalmazó szénhidrogéneknek is vannak izomérjei. Nevezzük el a kettőskötést tartalmazó telítetlen szénhidrogéneket! 2-METILBUTA- 1,3- DIÉN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Az elnevezés szabályainak kibővítése (az alkánok elnevezése alapján) 1. Keressük meg a leghosszabb kettőskötést tartalmazó szénláncot! (négy szénatomos) 2. Mivel két kettőskötést tartalmaz, a leghosszabb szénláncnak megfelelő alkadién lesz a végződés (butadién). 3. u. az 4. u. az 5. Kezdjük el a leghosszabb szénlánc szénatomjait megszámolni a lánc kettőskötéshez közelebbi végéről. Ha a kettőskötés egyenlő távolságra van a szénlánc két végétől, akkor a számozás az alkilcsoporthoz közelebbi láncvégről kezdődik. Megnézzük hányadik szénatomon van a kettőskötés és ezt vagy ezeket a számokat írjuk a dién végződés elé. (buta-1,3-dién) 6. u. az 7. u. az 8. A felsorolt alkilcsoportok neve után illesszük a 2. pontban meghatározott végződés elejét (2-metilbuta) 9. Végül hozzáillesztem az 5. pontban meghatározott végződést. TEHÁT AZ ELNEVEZÉS: 2-METILBUTA-1,3-DIÉN ELNEVEZÉS SZABÁLYAINAK KIBŐVÍTÉSE A telítetlen szénhidrogének molekulái megfelelő hőmérsékleten, nyomáson és katalizátor mellett képesek egymással is kapcsolódni. Lássuk ezt az eténmolekula példáján: KÉT ETÉNMOLEKULA KAPCSOLÓDIK ÖSSZE Ekkor a szénatomok közötti pí kötések felszakadnak és a vegyület a másik vegyülettel kapcsolódik össze. Lehetőség van arra, hogy nemcsak két, hanem három, négy vagy nagyon sok molekula kapcsolódjon össze. AZT A FOLYAMATOT, AMELYBEN SOK AZONOS TELÍTETLEN VEGYÜLET (MONOMER) ÓRIÁSMOLEKULÁVÁ EGYESÜL POLIMERIZÁCIÓNAK NEVEZZÜK. (mono=egy, pülosz=sok, merosz=rész) Ha a vegyület szénlánca két kettőskötést tartalmaz úgy hogy közötte egy egyszeres kötés van, akkor kétféle lehetőség van a polimerizációra. Az első lehetőség; amikor a kölcsönhatás során csak az egyik kettőskötés pí kötése szakad fel. BUTA-1,3-DIÉN AMIKOR CSAK AZ EGYIK PI KÖTÉS SZAKAD FEL A második lehetőség, ha mindkét kettőskötés píkötése felszakad. Ekkor a két középső szénatom között alakul ki a pí kötés, és az egyik molekula első szénatomja a másik molekula negyedik szénatomjával kapcsolódik össze. BUTA-1,3-DIÉN AMIKOR MINDKÉT KETTŐSKÖTÉS PÍ KÖTÉSE FELSZAKAD


55

A nyersgumit szerkezete alapján az izoprén polimerjének tekintjük. Az izoprén tudományos neve: 2-metilbuta-1,3-dién IZOPRÉN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Az izoprén polimerizációjakor alakul ki a nyersgumi szerkezete. NYERSGUMI SZERKEZETE A nyersgumi azonban nyúlós és ragacsos. Mint ahogy azt Goodyear 1839-ben feltalálta, vulkanizálással szilárd, rugalmas anyagot lehet előállítani a nyersgumiból. Vulkanizáláskor a nyersgumit megfelelő hőmérsékletre melegítik és kénport adagolnak hozzá. Ekkor a pí kötések felszakadnak és a pí kötésekben részes szénatomok kapcsolódnak a kénatomokkal és ezáltal a másik poliizoprén lánccal kapcsolódnak. A kénhidak segítségével kialakul a térhálós polimer. VULKANIZÁLÁS Ha a nyersgumihoz túl sok kénport adnak akkor túl sok kénhíd alakul ki, így kevéssé nyújtható, kemény gumit kapnak. Ilyen az ebonit, amellyel a fizika órán találkozhattál, amikor a töltésszétválasztást szemléltettétek. Autogumi AUTOGUMI KÉPE TESZT 95 DEC 22.O Manapság a kaucsukból készített autógumik mennyisége nem elégíti ki a járműipart, ezért gyártanak még gumit 1,3-butadiénből is. Ezt a gumit műguminak nevezik. Már 1914-ben, amikor kitört az első világháború és Németország nem tudott természetes kaucsukhoz jutni felmerült a gondolat, hogyan lehetne mesterségesen gumit előállítani. 1935ben kezdték meg Németországban a szintetikus kaucsuk gyártását. A kiindulási anyag 1,3butadién volt. ennek az anyagnak a polimerizációjával nyerték a műgumit. A polimerizáció meggyorsítása érdekében fém nátriumot adtak a butadiénhez, ezért kapta a termék a BUNA nevet a butadién és a nátrium szavak összevonásából. Manapság a műgumi előállításához nemcsak buta-1,3-diént, hanem többféle kiindulási anyagot használnak. Ezáltal rugalmasabb, nagyobb szakítószilárdságú műgumit kapnak.

A gumi minőségének javítása érdekében ún. öregedésgátló anyagokat adnak a gumihoz. A levegő oxigénjének hatására ugyanis az óriásmolekulában lévő kettőskötések felbomlanak, sűrűbb, hálós szerkezet alakul ki, ezáltal a gumi kemény és rideg lesz. Ezt tapasztaljuk, amikor a kávéfőző vagy a csapok gumitömítése nyújtás hatására töredezik. A gumi szakítószilárdságának, kopásállóságának és keménységének javítása érdekében más adalék anyagokat is adnak a gumihoz. Ilyen anyag a gázkorom, amit metánból állítanak elő. A metán magas hőmérsékleten elemeire bomlik az alábbi egyenlet szerint. CH4 ---› C + 2H2 A világ vezető autógumi-gyártói cég Michelin Bridgestone Goodyear Continental Sumitomo Pirelli Yokohama Toyo Cooper Hankook

nemzetiség francia japán amerikai német japán olasz japán japán amerikai dél-koreai

A gumi hibája A gumiból készült tárgyaknak rugalmasságuk és szilárdságuk mellett van egy nagy hátrányuk, hogy nehezen bírják a hőmérséklet növekedését, és viszonylag alacsony hőmérsékleten


56

elégnek. Ezért olyan készülékekben, ahol a gumirészeknek magas hőmérsékletet kell kibírniuk szilikongumit használnak. A szilikongumi vázát sziliciumatomok oxigénatomokkal váltakozva alkotják. A szilíciumatomokhoz alkilcsoportok kapcsolódnak. A szilikongumi 60oC és +250 oC között hőálló, oldószerekkel és olajjal szemben ellenálló. SZILIKONGUMI SZERKEZETE Mi lesz az elhasznált gumiabroncsokkal? Ki ne látott már az erdőkben, utak mentén szétszórt elhasznált autógumikat, pedig az elhasznált autógumikat újra lehetne futózni, ezáltal alkalmassá lehet tenni az újbóli használatra. Évente kb. 2 millió gumiabroncsot használnak fel Magyarországon, amiből 600 ezer kerül futózásra. Ha ezek a gumiabroncsok elégetésre kerülnek, akkor a levegőbe nitrogén-dioxidok és kéndioxid, valamint szén-dioxid és más, a környezetet szennyező gázok kerülnek. GUMIÉGETÉS HVG 96.7.13. 23.O. Ennek megelőzésére fejlesztettek ki Nagy Britanniában egy eljárást, amelyben az abroncsokat 1080 oC-ig hevítve a gumi olajjá, gázzá bomlik és szén valamint acél marad vissza. Az olajat és a gázt tüzelőanyagként, a szenet szűrőként vagy tüzelőanyagként hasznosítják. 1 tonna autogumiból 220kg olaj, 240 kg gáz, 420 kg szén és 160 kg acél nyerhető ki. A gumit másra is használják... Aki vágta már meg a kezét, vagy felhorzsolta már a lábát az jól ismeri a leukoplasztot, a sebtapaszt. Oscar Troplowitz és munkatársai 1901-re fejlesztették ki a leukoplasztot, ami kaucsuk és cink-oxid felhasználásával készült, és a görög leukos=fehér névről kapta a nevét.

HVG 95 JANUÁR 21 LEUKOPLASZT PLAKÁT Különleges tulajdonságokkal rendelkező gumiból készült tárgy a gumióvszer, más néven koton vagy kondom. Már az ókorban és a középkorban is használtak a gyereknemzés és a nemi betegségek elkerülésére alkalmas eszközöket, de ezek anyaga juhbélből vászonból, vagy selyemből készült. Goodyear felfedezése óta viszont széles körben elterjedtek a gumiból készült óvszerek. A szupervékony óvszerek vastagsága a nemi aktus során 2-3 századmilliméter és rendkívül nagy a szakítószilárdságuk. Használatuk véd a nem kívánt terhesség és a nemi úton terjedő betegségek, így az AIDS ellen is.

HVG 94 JÚLIUS 30 KÜLÖN A gumi és az alkének tulajdonságai A kettőskötést tartalmazó szénhidrogének régi latin neve olefin. Az olefin szó olajképzőt jelent, ami arra utal, hogy az etén klórral való reakciójakor egy olajszerű anyag képződik. Tanári kísérlet: Az etén tulajdonságai Egy gázfejlesztő lombik aljára tegyünk egy kiskanálnyi kvarchomokot (játszótéri homok is megfelelő). Etil-alkoholból és koncentrált kénsavból 1:3 térfogatarányú keveréket készítünk úgy, hogy a főzőpoharat egy nagyobb vízzel félig megtöltött pohárba helyezzük és keverés mellett adagoljuk a kénsavat az alkoholhoz,. A gázfejlesztőt azbesztes dróthálón keresztül óvatosan melegítsük. A keletkező gázt fogjuk fel egy vízzel teli üvegkádba vízzel töltött, szájával lefelé fordított kémcsőben. A kémcsőben felfogott gázzal végezzük el a durranógáz-próbát! Utána gyújtsuk meg a gázt! Vizsgáljuk meg a az etén színét, szagát és halmazállapotát! Töltsünk meg egy kémcsövet eténnel, majd tartsuk a Bunsen-égő lángjához és gyújtsuk meg! Mit tapasztalunk? Töltsünk meg egy kémcsövet brómos vízzel, majd egy derékszögben meghajlított üvegcső segítségével vezessünk bele etént. Mit tapasztalunk?

WAJAND 575 482.O ETÉN EÁ ETILALK-KÉNSAV KEVERÉS


57

Tanári kísérlet: Az izoprén tulajdonságai Szórjunk egy kémcsőbe apróra vágott gumit! A kémcsövet dugjuk be egyfuratú dugóval, amelynek furatába derékszögben hajlított üvegcsövet illesztünk. Hevítsük a kémcsövet, majd a keletkező gázt vezessük brómos vízzel telt kémcsőbe. Mit tapasztalunk?

IZOPRÉN EÁ Az etén fizikai tulajdonságai 0 olvadáspont -169 C forráspont színe szaga oldhatóság

0

-104 C színtelen szagtalan vízben nagyon rosszul oldódik benzinben kitűnően oldódik

Az etén kissé édeskés szagú gáz, vízben nagyon rosszul oldódik. Az etén is robbanóelegyet képez a levegővel, ezért nem szabad meggyújtani a kémcsőben felfogott etént a durranógázpróba elvégzése nélkül. Az etén kormozó lánggal ég. Ez azt jelenti, hogy az égés során korom, vagyis szén keletkezik. Ebből arra következtethetünk, hogy az égés nem tökéletes, mivel nemcsak széndioxid, hanem szén is keletkezik. Az etén tökéletes égésekor szén-dioxid és víz keletkezik az alábbi egyenlet szerint: C2H4 + 3O2 ---› 2CO2 + 2H2O

Az etén reakcióba lép a brómmal. Ekkor az eténben levő pí kötés felbomlik és a szénatomok a brómatomokkal kapcsolódnak. ETÉN BRÓM ADDÍCIÓJA AZT A KÉMIAI REAKCIÓT, AMELYBEN KÉT VAGY TÖBB ANYAGBÓL EGY ÚJ ANYAG KELETKEZIK MELLÉKTERMÉK KÉPZŐDÉSE NÉLKÜL ADDÍCIÓNAK, EGYESÜLÉSNEK NEVEZZÜK. (Ezt a kifejezést a szénvegyületeknél használják) Mint az előbbiekből kitűnik az alkének másképpen reagálnak a halogénekkel, mint az alkánok. Hogyan nevezzük az alkánok halogénekkel történő reakcióját? Hasonlítsd össze a pí és a szigma kötés energiáját! Melyik felbontásához kell nagyobb energia? (Gondolj az oxigén molekulára!)

Az alkének és az alkadiének a pí kötés megléte miatt reakcióképesebbek, mint az alkánok. Ezért vihetők addíciós és polimerizációs reakciókba. A gumi az izoprén, a műgumi az buta-1,3-dién polimerje. Ezek az óriásmolekulák, hevítés hatására monomerekké bomlanak. GUMI ÉS MŰGUMI BOMLÁSA Az buta-1,3-dién gáz halmazállapotú, az izoprén folyékony halmazállapotú anyag. Mindkét vegyület kétféle addíciós reakcióra képes. Itt is - mint a polimerizáció esetében -lehetőség van olyan reakcióra, amelyben csak az egyik pí kötés reagál a brómmolekulával. A másik lehetőség, amikor mindkét pí kötés részese a reakciónak. BUTA-1,3-DIÉN ÉS IZOPRÉN BRÓM ADDÍCIÓJA Egy másfajta izomerizáció Készítsük el az 1,4 dibrómbut-2-én molekula pálcika modelljét!

Az 1,4 dibrómbut-2-én molekulából kétféle létezik. Az egyik, amikor a kettőskötés egyik oldalán található a két hidrogénatom. A másik, amikor a kettőskötés két oldalán található a két hidrogénatom. Az első a cisz-, a második a transz izomer (cisz=innen, transz=túl). Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

58

GEOMETRIAI

IZOMÉRIÁNAK NEVEZZÜK AZ IZOMÉRIÁNAK AZT A TÍPUSÁT, AMIKOR A KÉT MOLEKULA AZONOS KONSTITÚCIÓJÚ, DE TÉRSZERKEZETÜK, A KETTŐS KÖTÉS MIATT KÜLÖNBÖZIK EGYMÁSTÓL

Hol helyezkednek el a szigma kötést létesítő elektronok? Hol helyezkednek el a pí kötést létesítő elektronok?

A geometriai izoméria oka a kettőskötés. A szigma kötés körül az atomok és az atomcsoportok képesek elfordulni. A kettős kötéssel rendelkező molekulákban az elfordulás csak akkor lehetséges, ha a pí kötés felszakad, de ehhez sok energiára van szükség, amire szobahőmérsékleten a molekulák nem tesznek szert, tehát nem tudnak elfordulni. Tehát minden olyan alkénből, amelyeknek molekulájában mindkét kettősben résztvevő szénatomhoz két különböző atom, vagy atomcsoport kapcsolódik, két geometriai izomér létezik Írd fel a but-2-én cisz és transz izomérjének félkonstitúciós képletét! Készítsd el a molekulák pálcika modelljét!

Az etén, propén és az 1,3-butadién előállítása Mit nevezünk krakkolásnak?

Az etént egyrészt földgázból, másrészt benzinből lehet előállítani. 1. Az etén előállítása földgázból dehidrogénezéssel. Olyan földgázból állítják elő, amelyben sok az etán. Az ilyen földgázt magas hőmérsékletre (600°C fölé) hevítik és ekkor hidrogénmolekula távozik az etánmolekulából. CH3 - CH3 ---› CH2 = CH2 + H2

2. Etén előállítása benzinből krakkolással pl. pentánból C5H12 ---› C3H8 + C2H4

Az etén a műanyaggyártás egyik fontos alapanyaga, de más fontos alapanyagokat pl. alkoholokat is elő lehet állítani belőle, de ezekről majd később. A butadiént is elő lehet állítani benzin krakkolásával, illetve bután-butén elegy dehidrogénezésével. CH2=CH-CH2-CH3 ---› CH2=CH-CH =CH2 + H2 CH3-CH2-CH2-CH3 ---› CH2=CH-CH=CH2 + 2H2

3.2.1.4. A zöldségekben és a fűszerekben is vannak izoprének A sárgarépa, a sütőtök, a sárgabarack és a káposzta a színét a karotin nevű vegyületnek köszönheti. A paradicsom és a paradicsompaprika szép piros színét egy likopin nevű vegyület okozza. A citrom héjában a limonén nevű vegyület található, ami a citrom héjának összenyomásakor orrunkban citromillatot és kezünkön olajos érzetet kelt. A karotin, a likopin és a limonén vegyületek felépítésében az a hasonlóság, hogy mindegyikük az izoprén polimerjének tekinthető. LIKOPIN, KAROTIN SZERK KÉPLET SÁRGARÉPA, STÖK, LIMONÉN Ide tartoznak még a babér, a kömény, a gyömbér és a kapor ízanyagai is, de a fenyőgyantából készült terpentinolajban is megtalálható izoprén szerkezetű vegyület. Miért színesek ezek a vegyületek? Mit nevezünk gerjesztett állapotnak? Mint a fenti vegyületek félkonstitúciós képletéből látható ezekben a vegyületekben a kétszeres és az egyszeres kötések váltakoznak egymással. Az ilyen kötésrendszert konjugált kettőskötésrendszernek nevezzük. A konjugált kettőskötésrendszerben a pí kötések nem maradnak lokalizáltak, hanem az egész molekulában delokalizálódnak. Ezek a delokalizált elektronok már a látható, viszonylag kis energiájú fény hatására gerjesztődnek, vagyis a


59

látható fényből energiát képesek felvenni. A karotin pl. a látható fényből a kék fényt nyeli el a pirosat, visszaveri, ezért piros a sárgarépa.

A karotin rendkívül fontos az emberi szervezet számára, mivel a táplálékkal együtt a szervezetbe kerülve számos változáson megy keresztül és A vitaminná alakul. Az A vitamin hiányában növkedési zavarok fordulhatnak elő, és ez a hiány okozza az ún. farkasvakságot, vagy más néven szürkületi vakság nevű betegséget is. A szem fényérzékelő sejtjeiben fény hatására egy festékanyag lebomlik, amely sötétben újraképződik. A festékanyag bomlásakor egy A vitaminalapú és egy más vegyület képződik. A vitamin hiányában a fényérzékelő sejtek festékanyaga nem képes újraképződni, ezért kevés fényben, szürkületkor nem történik bomlás, nem képződik kép a szem retináján, és kialakul a szürkületi vakság. Az előbbiek alapján érthető, hogy a kisgyerekek, de a felnőttek számára is rendkívül fontos táplálék a sárgarépa és a sütőtök.

SZEM FESTÉKANYAG BOMLÁSA Az A vitamin ún. zsírban oldódó vitamin. Ez azt jelenti, hogy a szervezet zsírszövetében és a májban tárolódik és nem ürül ki a vizeletürítéskor. Az A vitamin mesterséges pótlásáról csak az orvos rendelkezhet! AVITAMIN 3.2.1.4. Hegesztéskor szükség van rá Amikor egy szék lábának készítésekor a fémvázat össze akarják hegeszteni, akkor disszugázt használnak, mivel ennek a gáznak az égésekor nagy mennyiségű energia szabadul fel. Ez az energia elegendő arra, hogy a fémcsövek végét megolvassza. Így a két cső összeillesztés és szilárdulás után eggyé válik, és elkészül a szék váza. A disszugázzal teli palackban lényegében kovaföld van, amelyet átitatnak acetonnal (körömlakk lemosó) és ebben etin, régi nevén acetilén gázt oldanak fel. SZÉK VÁZA HEGESZTÉS Tanári kísérlet: Az etin vagy acetilén tulajdonságainak vizsgálata Állítsunk elő acetilént! Tegyünk a gázfejlesztő lombik aljába kalcium-karbidot, majd öntsünk a tölcsérbe 20 m/m%-os sóoldatot. Csatlakoztassunk a gázfejlesztőhöz egy gumicsövet, ami egy vízzel félig telt üvegkádba vezet. Tegyünk egy vízzel telt kémcsövet szájával lefelé fordítva az üvegkádba úgy, hogy a gumicső vége a kémcsőbe érjen. A csap elfordításával fejlesszünk acetilént és töltsük meg a kémcsövet acetilénnel.

ACETILÉN ELŐÁLLÍTÁSA Vizsgáljuk meg az acetilén színét, szagát és halmazállapotát! A durranógáz-próba elvégzése után töltsünk meg egy kémcsövet acetilénnel, majd tartsuk óvatosan a Bunsen-égő lángjához. Az égő acetilén fölé tartsunk egy porcelántálat. Mit tapasztalunk? Öntsünk egy óraüvegre kevés acetont! Fordítsunk egy acetilénnel töltött kémcsövet az acetonba és enyhén rázogassuk. Figyeljük meg, hogyan változik a folyadékszint magassága a kémcsőben.

ACETILÉ N ACETONBAN VALÓ OLD Vezessünk brómos vízbe acetilént egy derékszögben hajlított üvegcső segítségével. Mit tapasztalunk?

ACETILÉN BRÓMMAL VALÓ REAKCIÓJA Az etin vagy acetilén fizikai tulajdonságai 0 olvadáspont -84 C forráspont szín szag vízben való oldhatóság acetonban való oldhatóság

0

-81,5 C színtelen szagtalan vízben rosszul oldódik jól oldódik


60

Az etin vagy acetilén összegképlete: C2H2 Az etin vagy acetilén félkonstitúciós képlete:

Készítsük el az acetilén pálcika és kalotta modelljét! Hasonlítsd össze az acetilénmolekula és a nitrogénmolekula szekezetét! Hány szigma és hány pí kötés található a molekulában? Milyen polaritású az acetilén molekula?

Az acetilént kalcium-karbid vízzel való reakciójával állítottuk elő: CaC2 + 2H2O ---› Ca(OH)2 + C2H2

A kísérletben használt konyhasó-oldatra a habzás megakadályozásához volt szükség. Az acetilén színtelen, szagtalan gáz. Ha a kísérlet közben mégis szagot éreztünk, ez annak köszönhető, hogy a kalcium-karbid szennyezéseket tartalmazott. Az acetilén a levegővel keveredve robbanóelegyet alkot, ezért nem szabad a durranógázpróba elvégzése nélkül meggyújtani az acetilént tartalmazó kémcsövet. Az acetilén kormozó lánggal ég. Mely anyagnál tapasztaltuk már, hogy kormozó lánggal ég? Mi volt ennek az oka?

Régebben az acetilén égését a bányákban és barlangokban használatos karbidlámpákban hasznosították. A karbidlámpába kevéske kalcium-karbidot tettek, majd lassan és egyenletesen vizet csepegtettek rá. A keletkezett acetilén egy fúvókán keresztül a lámpába áramlott és fényes lánggal égett. A különös fényes fény oka, hogy a láng belsejében az égés nem tökéletes, ezért a láng belsejében nem szén-dioxid, hanem szénszemcsék keletkeznek. A szénszemcsék lángban való izzása okozza az éles fényt. Az acetilén megfelelő mennyiségű oxigénben való égésekor tökéletesen elég, az égés egyenlete: C2H2 + 2,5 O2 ---› 2CO2 + H2O

Az acetilén lángja közel 3000 oC-os hőmérsékletű, ami az acél megolvasztásához alkalmas hőmérséklet, ennek a tulajdonságának köszönhető, hogy hegesztésre alkalmas. Az acetilén rosszul oldódik vízben, ezért tudjuk víz alatt felfogni. Amikor az acetilénnel töltött kémcsövet acetonba helyeztük és rázogattuk az aceton szintje a kémcső belsejében megemelkedett. Az emelkedés oka, hogy az acetilén az acetonban feloldódott, ezáltal az aceton nyomása a kémcső belsejében lecsökkent. A külső és a belső nyomás kiegyenlítődése miatt megemelkedett a folyadékszint a kémcső belsejében. A fentiekből következik az is, hogy az acetilén apoláris molekula, mivel apoláris molekulájú oldószerekben oldódik. Az acetilén brómos vízbe való bevezetésekor a brómos víz elszíntelenedik, a reakció egyenlete: ACETILÉN BRÓMMAL VALÓ REAKC Milyen reakció típusba soroljuk az acetilén brómmal való reakcióját? Rajzold fel az 1,2-dibrómetén cisz és transz izomérjét és készítsd el a pálcika modelljeiket!

Az acetilén a brómon kívül hidrogénnel is addíciós reakcióba vihető: ACETILÉN HIDROGÉN ADDÍCIÓJA Mire használják az acetilént? Az etén az ipar számos területéről kiszorította az acetilént, mint ipari nyersanyagot. Régebben acetilénből állították elő az buta-1,3-diént, ami a műgumi gyártásának egyik alapanyaga volt Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

61

és a PVC-t is acetilénből állították elő. Az acetilén térvesztésének egyik oka, hogy az acetilénnel nem szabad tiszta állapotban, nyomás alatt dolgozni, ugyanis nyomás alatt könnyen bomlik és ekkor felrobban. (Ezért nem tartalmaz tiszta acetilént az acetilénpalack.) A másik ok, hogy az acetilén ipari előállítása meglehetősen drága, mert sok energiát igényel. Hogyan és miből állítják elő az acetilént az iparban? Az acetilént földgázból vagy a kőolajlepárlás benzin frakciójából lehet előállítani. 1. Acetilén előállítása metánból: 2CH4 ---› C2H2 + 3H2

Az előállításhoz 377kJ energia szükséges. Ezt az energiát a metán égéséből fedezik: CH4 + O2 ---› CO2 + 2H2O

Egy mól metán égésekor 891 kJ energia keletkezik. 2. Acetilén előállítása benzinfrakcióból. Az előállítás során rendkívül magas hőmérsékleten, ívfényen vezetik keresztül a benzingőzt, amikor lényegében egy krakkolási folyamat játszódik le, amelynek egyik terméke az acetilén. AZ ACETILÉN AZ ALKINEK HOMOLÓG SORÁNAK ELSŐ TAGJA Az alkinek egyetlen háromszoros kötést tartalmazó szénhidrogének. 3.2.1.6. A molyirtó és társai A tavasz beköszöntével kitisztítjuk és eltesszük a télikabátokat és a sálakat. Fontos, hogy ilyenkor molyirtót is tegyünk a szekrénybe, nehogy a molyok lyukakat rágjanak a gyapjúholmikba. A molyirtó lényegében naftalin. A naftalin összegképlete: C10H8 A naftalin konstitúciós képlete: Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg a naftalin tulajdonságait! Vegyük elő a szertárból a naftalint tartalmazó üveget, vagy az otthonról hozott molyirtót. Figyeljük meg a naftalin színét, szagát, halmazállapotát! Tegyünk egy-egy kémcsőbe néhány kristály naftalint! Az első kémcsőbe 2 cm3 vizet, a második kémcsőbe 2 cm3 benzint öntsünk. Rázzuk össze a kémcsövek tartalmát! Tegyünk egy főzőpohár aljára néhány kristály naftalint! A főzőpohár tetejére helyezzünk óraüveget, amire néhány csepp vizet öntünk. Melegítsük azbesztháló és vasháromláb közbeiktatásával a főzőpoharat! Mit tapasztalunk? A naftalin tulajdonságai olvadáspont forráspont szín szag vízben való oldhatóság benzinben való oldhatóság MÉRGEZŐ

80,2 oC 218 oC színtelen jellemző rosszul oldódik jól oldódik

Mit nevezünk szublimációnak?

A naftalin szobahőmérsékleten és légköri nyomáson szilárd halmazállapotú vegyület. A molekulákat szilárd állapotban gyenge dipólus-dipólus kölcsönhatások tartják össze. A naftalin mérgező vegyület, ennek a tulajdonságának köszönhetően alkalmas molyirtószernek. A belélegzett naftalingőzök fejfájást, rosszullétet, hányást okoznak, ezért nem szabad magas naftalinkoncentrációjú helyiségben tartózkodni. (Megengedett 0,001 tf%)


62

Mire használják még a naftalint? A világon évente kb. 650 ezer tonna naftalint állítanak elő, amiből kitűnik, hogy a naftalin rendkívül fontos ipari nyersanyag. Naftalinból állítják elő pl. a farmerek festéséhez használatos indigót is, de ebből állítanak elő gyomirtó, rovarirtó és favédőszereket is. NAFTALIN FELHASZNÁLÁSA Miből állítják elő a naftalint? A naftalin nagy részét kőszénkátrányból, desztillációval állítják elő, de kőolajból történő desztillációkor is keletkezik. Mi a kőszénkátrány és hogyan állítják elő?

A naftalin társai A naftalin nem tartozik sem a telített sem a telítetlen szénhidrogének közé. A naftalin aromás vegyület. Az aromás név történeti elnevezés, mivel a régebben megismert aromás vegyületeket gyantából, balzsamokból állították elő és ezek kellemes illatúak aromások voltak. A naftalinhoz hasonló aromás vegyület a benzol, az antracén, a fenantrén és a naftacén. AROMÁS VEGYÜLETEK SZERK KÉPLETE Az aromás vegyületek tulajdonságai különböznek a telített és a telítetlen vegyületek tulajdonságaitól. Tanári kísérlet: Benzol tulajdonságai Vizsgáljuk meg a benzol színét, szagát és halmazállapotát! Öntsünk kevés benzolt óraüvege és egy gyújtópálcával gyújtsuk meg. Öntsünk egy-egy kémcsőbe kevés benzolt és öntsünk ugyanannyi vizet, alkoholt és étert a benzolhoz. Rázzuk össze a kémcsöveket! Mit tapasztalunk? Öntsünk egy kémcsőbe benzolt és tegyünk bele egy kockányi vajat vagy zsírt vagy margarint! Rázzuk össze a kémcsövet! Öntsünk egy kémcsőbe kevés benzolt, majd öntsünk hozzá brómos vizet. Rázzuk össze a kémcsövet. Mit tapasztalunk? Szórjunk egy gömblombikba 0,5 g durva szemcsés vasreszeléket, öntsünk rá 10cm3 benzolt. A lombikot zárjuk le a kétfuratú dugóval. A dugó egyik furatába csapos tölcsért, a másik furatba kétszer hajlított üvegcsövet helyezünk. Az üvegcső végéhez egy Erlenmeyer-lombikot helyezzünk. Az Erlenmeyer-lombikba töltsünk desztillált vizet. Az üvegcső a víz fölé érjen! A csapos tölcsérbe 3 cm3 brómot öntünk. Állítsuk a lombikot 50 oC-os vízfürdőbe, majd 1-2 perc múlva lassan csepegtessünk brómot a benzolba. A reakció lejátszódása után vizsgáljuk meg az oldat kémhatását univerzál indikátorral. A benzol tulajdonságai olvadáspont forráspont szín szagtalan vízben való oldhatóság éterben való oldhatóság MÉRGEZŐ!

5,5 oC 80,1 oC színtelen jellemző rosszul oldódik jól oldódik

A benzol veszélyes méreg, károsítja a csontvelőt és a hajszálerek falát, megváltoztatja a vér alvadási tulajdonságait. Mivel jól oldódik zsírokban, ezért az agyban feldúsul és fejfájást, hányingert és halált okozhat. A benzol szerkezete

Mi az alkánok általános összegképlete? A reakciók melyik típusába soroljuk az alkánok és az alkének brómmal való reakcióját?


63

A benzol szerkezetének felderítése sokáig nehézséget okozott a kémikusoknak. A benzol brómmal való reakciója, mint az bebizonyosodott, szubsztitúció azt sugalná, hogy telített szénhidrogénről van szó, az összegképletéből következően viszont nem lehet telített szénhidrogén. Telítetlen szénhidrogének brómmal való reakciója, mint az eddigiekben láttuk addíció. Mi lehet a benzol szerkezete? A benzol szerkezetét August Kekulé német kémikus fejtette meg a múlt században. Kekulé álmában egy kígyó jelent meg, aki megragadta saját farkát és úgy forgott. Ebből következtetett arra, hogy a benzol gyűrűs szerkezetű molekula. Képletét nem fogadták el azonnal, sok kémikus még tréfálkozott is rajta, sőt még karikatúra is megjelent róla és képletéről, amelyen majmok egymás farkát, illetve kezét fogják. A vitát az döntötte el, hogy más vegyületek szerkezetének leírásakor is jól használható volt a megálmodott gyűrűs szerkezet, ezért elfogadták Kekulé ötletét.

PETŐ SZABADVÁRÍ 139. OLD KARIKATÚRA A benzol molekulájában minden szénatom két másik szénatommal és egy-egy hidrogénatommal 3-3 szigma kötést létesít. A hat szénatom így egy síkban helyezkedik el. Milyen alakja van annak a molekulának, amelynek központi atomját három kötő elektronpár veszi körül? Mekkorák a kötésszögek? Hány kötő elektronpár veszi körül az egyes szénatomokat a benzol molekulában?

BENZOL SZIGMA KÖTÉSEI Minden szénatomnak marad egy-egy elektronja, ez összesen hat elektront jelent. Ez a hat elektron nem marad helyhez kötött, hanem a gyűrű síkja fölött és alatt delokalizálódik. A delokalizált elektronfelhő nagy stabilitást kölcsönöz a molekulának. A hat elektronból álló, delokalizált elektronfelhőt a képletbe írt kör hívatott szemléltetni. A hidrogénatomokat a könnyebb áttekinthetőség miatt sokszor nem tűntetik fel a képletben. Sokszor láthatunk főként régebbi könyvekben a benzol képletében váltakozó egyszeres és kétszeres kötéseket. Ez az ábrázolásmód nem tükrözi híven a valóságot, hiszen a benzol nem adja a telítetlen szénhidrogének reakcióit és a benzol molekulájában a szén-szén kötéstávolságok egyenlőek. Melyik a rövidebb a kétszeres vagy az egyszeres kötés?

BENZOL PÍ KÖTÉSFELHŐJE A benzol tulajdonságai a szerkezet tükrében A benzol kormozó lánggal ég. Miért ég a benzol kormozó lánggal? Mely vegyületek égnek még így?

Megfelelő mennyiségű oxigénben a benzol is szén-dioxiddá és vízzé ég el: C6H6 + 7,5 O2 ---› 6CO2 + 3H2O

A benzol kitűnően oldódik apoláris molekulájú oldószerekben és jól oldja fel az apoláris molekulájú anyagokat. Ebből következik, hogy a benzolmolekula apoláris. A szerkezet alapján látható, hogy a szén-hidrogén kötések polárisak ugyan, de a vegyület szimmetriája miatt a kötéspolaritások kiegyenlítődnek. A benzol nem reagál brómos vízzel, de elemi brómmal vas katalizátor jelenlétében szubsztitúciós reakcióba lép. A reakció egyik terméke egy savas kémhatású anyag, a hidrogén-bromid. BENZOL BRÓM SZUBSZTITÚCIÓJA A benzolmolekulában vannak ugyan pí kötések, de a molekula mégsem képes addíciós reakcióra. Ennek az az oka, hogy addíciós reakció esetén felbomlana a delokalizált elektronrendszer, ezáltal megszűnne a benzolmolekula aromás jellege így a stabilitása is. BENZOL BRÓM ADDÍCIÓJA


64

A többi aromás vegyület szerkezete A naftalin esetében a tíz szénatom egy-egy elektronja, vagyis tíz elektron delokalizálódik. Így a két gyűrűbe írt két kör nem jelent tizenkét elektront. Ezért ábrázolják másképpen is a naftalinmolekulát pl. a két gyűrűn átmenő görbe vonallal, vagy a váltakozó egyszeres és kétszeres kötésekkel. Hasonló a helyzet az antracén, a fenantrén és a naftacén esetében is, ahol szintén többféle ábrázolás lehetséges, de egyik sem mutatja hűen a valóságot. Aromás szénhidrogénekből is képezhetünk csoportokat. A benzolból egy hidrogénatom elvonásával fenil csoport keletkezik. Mire használják a benzolt? A benzol a benzin oktánszám javításának egyik vegyülete, de fontos vegyipari alapanyag is. Benzolból állítják elő a DDT-t, de benzolból készítenek a mosószer-alapanyagokat és műanyagokat is. Miért lehet az oktánszámot a benzol benzinhez való adagolásával javítani? Mire használják a DDT-t?

Miből állítják elő a benzolt? Régebben a kőszén kokszosításakor keletkezett kokszgázokból állították elő a benzolt. Manapság inkább krakkbenzinből desztillációval állítanak elő benzolt. A krakkbenzin kb. 40 % benzolt tartalmaz. Mi a krakkbenzin és miből állítják elő?

Aromás szénhidrogének a levegőben Mint arról már tanultunk a kipufogógázok mindig tartalmaznak el nem égett szénhidrogéneket. Ezek között a szénhidrogének között vannak aromások is. Így a kipufogógázok tartalmaznak benzolt, toluolt és benzpirént. Mindhárom vegyület mérgező és rákkeltő hatású. toluol összegképlete: C7H8 TOLUOL FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE: BENZPIRÉN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE: A katalizátorral ellátott autókban ezeknek az anyagoknak a kibocsátása sokkal kisebb mértékű: aromás szénhidrogén benzol toluol benzpirén

katalizátor nélküli kipufogógázában 100 mg/km 280 mg/km 0,2mg/km

autó

katalizátoros kipufogógázában 10 mg/km 40 mg/km nincs

autó

Az autóba szerelt katalizátor ezeket a vegyületeket a környezetre ártalmatlan vegyületekké alakítja át.

mit tanultunk eddig? A szénhidrogéneket csoportosítatjuk a szénatomok kapcsolódása szerint: szénhidrogének


65

nyílt szénláncú normális szénláncú alkánok alkének

elágazó szénláncú alkánok alkének

gyűrűs szénláncú cikloalkánok cikloalkének

alkinok

alkinok

aromás vegyületek

A szénatomok közötti kötések száma szerint: szénhidrogének telítetlen (ciklo) alkének (ciklo) alkadiének (ciklo)alkinek

telített (ciklo) alkánok

aromás benzol homológ sora naftalin

A szénhidrogének tulajdonságai: a vegyületcsoport

tanult

mai neve alkánok

régi neve paraffinok

általános összegképlete CnH2n+2

cikloalkánok alkének cikloalkének alkadiének

cikloparaffinok olefinek cikloolefiek diolefinek

CnH2n CnH2n CnH2n-2 CnH2n-2

alkinok aromás vegyületek

példák metán, etán, propán, bután, stb. izomérek etén

CnH2n-2 benzol, naftalin stb. alapú gyűrű + oldallánc

buta-1,3-dién, izoprén acetilén benzol, naftalin, toluol

a vegyületcsoport mai neve

forráspontja

alkánok cikloalkánok alkének cikloalkének alkadiének alkinok aromás vegyületek

apoláris mivoltuk miatt alacsony forráspontúak a szénatomszám növekedésével nő

vízben való oldhatósága

égése éghető éghető

vízben nem oldódnak

kormozó lánggal égnek

jellemző reakciója szubsztitúció szubsztitúció addíció addíció addíció addíció szubsztitúció

1. Milyen szénhidrogéneket tartalmaz a földgáz? 2. Milyen szénhidrogéneket tartalmaz a kőolaj? 3. Mi a különbség a földgáz és a biogáz között? 4. Miből és hogyan állítanak elő benzint? 5. Miből és hogyan gyártanak autógumit? 6. Mi a különbség a benzin és a dízel-olaj között? 7. Mi a különbség az oktánszám és a cetánszám között? 8. Milyen követelményeket támasztanak a jó minőségű benzinnel szemben? 9. Milyen anyagokkal javítható a benzin minősége? 10. Milyen környezeti problémákat vet fel a motorizáció növekedése? 11. Hogyan és miből lehet acetilén és etént előállítani? 12. Mire használják a metánt, az acetilént, az etént, a naftalint? 13. Miért olyan alacsonyak a szénhidrogének forráspont értékei?


66

14. Milyen környezeti katasztrófát okozhat, ha elsüllyed egy tankhajó, vagy egy benzint szállító tartálykocsi felborul és tartalma a talajba kerül? 15. Milyen veszélyeket rejt a gázömlés? 16. Egy-egy gázfelfogó hengerben metán és acetilén gáz van. Hogyan azonosítanád a gázokat? Írd le az elvégzett kémiai folyamatok reakcióegyenletét! 17. Egy folyadékelegy a következő vegyületeket tartalmazza: benzol, pent-2-én, 2,2dimetilpropán. Milyen sorrendben választhatjuk szét desztillációval az egyes vegyületeket? 18. Milyen tulajdonságokban hasonlít a benzol a propánra? Miben különbözik tőle? 19. Milyen kémiai tulajdonságokban hasonlít az acetilén az buta-1,3-diénre? Miben különbözik tőle?


67

3. 3. Szénatomokból, hidrogénatomokból és halogénatomokból álló szénvegyületek A halogéntartalmú szénvegyületek a szénatomokon és a hidrogénatomokon kívül legalább egy, de gyakran több halogénatomot tartalmaznak. 3.3.1. A háztartásban... A teflonserpenyő titka TEFLONSERPENYŐ Egy rántotta vagy egy omlett elkészítésekor érdemes elővenni a teflonserpenyőt. Ebbe ugyanis sokkal kevesebb olajat vagy zsírt kell tenni, mint a hagyományos serpenyőbe. Másik nagy előnye, hogy nem kell tartanunk attól, hogy készítés közben az étel odaég és a mosogatás is sokkal könnyebb. Egyre azonban vigyáznunk kell a serpenyő alját nem szabad kapargatni vagy súrolni. Hosszabb-rövidebb áztatással még a legmakacsabb szennyeződés is kiszedhető a teflon serpenyőből. Házi feladat: Sajtos omlett készítése teflonserpenyőben 6 tojás fehérjéjét kemény habbá verjük, majd belekeverjük a sárgájukat, belekeverjük az 1 evőkanál lisztet, kevés sóval ízesítjük. A teflonserpenyőben 2 evőkanál olajat melegítünk és a fenti keverékből négy lepényt sütünk. (Amikor az egyik oldala megsült meg kell fordítani és a másik oldalát is meg kell sütni.) Amikor elkészült a tetejére reszelt sajtot szórunk. Jó étvágyat! Mi a teflon?

A teflon az 1,1,2,2-tetrafluoretén polimerje. 1,1,2,2- tetrafluoretén

összegképlete: C2F4 félkonstitúciós képlete:

A teflon gyártásának alapanyaga az 1,1,2,2,-tetrafluoretén. Ezt a vegyületet vízben, nyomás alatt és katalizátor jelenlétében polimerizáltatják. Ekkor egy fehér por keletkezik, amelyet formákba préselnek és magas hőmérsékletre hevítenek, amely hőmérsékleten az anyag tömörödik és összesül. TEFLON POLIMERIZÉCIÓJA A teflont 1938-ban Roy Plankett (ejtsd: roj planket) amerikai kémikus fejlesztette ki. 1946ban kezdte meg a teflon ipari méretű előállítását a Du Pont (ejtsd:dü pon) cég. Mivel a nyersanyag és az előállítási költségek magasak voltak, ezért csak különleges esetekben alkalmazták őket tömítések, vegyipari bevonatok gyártásánál. Később készítettek belőle serpenyő bevonatokat, festékeket, lakkokat, szigeteléseket és kenőanyagokat. Manapság a mászó rovarok elleni védekezésben is használják a teflont, ugyanis a különleges teflonbevonaton a rovarok nem tudnak megkapaszkodni, ezért nem tudnak felmászni a kezelt felületen. Ezért jó szolgálatot tehet a hangyák, csótányok elleni védekezésben a lakáson belül is, ahol nem szívesen használunk vegyszereket.

Milyen tulajdonságokkal rendelkezik a teflon? Mint láttuk a teflon rendkívül ellenálló a hővel és a különféle vegyszerekkel (pl. savakkal és lúgokkal szemben). A teflon semmilyen oldószerben nem oldódik. Nem ég el, és csak 320oCon bomlik. A hűtőszekrények, spray-k és a tűzoltó készülékek belsejében ha megvizsgáljuk egy hűtőszekrény hátoldalát, láthatjuk azt a csőrendszert, amelyben folyadék mozog. Ezt a folyadékot nevezzük hűtőközegnek.


68

HŰTŐSZEKRÉNY HÁTSÓ RÉSZE TESZT 06. 12.OLD, 11OLD Hogyan működik a hűtőszekrény? A hűtőszekrény belsejében elhelyezett csőkígyóban a folyékony hűtőközeg elpárolog. Párolgáskor, mint azt tudjuk a környezetéből, vagyis a hűtőszekrény belsejéből hőt von el ezáltal hűti a hűtőszekrényben lévő élelmiszereket. A csőkígyó végén található a kompresszor, amely a csőkígyóban levő gőzöket elszívja és összesűríti (=komprimálja) majd a hűtőszekrény hátoldalán levő csőkígyóba, kondenzátorba továbbítja. Ott a gőzök kondenzálódnak vagyis folyékonnyá alakulnak és a hűtőszekrényből elvont hőt a konyha légterébe leadják. Ezért érezzük melegnek a levegőt a hűtőszekrény háta mögött, és ezért nem szabad a hűtőszekrényt közvetlenül a fal mellé állítani.

Hűtőközegként általában freon-12-es gázt alkalmaznak. a freon elnevezés ipari fantázianév. A freonok fluoratomot, klóratomot és kevés szénatomot tartalmazó szénvegyületek. Az ún. halonok fluoratomot, brómatomot és esetleg klóratomot tartalmazó szénvegyületek. név freon 11 freon-12 freon-22 freon-113 halon1301 halon1211

képlet CFCl3 CF2Cl2 CHF2Cl C2F3Cl3 CBrF3 CBrClF2

tudományos név triklór-fluormetán diklór-difluormetán difluor-klórmetán trifluor-triklóretán trifluor-brómmetán difluor-klór-brómmetán

A freonokat más célra is használják. Ha megvizsgáljuk a festékszórós, aeroszolos ablaktisztító vagy bútortisztító palackokat, találunk olyat, amelyben a hajtógáz a freon. SPRAY-EK SZERKEZETE Mi az aeroszol?

A halonokat főként a tűzoltó készülékek oltóanyagaként használják. Freonokat és halonokat használnak a szigetelő habok előállításához, ilyenkor a műanyagba kis freonbuborékok kerülnek, amelyek habosítják a műanyagot. Ezeket az anyagokat használják az elektronikus eszközök tisztítására is, valamint hűtőközegként a légkondícionáló készülékekben. Miért használhatók ezek a gázok ennyi mindenre ? A freonokat az 1930-as években kezdték hűtőfolyadékként használni. Ezt megelőzően kéndioxid és ammónia volt a hűtőszekrények hűtőközege. A freon gázok sokkal alkalmasabbnak látszottak erre a feladatra, mivel az előzőekkel ellentétben nem éghetők és nem robbanásveszélyesek.. Érthető, hogy mindezen tulajdonságaik alapján a freonok és a halonok az ipar által kedvelt vegyületek voltak. Nem kellett attól tartani, hogy balesetet okoznak vagy tönkreteszik azt a gépet, amelyikben alkalmazzák őket. A freonok és a halonok túl jók? Milyen rendellenességet tapasztalt a Brit-Antarktisz kutató vizsgálat a magas légkörben 1985-ben? Miért káros, ha csökken a magas légkör ózontartalma? Miben állapodtak meg a Montreáli-egyezmény aláírói?

EGYES ORSZÁGOK RÉSZVÉTELE AZ ÓZONPAJZS PUSZTÍTÁSÁBAN HVG 96 JÚNI 8. 47- OLD A Montreáli-egyezményt 1990-ben Londonban tovább szigorították és kimondták, hogy a freonok és a halonok gyártását az évezred végéig meg kell szüntetni. Mekkora Magyarország éves freon és halon felhasználása? A freonok és a halonok nagy stabilitásuk miatt a légkörben rendkívül lassan bomlanak le. A freon-11 75 évig, a freon-12 100 évig marad a légkör alsó részében. Ha viszont ezek a


69

vegyületek felkerülnek a magas légkörbe, akkor ott az ibolyán túli sugárzás hatására elbomlanak és rendkívül reakcióképes halogénatomok keletkeznek: CFCl3 ---› CFCl2 + Cl. A keletkezett klóratom reakcióba lép a magaslégkörben levő ózonnal: O3 + Cl ---› ClO + O2 A klór-monoxid reakcióba lép egy oxigénatommal és ismét klóratom keletkezik: ClO + O ---› Cl + O2 A klóratom újabb ózonmolekulát képes megbontani. Egyetlen klóratom ózonmolekula megbontására képes.

kb. 100 ezer

Ha a mai napon megszüntetnék a további freonkibocsátást úgy a gáz 1/3-a még hatvanöt év múlva is jelen lenne a légkörben. Ha a kibocsátás a jelenlegi kibocsátás 4%-val nőne úgy 2050-re eltűnne az ózonpajzs legerősebben védő rétege. 1994-95-ben az Arktisz felett is észleltek ózonpajzs vékonyodást. 1994 telén 15-20 km-es magasságban felére vékonyodott az ózonréteg. Sajnos már Európa felett is vékonyodik az ózonréteg és ennek központja Közép-Európa felett van. A környezeti problémák megelőzése miatt egyre több gyártó alkalmazza a freonok és a halonok helyett a már említett propán-bután gázt a hűtőszekrényekben és a spray-kben. A KODAK cég 1995-től már nem bocsát ki freonokat és halonokat. 3.3.2. A kertben... Már tanultunk növényvédőszerekről. Mire használták a DDT-t? Milyen hatása van a DDT-nek a halakra, madarakra és a maláriaszúnyogokra?

A DDT tudományos neve: 4,4, diklór-difenil-triklóretán (a DDT rövidítés) félkonstitúciós képlete: A DDT-t 1939-ben Hermann Müller állította elő, és a svájci Ciba-Geigy cég kezdte el gyártani Gesarol ( ejtsd:gezarol) fantázianéven. Ezzel új korszak kezdődött a rovarok elleni védekezésben, a szintetikus rovarirtók korszaka. Először 1944-ben Nápolyban a tífuszjárvány megelőzése céljából vetették be a szövetséges hatalmak a DDT-t.

A DDT-hez hasonló vegyületek pl. a gyomirtószerként használt HCH vagy a gombaölőszerként alkalmazott PCP. A HCH tudományos neve: 1,2,3,4,5,6-hexaklórciklohexán

HCH FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE: A PCP tudományos neve: 2,3,4,5,6-pentaklórfenol

PCP FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE: A fent említett növényvédőszerek alkalmazása rendkívül nagy veszélyeket rejt magában. A DDT és a hasonló vegyületek a természetben hosszú ideig nem bomlanak le. Permetezéskor a légkörbe kerülő növényvédőszerek a légzés során a vérbe, majd onnan a májba és a zsírszövetbe kerülnek ott felhalmozódnak, ami hosszabb távon egészségkárosodást okoz. A másik veszély, hogy a permetezéskor a növényzetre kerülő szer a csapadék segítségével a talajba mosódik és a talajvízbe vagy a folyókba kerülhet. Innen a táplálékláncon keresztül a halak, madarak és az ember szervezetébe kerülhet. Az utóbbi években mutattak rá, hogy


70

valószínűleg a DDT megjelenésének tudható be, hogy a férfiak nemzőképessége az elmúlt ötven évben csökkent és ezáltal növekedett a gyermektelen házaspárok száma. Házi feladat: Menj el a könyvtárba és olvasd el Solymosi Péter: Szükségünk van-e növényvédőszerekre című cikkét, amelyet az Élet és Tudomány 1994. IX. 36. számában találsz meg. A cikk és saját elképzeléseid szerint jegyezz fel érveket a növényvédőszerek gyártása mellett és ellen. Lehetne-e másképpen védekezni a kártevők ellen? 3.3.3. Oldószerként... Az eddigi kémiai tanulmányaink során mi is használtunk nemvizes oldószereket, főként akkor, amikor apoláris molekulájú anyagokat akartunk feloldani. Ilyen oldószereket az ipar is felhasznál. Ilyenek: hétköznapi név kloroform széntetra-klorid triklóretén hexaklóretán

tudományos név triklórmetán tetraklórmetán

összegképlet CHCl3 CCl4 C2HCl3 C2Cl4 C2Cl6

Milyen anyagokat tudunk feloldani széntetra-kloridban?

FENTI VEGYÜLETEK FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Ezekből a vegyületekből a világon évente 3 millió tonnát állítanak elő. Ezek a vegyületek rendkívül illékonyak, ezért valószínűleg igaz, hogy a fenti mennyiség 25%-a a természeti környezetbe kerül. a légkörbe kerülő oldószerként használt klórtartalmú vegyületek ugyanazokkal a veszélyekkel járnak, amiket már a freonoknál és a halonoknál megismertünk. Ezek a vegyületek felhalmazódhatnak az élőlények szervezetében és a csapadékkal a talajba és a természetes vizekbe kerülhetnek. A halogénezett szénvegyületek koncentrációja a különböző élőlények szervezetében (mikrog/kg) vegyület neve kloroform széntetra-klorid triklóretén tetraklóretén hexaklóretán

tengeri egysejtűekben 5 0,5 1 3 10

halakban 1000 40 50 40 15

tengeri emlősökben 20 15 6 20 25

emberi zsírszövetben 60 20 30 30 25

Hogyan tisztítják az ivóvizet?

Amikor az ivóvizek tisztításakor a vízbe klórgázt vezetnek, akkor is keletkezhet triklór-metán. A kloroformot régebben altatásra használták, mivel gőzeit belélegezve bódító hatást vált ki. Manapság már nem használják, mert rákkeltő hatását állatkísérletek bizonyították. 3.3.4. A szuperméreg A vietnámi háborúban a vietnámi katonák a dzsungelben próbáltak elrejtőzni az amerikai katonák elől és onnan indítottak támadást. Az amerikai hadsereg ennek megelőzésére a dzsungelek növényzetét kiirtotta egy ún. lombtalanító anyaggal (orange agent = narancsszínű anyag). A lombtalanító anyag előállítása során azonban keletkezett egy olyan melléktermék is, amely az ember által eddig előállított legerősebb méreg, neve: dioxin. Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

71

A dioxin tudományos neve: 2,3,7,8 terakloro-dibenzo-p-dioxin (rövidítése:TCDD) A dioxin félkonstitúciós képlete:

Az amerikai hadsereg összesen 90 ezer tonna lombtalanító anyagot szórt ki az őserdőkre, amely kb. 83-170 kg dioxint tartalmazott. A permetezés következményeként Vietnámban nőtt a spontán vetélések, a halvaszületések, a torzszülöttek és a májdaganatok száma. Az érintett területeken megváltozott az élővilág összetétele. A dioxin által okozott másik katasztrófa 1976. július 10-én a Hoffmann-La Roche cég leányvállalatánál az olaszországi Seveso (ejtsd:szevezo) városkában történt. A gyárban triklórfenolt állítottak elő, de a reakció befejeztével az elegy felmelegedett, megnőtt a nyomás a biztonsági szelep eltört és robbanásszerűen 2-5 kg dioxin tartalmú fehér felhő került a levegőbe. Július 13-án már növénypusztulást, 14-én állati pusztulást észleltek és a gyerekeket bőrgyulladás miatt kórházba kellett vinni. Július 15-én a városka polgármestere megtiltotta a főzelék és gyümölcsfélék fogyasztását. Július 26-án a gyárat körülvevő 87 hektáros területről 736 embert kellett kitelepíteni és az ezt körülvevő 269 hektáros területen leállították a mezőgazdasági munkát. Itt is nőtt a fejlődési rendellenességgel születettek és a spontán vetélések aránya.

TERM VILÁGA 1984. 5.SZÁM 200.O. AZ ELSŐ ÁLDOZAT Egy másik szennyezés az USA egyik kisvárosában történt. 1976 -80 között a kisváros lakói között nőtt a megbetegedések száma, lovak pusztultak el a környéken. A kisvárosban égetőmű működött, ahol halogéntartalmú szénvegyületekből készült szigetelőanyagokat és műanyagokat égették el. Az égetéskor keletkezett gázokban rendkívül kis mennyiségű dioxin volt (1m3 gázban 20-400 mikrogramm dioxin volt).

A dioxin ún szuperméreg, vagyis a természetbe kikerülve biológiai úton nem képes lebomlani, környezeti hatásokkal szemben rendkívül ellenálló. Parányi mennyiségei az emberi szervezetbe kerülve rákot, májgyulladást és idegkárosodást okozhatnak. Mint láttuk a dioxin a szemét égetése során is a levegőbe kerülhet, de különféle festékanyagokból is felszabadulhat. Ezért tiltották be a xiladekor és a xilamon nevű fapácok beltéri használatát, illetve fejlesztettek ki beltéri használatra alkalmas változatukat. 3. 3. 5. Miért ennyire ellenállók a halogéntartalmú szénvegyületek? Főként azok a halogéntartalmú szénvegyületek ellenállók a környezeti hatásokkal szemben, amelyekben a szénatomokon kívül csak halogénatom található, ilyen a freon-12, a teflon, a szén-tetraklorid stb. Ennek az az oka, hogy a szénatom és a halogénatom közötti kötés rendkívül nagy kötési energiájú, vagyis a felbontásához nagy energia szükség. A molekulákban lévő kötések polárisak ugyan, de a molekulák apolárisak, hiszen a kötések polaritása térben kiegyenlítődik. Mindezen tulajdonságok alapján érthető, hogy az említett molekulák nem gyúlékonyak, sőt tűzoltásra is alkalmasak, nem lépnek reakcióba más anyagokkal, hiszen a kötések felbomlásához rendkívül nagy energiára van szükség. 3.3.6. Hogyan nevezzük el a halogéntartalmú szénvegyületeket? Írd fel az buta-1,3-dién brómmal való reakciójának egyenletét!

Magyarázzuk meg az első reakciótermék elnevezését! 1. Keressük meg a leghosszabb szénláncot , amely tartalmazza a többszörös kötést. 2. Helyettesítsük a halogénatomokat hidrogénatomokkal. Ennek a vegyületnek a neve lesz az elnevezés végződése (1-butén). 3. Írjuk vissza a képletbe a halogénatomokat. Vizsgáljuk hányadik szénatomon, milyen halogénatom található (3-bróm, 4-bróm, vagyis a vegyület elnevezése 3,4-dibrómbut-1én). Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

72

Magyarázzuk meg a másik reakciótermék elnevezését Magyarázzuk el az buta-1,3 dién molekula két molekula brómmal való reakciójakor keletkezett termék elnevezését! Magyarázzuk el a freon-12, a kloroform, a DDT molekulák tudományos elnevezését! Magyarázzuk meg az acetilén brómmal való reakciójakor keletkezett termék elnevezését! Írjuk fel a 4-klórpent-2-én félkonstitúciós képletét! Ezt a vegyületet nevezik hétköznapi néven Globolnak és molyirtónak használják. 1. Írjuk fel először a megfelelő szénhidrogén, vagyis a benzol képletét! (Most tüntessük fel a képletben a hidrogénatomokat is.) 2. Az 1,4-diklór elnevezésnek megfelelően az első és a negyedik szénatomon cseréljük ki a hidrogénatomokat klóratomokkal.

3.3.7. Hogyan állítják elő a halogéntartalmú szénvegyületeket az iparban? Hogyan nevezzük az alkánok halogénekkel való reakcióját? Hogyan nevezzük az alkének halogénekkel való reakcióját? Hogyan nevezzük az aromás szénhidrogének halogénekkel való reakcióját?

A kloroform és a széntetra-klorid előállítása Egy tartályban a klórgázt metángázzal összekeverik és az elegyet megvilágítják kék fénnyel. A kék fény hatására a klórmolekulák egy részének kovalens kötése felbomlik, klóratomok keletkeznek, amelyek így sokkal reakcióképesebbek, mint a molekulák. kék fény

Cl2

-----------› 2Cl.

A keletkezett klóratomok reagálnak a metánmolekulákkal: Cl

+ CH4 ---› CH3 + HCl metilcsoport

A keletkezett metilcsoport reagál egy klórmolekulával: CH3 + Cl2 ---› CH3Cl + Cl

A keletkezett klóratomok vagy egy újabb metánmolekulával vagy a klórmetánnal reagálnak: CH3Cl + Cl ---›

CH2Cl + HCl klórmetil CH2Cl + Cl2 ---› CH2Cl2 + Cl diklórmetán CH2Cl2 + Cl ---› CHCl2 + HCl diklórmetil CHCl2 + Cl2 ---› CHCl3 + Cl kloroform CHCl3 + Cl ---› CCl3 + HCl triklórmetil CCl3 + Cl2 ---› CCl4 + Cl széntetra-klorid

A kiindulási elegy összetételét attól függően állítják be, hogy, kloroformot vagy széntetrakloridot akarnak előállítani. Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

73

1. 2. 3. 4.

Miért annyira ellenállók a halogéntartalmú vegyületek? Mi a veszélye a halogéntartalmú vegyületek környezetbe való kikerülésének? Hogyan lehet előállítani a halogéntartalmú szénvegyületeket, szénhidrogénekből? Hogyan és miből állítanál elő klórbenzolt, 1,2diklóretánt, 1klóretánt (kétféle módszerrel) ?


74

3.4. Szénatomokból, hidrogénatomokból és oxigénatomokból álló szénvegyületek Az oxigéntartalmú szénvegyületek a szénatomokon és a hidrogénatomokon kívül legalább egy, de gyakran több oxigénatomot tartalmaznak. 3.4.1. Bor, sör, pálinka és társaik 3.4.1.1. A bor A bortermelés őshazája Egyiptom. A fáraók piramisaiban már borkészítésről készült falfestmények találhatók. A görög mitológia Dionüszoszhoz kapcsolja a szőlő eredetét. Dionüszosz az ég és a föld istenének, Zeusznak és Szemleének gyermeke, a bor istene. Európában a görögök terjesztették el a szőlőtermesztést és a borkészítést. Magyarországra a borkészítés görög és kelta közvetítéssel jutott. A bor török eredetű szó, ami a magyarba a Kaukázuson túli népektől került. Hogyan készül a bor? SZŐLŐ KÉPE TESZT 94. AUG. 39. A szőlőt először szüretelik, majd préselik. A szőlőbogyókat összezúzzák, ekkor állítják elő a cefrét. A fehérbor készítésekor elválasztják a mustot (szőlő levét) a törkölytől (héj, mag kocsányrészek). a vörösbor készítésekor ez a szétválasztás elmarad. Ezután következik az erjesztés. A vörösborokat a törkölyön erjesztik, ettől kapják szép piros színüket és jellegzetes ízüket. Hogyan kell kezelni a hordót mielőtt a mustot beleengedik?

Erjedéskor a borban élő élesztőgombák elszaporodnak, ekkor a must zavaros lesz. Erjedéskor a must cukortartalmának egy része alkohollá alakul, miközben szén-dioxid keletkezik. erjedés szőlőcukor -------------› alkohol + szén-dioxid Hogyan kell bemenni egy borpincébe? Miért?

Az erjedés végén a bor kitisztul, az élesztősejtek a hordó aljára ülepednek. Ezt az üledéket nevezik seprőnek. A seprőről lefejtik a bort, ezt nevezik újbornak. Ezt az újbort ezután különféle kezelési eljárásoknak vetik alá, majd hosszabb-rövidebb ideig érlelik. BOROK TESZT 94 ÁPRILIS 36. O. Miből áll a bor? 1. Alkoholokból 2. Szén-dioxidból 3. Cukrokból 4. Szerves savakból 5. Vitaminokból 6. Észterekből 7. Ásványi anyagokból A borban lévő legfontosabb alkohol az etil-alkohol. Diákkísérlet: Készítsünk alkoholt erjesztéssel! Oldjunk fel két kanál kristálycukrot 50 cm3 vízben. Tegyünk az oldatba egy kis darab élesztőt, majd melegítsük a főzőpohár tartalmát 35oC-ig. Öntsük a főzőpohár tartalmát egy Erlenmeyerlombikba. A lombikot dugjuk be egyfuratú dugóval, amelybe egy kétszer meghajlított


75

üvegcsövet illesztünk. A cső végét meszes vízzel töltött főzőpohárba helyezzük. Mit tapasztalunk? Milyen gáz fejlődhetett az oldatban? Miért nem szabad felforralni az oldatot? Az oldat kitisztulása után desztilláljuk az oldatot! Vizsgáljuk meg a kapott termék színét szagát öntsünk az oldatból egy keveset Petri-csészére és próbáljuk gyújtópálcával meggyújtani! Az etil-alkohol összegképlete: C2H6O félkonstitúciós képlete: CH3-CH2-OH tudományos neve: etanol vagy etil-alkohol

Készítsük el az etanol pálcika és kalotta modelljét!

A borok alkoholtartalom szerint lehetnek: borok fajtái asztali borok minőségi borok különleges minőségi borok

alkoholtartalom 7,5-12 V/V% 10-12 V/V% 13 V/V% felett

példa Ezerjó Móri ezerjó Tokaji aszú

A borok alkoholtartalmát Malligand-fokokban (Mo) adják meg, ez megegyezik a térfogatszázalékban kifejezett alkoholtartalommal. A borok Malligand fokokban mért alkoholtartalmát a bor címkéjén fel kell tüntetni. Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg a vásárolt bor sűrűségét! Töltsünk egy mérőhengerbe a vásárolt borból, majd helyezzük bele az areométert! Borsűrűség - alkoholtartalom összefüggése sűrűség g/cm3 tömeg% Malligand-fok 0,988 7,0 8,8 0,986 8,5 10,5 0,984 10,0 12,3 0,982 11,5 14,2 0,980 13,0 16,1

Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg az etil-alkohol tulajdonságait! Öntsünk négy kémcsőbe 2-2 cm3 etil-alkoholt. Az első kémcső tartalmához öntsünk 1 cm3 étolajat, a második kémcső tartalmához késhegynyi zsírt, a harmadikhoz 1 cm3 vizet, a negyedikhez 1 cm3 benzolt. Az etil-alkohol fizikai tulajdonságai: szín: színtelen szag jellemző sűrűség: 0,79 g/cm3 olvadáspont: -112 oC forráspont: 78,4 oC oldhatóság: vízben jól oldódik benzolban jól oldódik MÉRGEZŐ!

Emlékezz vissza, milyen jelenséget figyeltünk meg amikor etil-alkoholt vízzel elegyítettünk? (Gondolj a térfogatukra!)

Az etil-alkohol szerkezete és tulajdonságai közötti összefüggés Az etil-alkohol molekulájában egy hidroxi-csoport (OH csoport) található. AZOKAT A VEGYÜLETEKET, AMELYEKBEN A SZÉN- ÉS A HIDROGÉNATOMOKON KÍVÜL HIDROXIL-CSOPORT TALÁLHATÓ HIDROXI-VEGYÜLETEKNEK NEVEZZÜK Ez a hidroxi-csoport okozza, hogy az etil-alkohol tulajdonságai jelentősen eltérnek az etán tuladonságaitól. Hasonlítsd össze az etán és az etil-alkohol tulajdonságait!


76

A hidroxi csoport jelenléte okozza, hogy az etil-alkohol forráspontja jóval magasabb, mint az etán forráspontja. Az etil-alkohol molekulái között ugyanis lehetőség van hidrogén-kötés kialakulására. HIDROGÉNKÖTÉS ETIL-ALKOHOL MOLEKULÁK KÖZÖTT Az etil-alkohol forráspontja alacsonyabb a víz forráspontjánál. Ez annak tudható be, hogy a vízmolekulák között több hidrogénkötés tud kialakulni, mint az etil-alkohol molekulák között. Ezért lehet pl. a borból az etil-alkoholt desztillációval kinyerni. Az etil-alkohol kitűnően oldódik vízben, mivel lehetőség van az etil-alkoholmolekulák és a vízmolekulák között hidrogénkötés kialakítására. HIDROGÉNKÖTÉS ETIL-ELK ÉS VÍZMOLEKULÁK KÖZÖTT FUNKCIÓS CSOPORTNAK NEVEZZÜK A MOLEKULÁNAK AZT A RÉSZLETÉT, AMELY DÖNTŐEN BEFOLYÁSOLJA A VEGYÜLET TULAJDONSÁGAIT AZ ALKOHOLOK FUNKCIÓS CSOPORTJA A HIDROXI-CSOPORT

Az etil-alkohol erős sejtméreg Ezért használják az etil-alkohol 70 V/V%-osnál töményebb vizes oldatát fertőtlenítésére. Emlékezzünk vissza, az injekció beadása előtt alkohollal fertőtlenítik a bőrfelületet! Az etil-alkohol 96 V/V%-os vizes oldata a tiszta szesz. Ennél töményebb alkohololdatot desztillálással nem lehet előállítani. Az okokról majd a későbbiekben tanulunk. Abszolút (100V/V%-os) alkoholt vízelvonószer segítségével lehet előállítani. Az etil-alkohol meggyújtva halványkék lánggal, nagy hőfejlődés közben ég el. Égéskor széndioxid és víz keletkezik az alábbi egyenlet szerint: C2H5OH + 3O2 ----› 2CO2 + 3H2O

Ez a reakció játszódik le a borszesz-égőben, de a lángoló palacsinta tálalásakor is. Mi a borszesz másik neve?

A denaturált szesz (de=fosztóképző, nature=természetes) nem természetest jelent, mivel a tiszta alkoholhoz kellemetlen szagú anyagot kevernek, hogy fogyasztásra alkalmatlan legyen. A borok alkoholtartalma 15 V/V%-nál nem lehet nagyobb, mert ennél töményebb oldatban az életsztőgombák elpusztulnának. Az iparban többek között etilénből is előállítanak alkoholt: CH2=CH2 + H2O ---› CH3-CH2-OH Milyen reakciótípusba sorolható a fenti reakció?

Házi feladat: Kevés bort öntsünk egy pohárba és hagyjuk egy pár napig állni. Szagoljuk meg és tapasztalatainkat jegyezzük fel! A borban csak nyomokban előforduló másik alkoholféleség a metil-alkohol. A metil-alkohol összegképlete: CH4O félkonstitúciós képlete: CH3-OH tudományos neve: metanol vagy metil-alkohol Készítsük el a metanol pálcika és kalotta modelljét! Diákkísérlet: Hasonlítsuk össze a metanol és az etanol tulajdonságait! Vizsgáljuk meg a metanol színét, szagát, oldhatóságát, éghetőségét úgy, ahogy azt az etanol esetében elvégeztük. A metanol és az etanol fizikai tulajdonságainak összehasonlítása metanol etanol szín azonos szag azonos íz azonos olvadáspont -97,8 oC -112oC


77

forráspont oldhatóság

élettani hatás

64,7 oC

78,4 oC vízben jól oldódik benzolban oldódik MÉRGEZŐ

Mint a fentiekből kitűnik a kétfajta alkohol érzékszervi tulajdonságokban megegyezik, tehát könnyen összetéveszthetők. Régebben az ún. direkttermő szőlőfajtákból (Othello, Izabella, Noah) előállított borokban tetemes mennyiségű metil-alkohol volt. Ezeket a szőlőfajtákat az 1879-es filoxéravész után telepítették. A filoxérát egy Amerikából behurcolt levéltetű okozta. A direkttermő szőlő a saját gyökerén termő szőlőfajtát jelent. Az indirekt szőlőfajtákat úgy hozzák létre, hogy a direkttermő fajtákat beoltják.

Mamár nem árusítanak direkttermő szőlőből készült borokat. Az indirekttermő szőlőfajtákban előforduló metil-alkohol mennyisége elhanyagolható, egyészségre nem ártalmas. Mindkét alkoholfajta méreg, azonban a metil-alkoholból már kis mennyiség elfogyasztása is vakságot illetve halált okozhat. A metil-alkoholt az iparban alkének, aromás vegyületek, benzinadalékok, műanyagféleségek előállítására használják. Az ipari méretekben szintézisgázból állítják elő: CO + 2H2 ---› CH3OH Miből állítják elő a szintézisgázt?

A világon évente 22 millió tonna metanolt állítanak elő. A metil-alkoholt tartálykocsikban szállítják az előállítás helyéről a felhasználás helyére. Mivel a két alkoholféleség könnyen összetéveszthető, sajnálatos módon minden évben előfordul metanol lopás italszerzés céljából. Vigyázat, metanolt loptak! “Egyebek között negyven liter metanol nevű vegyi anyagot tulajdonított el Budapesten az az ismeretlen tettes, aki a hét végén behatolt a XIII. kerületi Tatai út 8. szám alatti galvanizáló üzembe - tudatta kedden az MTI-vel az ORFK sajtóosztálya. A közlemény szerint a metanol színe és illata hasonló a szesziparban alapanyagul szolgáló etilalkoholhoz, ugyanakkor emberi szervezetbe kerülve már kis mennyisége is halált okoz. Ezért a rendőrség kéri a lakosságot, hogy tartózkodjanak az ismeretlen eredetű és összetételű alkoholtartalmú szeszesitalok vásárlásától és fogyasztásától.” Magyar Hírlap 1996. január 31. Ne vásárolj piacon alkoholt vagy alkoholtartalmú italokat! A borokat bársonyossá, lággyá teszi a bennük levő glicerin. A borokban 6-10mg/dm3 glicerin van. A glicerin is az alkoholok közé tartozik. A glicerin

összegképlete: C3H8O3 félkonstitúciós képlete: tudományos neve: propán-1,2,3-triol

A glicerin háromértékű alkohol. Ez azt jelenti, hogy a molekulában három hidroxi-csoport található. Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg a glicerin tulajdonságait! Vizsgáljuk meg a glicerin színét, szagát, halmazállapotát, vízben és benzolban való oldhatóságát! A glicerin fizikai tulajdonságai szín színtelen szag szagtalan


78

olvadáspont forráspont oldhatóság

17,9oC 290oC vízben jól oldódik benzolban

A glicerinről még hallani fogunk a zsírokról, olajokról , valamint a robbanószerekről szóló fejezetben. Itt a glicerinnek csak azt a tulajdonságát említjük meg, hogy kitűnő nedvszívó képességgel rendelkezik. Képes megkötni a nedvességet és nem engedi kiszáradni a bőrt, ezért használják különféle kézkrémekben. Vizsgáld meg az illatszerboltban kapható kézkrémek és szappanok összetételét melyik tartalmaz glicerint? A német Beiersdorf (ejtsd:bejerszdorf) cég 1911-ben birkazsírból, vízből glicerinből és sóból a világon először készítette el Nivea nevű krémét.

NIVEA KÉP A borban keletkező szén-dioxid egy része a borban marad, ami frissé teszi a bort. A borban levő cukortartalom szerint megkülönböztetünk: borfajta édes félédes félszáraz száraz

cukortartalom 50g/dm3 felett 12,1-50 g/dm3 4,1-12 g/dm3 4g/dm3 alatt

példa Badacsonyi muskotály Hárslevelű Olaszrizling Kékfrankos

A bor ízét és zamatát jelentősen befolyásolják a benne oldott savak és az ásványi anyagok. A borokban általában borkősav, almasav, borostyánkősav, tejsav, ecetsav található. Ezekről a savakról majd a későbbiekben tanulunk. Bármilyen meglepő, de a bor C, B és P vitaminokat is tartalmaz. MAGYARORSZÁG BORVIDÉKEI ÉS JELLEMZŐ BORAI A királyok bora: Tokaji aszú Tokajhegyalja zárt történelmi boridék. Ez azt jelenti, hogy erre a területre csak palackozott borokat szabad bevinni. A borvidéket 28 község alkotja köztük Mád, Tarcal, Tokaj, Tája, stb.) A terület sajátos éghatjlattal rendelkezik ennek köszönheti világhírű borát: Hosszú napfényes ősz, ködös párás reggelek. Az itt telepített szőlőfajták a Furmint, Királyfurmint, Nemesfurmint, Hárslevelű, Sárga muskotály. A tokaji aszú készítése a szüreteléssel október 28-án kezdődik. Ekkor a tőkén túlérett, ún. megaszúsodott szemeket leszüretelik és aszúkádba teszik. A többi szemből készül az újbor. Az aszúszemek kipréselik magukból az ún. esszenciát. Az esszencia 350-650g/dm3 cukrot, sok ásványi anyagot és vitamint tartalmaz. Ezt gyógyszerként forgalmazzák a patikák Vinum Tokajensem Passum (ejtsd: vinum tokajenzem paszum) néven. A maradék aszúszemeket aszúdarálón feltárják, ebből lesz az aszútészta. Egy gönci hordó (136 dm3) aljára annyi aszútésztát tesznek ahány puttonyos (1 tokaji puttony 20-22 dm3) az aszú, majd újborral feltöltik. A tokaji aszú maximum 6 puttonyos lehet. 12-36 órán keresztül áll az újbor az aszútésztán, majd hordókba fejtik. Annyi évig érlelik ahány puttonyos a bor és még két évig. A bor aranysárga színű, 150 g/dm3 cukrot 13-14 V/V% alkoholt tartalmaz, jellegzetes ízéről, illatáról a világon mindenütt ismerik és kedvelik.

3.4.1.2. Az alkoholok elnevezése ALKOHOLOK ELNEVEZÉSE A kisszénatomszámú (1-5) telített nyílt szénláncú alkoholok elnevezése alkil-alkohol, l: metil-alkohol, etil-alkohol, propil-alkohol, butil-alkohol, pentil-alkohol. Ezek a manapság is használatos elnevezések. Az alkoholokat szabályosan a következő szabályok szerint nevezzük el:


79

1. Megállapítjuk hány szénatomos a hidroxil-csoportot tartalmazó leghosszabb szénlánc (4 szénatomos). Ennek a szénláncnak megfelelő szénhidrogén neve lesz az elnevezés eleje és az elnevezés végére illesszük majd az -ol végződést (bután....-ol). 2. A láncot a hidroxil-csoporthoz közelebbi láncvégtől kezdődően számozzuk meg. Megnézzük, hányadik szénatomon van a hidroxil-csoport és ez a szám kerül az eddigi végződés elé (bután-2-ol). (A többértékű alkoholoknál, ilyen a glicerin az összes szénatom sorszámát felsoroljuk, amelyhez hidroxil-csoport kapcsolódik (1,2,3) és a végére az ol végződés elé olyan szám nevét tesszük amennyi hidroxil-csoportot tartalmaz a vegyület (triol)). 3. Végül megnézzük, kapcsolódik-e más csoport a szénlánchoz és azt az eddig tanult módon elnevezzük ( 2metilbután-2-ol). 3.4.1.3. Pálinkák, likőrök A pálinkafélékben és a likőrökben az alkoholtartalom jóval magasabb mint a borokban. likőrök pálinkafélék

alkoholtartalom 25-40 V/V% 40-60 V/V%

A pálinkaféléket különféle gyümölcsök, gabonafélék erjesztésekor keletkezett borból állítják elő. az ital alapanyaga szőlő árpa, kukorica, zab cukornád burgonya körte, szilva, cseresznye

az ital neve cognac whisky rum vodka pálinka

A konyak név a francia Cognac városkától származik. A városka környékén szüretelt szőlőből készült újbort kétszer desztillálják. Az előpárlatot nem használják, mivel ebben metil-alkohol és más kellemetlen ízű anyagok találhatók. Ezt kiöntik. A középső párlatot hasznosítják. Az utópárlat kellemetlen íze miatt nem használható. A középpárlatot tölgyfahordókban évekig érlelik. A konyakosüveg címkéjén annyi csillag található ahány évig érlelték a konyakot. (V.O. = very old, V.S.O.P.= very superior old pale minimum négy évig érlelt) A whisky (ejtsd:viszki) Skóciából származó pálinkaféleség. Készítéséhez az árpát, zabot és a kukoricát áztatják, majd tőzeg égetésével szárítják. Ennek a szárításnak a füstje adja az ital füstös ízét. A szárított gabonafélét megőrlik, forró vízzel leöntik, élesztővel beoltják és 2-3 napig erjesztik. Erjesztés után kétszer desztillálják, végül tölgyfahordókban érlelik. A házi gyümölcspálinkák készítésekor is figyelemmel kell lenni arra, hogy az előpárlatban veszélyes mennyiségű metil-alkohol lehet, ezért az előpárlatot ki kell önteni. A likőrök magas alkoholtartalmuk mellett magas cukortartalommal rendelkeznek. Otthon is készíthetünk likőröket

Házi feladat: Tojáslikőr készítése Összekeverünk 0,5 kg cukrot 500cm3 tejjel majd felforraljuk és hozzáadunk egy összetört vaníliarudat. A tűzről levéve 6 tojássárgáját habverővel való keverés mellett hozzáadjuk. Végül 300 cm3 96V/V%-os alkoholt kiskanalanként adunk hozzá és addig keverjük amíg kihűl. A tojáslikőr egy emulzió. Az emulgeálószer ebben az esetben a tojássárgája. Mi az emulzió?

3.4.1.4. Pezsgők


80

A pezsgőkészítés Dom Perignon (ejtsd: perinyon) atya a francia Champagne (ejtsd:sampany) vidék bencés apátságának pincemesterétől származik. Manapság is csak a Champagne vidékéről (36 hektáros terület) származó pezsgő kaphatja a ezt a nevet. Magyarországra a XIX. sz-ban érkezett a peszgőkészítés tudománya. 1882-ben alapították Budafokon a Törley pezsgőgyárat. Hogyan készül a pezsgő? A pezsgőt száraz, nem jellemző illatú és ízű borból állítják elő. A pezsgő cukortartalmát likőr formájában, adják a borhoz majd növényi anyagokkal ízesítik és fajtaélesztőt adnak hozzá. A cukortartalom egy részéből szén-dioxid keletkezik, ennek köszönhető a pezsgő gyöngyözése. A klasszikus eljárásnál az erjedés után palackokba fejtik a pezsgőt és drótkosárral biztosítják, hogy a keletkező szén-dioxid ne vesse szét a palackot. Majd nyakával ferdén lefelé állítva egy tartóra teszik, amelyen folyamatosan függőleges irányba emelik. Így egy-két hétig tárolják, közben forgatják. A palack nyakában a második év végére összegyűlik a seprő. Az üveg nyakát jégbe dugják, ahol jégdugó keletkezik, amelyet nyitáskor a belső nyomás kilök a palackból. Ekkor ismét likőrrel töltik fel a pezsgőt, amely beállítja a végső cukortartalmat.

TESZT 93 OKT 18.O. 4.KÉP Pezsgőfajta extra brut (különlegesen száraz) brut extra dry (száraz) sec (száraz) demi sec (félszáraz) demi doux (félédes) doux (édes)

Cukortartalom (g/dm3) 0,5 alatt 0,5-1 1-1,5 1,5-2,5 2,5-3,5 3,5-4,5 4,5 felett

PEZSGŐ TESZT 94. DEC 27. OLD 3.4.1.4. A sör Mezopotámiában, illetve az ókori Egyiptomban már i.e. 6000 évvel ismerték a sörkészítés titkát. Egyiptomban a sörnek isteni eredetet tulajdonítottak és azt vallották, hogy a sörfőzés tudománya Ozirisztől, a termékenység istenétől származik. Ezek a sörkészítési technikák különböztek a maitól. Magyaroroszágon a Seres, Sörös, Serfőző családnevek utalnak arra, hogy a sör régóta ismert és kedvelt ital nálunk. A sörfőzés a középkori kolostorokban indult virágzásnak. Ebből a korszakból származik a folyékony kenyér elnevezés, mivel a baráok a böjtös napokon sörrel csillapították éhségüket. A sörfőzés jövedelmező üzletággá fejlődött, mivel az átutazók a kolostorokban pihentek meg, itt kaptak ételt és szállást, és e mellett kocsmát tartottak fent. Később már engedélyhez kötötték a sörfőzést és meghatározták az alapanyagokat és a technológiát. A XIX. sz-ban alakultak az első sörgyárak. Később megoldották a sör palackozásának problémáját. Magyarország legnagyobb sörfőző céhei Lőcsén, Pozsonyban és Pécsett , valamint Budapesten Óbudán és a Tabánban alakultak.

SÖRKÉP TESZT AUGUSZTUS 33.O. Hogyan készül a sör? A sörgyártás alapanyagai a komló, az árpa és a víz. Az árpát vízbe áztatják, aminek hatására az árpa kicsírázik. Csírázáskor az árpaszemben levő keményítő vízoldható malátává alakul. A csírázást aszalókban forró levegő befúvatásával állítják le. A legalacsonyabb hőmérsékleten aszalt, legvilágosabb malátából készült sörök az ún. pilseni sörök. Valamivel magasabb hőmérsékleten szárított malátából készült malátából a bécsi típusú, illetve az angol ale (ejtsd:él) sörök. A magas hőmérsékleten aszalt malátából készül a müncheni típusú sör. A malátát ezután cefrézőkádba helyezik és főzés útján kinyerik az erjeszthető cukrokat. A cefrézőkád alján összegyűlő sörlét összegyűjtik. A sörléhez főzés közben adják hozzá a komló virágát. A komló adja a sör jellegzetes, keserű ízét. Ezután következik az erjesztés, amikor sörélesztőt adnak a sörléhez. Az erjedés végén az élesztőt kiszűrik, majd a sört hordókba töltik és érlelelik. A sörök fajtái, készítési módozatokban, a sör főzésében, érlelésében térnek el egymástól.


81

Mi van a sörben? Mit nevezünk kemény víznek? A sör 90-92 m/m% vizet tartalmaz. A pilseni típusú sörök lágy, a müncheni típusú sörök kemény, a bécsi típusú sörök közepesen kemény vízből készülnek. A sörökben 8-10 m/m%-ban malátából származó alkoholokat, széndioxidot és más anyagokat tartalmaz. A sörök címkéjén lényegében a maláta mennyiségét tüntetik fel tömegszázalékban, ez a Balling (ejtsd: bóling). fok, Bo. Balling fok 10 10,5 12 13 14 18 22

alkoholtartalom (m/m%) 2,5 2,7 2,8 3,3 3,6 4,6 5,5

A sörben levő szén-dioxid fele az üveg nyitásakor eltávozik, a másik fele az állandó gyöngyözést szolgálja. A sör különféle szénhidrátok tartalmaz, amelyek a malátában lévő keményítő bomlásából származnak. A sörben fehérjék is vannak, amelyeknek nagy szerepük van a sör habképzésében és ízének kialakításában. Mi a hab? A sör tartalmaz még szerves savakat, észtereket és találhatók benne vitaminok és ásványi sók is.

3.4.1.5. Igyunk-e alkoholos italokat? Az alkoholos italoknak is megvan a maguk helye az étkezési szokásokban. Az étkezés előtt étvágygerjesztőnek elfogyasztott aperitif (egy pohár száraz pezsgő, vagy fehérbor vagy egy pohár sör) fokozza a gyomorsav termelését és elősegíti az emésztést. A ételekhez elfogyasztott alkoholos italok az ételek ízét kell kiemelni, ezért tudni kell, hogy milyen ételhez milyen ital való, ezeket milyen hőmérsékleten, milyen pohárban illik kínálni. A kultúrált alkoholfogyasztásnál a hangsúly mindig a minőségen és sohasem a mennyiségen van. Butaság lenne tehát lenne azt mondani, hogy az alkoholos italokat száműzni kell az étkezéseinkből, inkább meg kell tanulni mértékkel élni velük. 3-500 cm3 sör naponta való elfogyasztása idegnyugtató hatású, idős korban az agytevékenységet is fokozza B vitamin tartalma miatt. Ennél nagyobb mennyiségben elfogyasztott sör fáradtságot, gyomorsatúltengést, alvászavart okoz. A bor esetében is hasonló a helyzet. Napi 200 cm3 bor elfogyasztása emésztést elősegítő, nyugtató hatású. a glicerintartalom javítja a szervezet a zsíranyagcseréjét. A bor savtartalma a szénhidrátok és zsírok emésztésében jelentős. Nehezebb, zsírosabb ételek után ezért esik jól egy pohár bor. A borban oldott sók a szervezet enzimműködését segítik elő. Ennél több bor rendszeres fogyasztása gyomorsavtúltengést, gyomorfekélyt, vastagbélrákot és végső esetben alkoholizmust okozhat. MIT MIHEZ?TESZT 94. ÁPRILIS 32. O.TÁBLÁZAT ELSŐ KÉT OSZLOP Mikor ne fogyasszunk alkoholos italokat? Soha ne fogyasszunk alkoholt autóvezetés előtt. Az alkohol ugyanis megnöveli az ember reakcióidejét, vagyis lassabban reagál (fékez, kerül ki, vesz észre táblákat stb.) és csökkenti a veszélyérzetet, ezért az alkoholt fogyasztott vezető nagyobb sebességgel hajt, nem érzi a veszélyt és kétes helyzeteket vállal, ami másokat is veszélybe sodorhat. Mikor ülhetünk autóba az ital elfogyasztása után?


82

elfogyasztott ital egy pohár sör egy üveg sör egy üveg sör + fél deci tömény fél liter bor másfél liter bor

várakozási idő 1-2 óra 2-3 óra 4-6 óra 5-7 óra 10-14 óra

Terhes anyák soha ne fogyasszanak alkoholt, mert ez a vérkeringés útján a magzat szervezetét károsítja! Az ittas vezetők kiszűrése a forgalomból A fentiek alapján érthető, hogy a közlekedésből ki kell szűrni az ittas vezetőket. Az ittasság megítélésére alkoholszondát használnak a rendőrök. Tanári kísérlet: Készítsünk alkoholszondát! 50 cm3 koncentrált kénsavat öntsünk egy főzőpohárba és üvegbottal való keverés mellett oldjunk fel benne 0,12 g dikálium-dikromátot. Az oldatból 5cm3 -t öntsünk egy kémcsőbe. Egy kis darab vattát itassunk át etil-alkohollal. Egy L alakú üvegcső rövidebb szárába tegyük a vattát a hosszabb szárát helyezzük az oldatba. Fújjunk a cső rövidebb végébe. Mit tapasztalunk? A szondában a savas oldat kovasavgélben van felitatva.

A szondában végbemenő folyamat ittas vezetés esetén a következő: 2Cr2O72- + 2K+ + 3CH3-CH2OH + H+ ---› 4Cr3+ + 3CH3COOH +K+ + H2O narancssárga zöld ecetsav

ALKOHOLSZONDA TESZT MAGAZIN 96 JAN. 23.OLD Mamár digitális kijelzővel ellátott alkoholszondákat használnak. Ezekben közvetlenül leolvasható, hogy a befújt levegő 100 cm3-ként hány mg etil-alkoholt tartalmaz. Ezt az értéket 2,05-dal szorozni kell, hogy a véralkoholszint-értéket megkapjuk. Az ittas vezetés bűncselekmény. Az alkohol nemkívánt hatásai Rendszeres és nagy mennyiségű alkohol fogyasztása esetén az alkohol nagy mennyisége a májba kerül, ahol sok energiát igénylő folyamatok során acetaldehid keletkezik belőle, és ez fehalmozódik a sejtekben. Ennek az energiaigényes folyamatnak a gyakori lejátszódása eredményezi az alkoholisták testsúlyának csökkenését. Az acetaldehid összegképlete:

C2H4O

FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE:

Az acetaladehid az aldehidek közé tartozó oxigénatartalmú szénvegyület. AZ ALDEHIDEK FUNKCIÓS CSOPORTJA A FORMIL-CSOPORT FORMIL CSOPORT SZERKEZETE AZ ALDEHIDEK ELNEVEZÉSEKOR A MEGFELELŐ SZÉNATOMSZÁMÚ NEVÉHEZ -AL VÉGZŐDÉST TESZÜNK.

SZÉNHIDROGÉN

Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg az acetaldehid tulajdonságait! Öntsünk kevés acetaldehidet kémcsőbe vizsgáljuk meg színét, szagát és halmazállapotát! Öntsünk két kémcsőbe 2-2-cm3 acetaldehidet! Az első kémcsőbe öntsünk 2 cm3 vizet, a másodikba 2 cm3 benzolt! Rázzuk össze a kémcsövek tartalmát! Mit tapasztalunk? Egy tojás fehérjéjét válasszuk szét sárgájától A fehérjéből keveset öntsünk kémcsőbe és öntsünk hozzá kevés acetaldehidet! Mit tapasztalunk? Az acetaldehid fizikai tulajdonságai


83

szín szag olvadáspont forráspont oldhatóság benzolban MÉRGEZŐ!

színtelen kellemetlen szagú -123,5 oC 20,2 oC vízben jól oldódik

ALKOHOLOS MÁJZSUGBAN ELHALTAK HVG96 ÁPR 27. 113.O. EGY FŐRE JUTÓ SZESZESITAL FOGY 114.O ALKOHOLISTÁK SZÁMÁNAK GYARAPODÁSA 113.O. Az acetaldehid korlátozottan oldódik vízben. Ez annak tulajdonítható, hogy az acetaldehid a hidrogénkötésben csak oxigénatomjának nemkötő elektronpárjával képes részt venni, így korlátozottan tud beilleszkedni a vízmolekulák hidrogénkötésének rendszerébe. Látjuk hogy az acetaldehid forráspontja nem túl magas. Ez a tény annak tulajdonítható, hogy a molekulák között dipólus-dipólus kölcsönhatások lépnek fel. ACETALDEHID VÍZBEN VALÓ OLD Mint láttuk az acetaldehid a tojásfehérjét kicsapja. Ugyanezt teszi az alkoholból keletkező acetaldehid a májsejtekben levő fehérjékkel is. Ezért mondjuk, hogy az acetaldehid sejtméreg. 2. Az alkoholizmus másik káros következménye, hogy csökkenti a szervezet vitaminmennyiségét. (B vitamin csökkenése idegrendszeri és szívpanaszokhoz , D vitamin csökkenése csontritkuláshoz vezet) 3. A máj károsodását, májgyulladást, végső esetben májzsugorodást okoz. 4. Személyiségzavart, értelmi működés romlását, remegést, tudatzavart, hallucinációkat okoz. Főként tizenévesekben 5. Gátolja a növekedési hormon termelődését, a testmagasság kisebb, az izomzat gyérebb lesz. 6. Lányoknál megzavarja a havi vérzési ciklust, mert késlelteti a tüszőérést 7. Fiúknál mérgezi a herét, ezáltal visszaszorul a férfihormonok termelődése 8. Mindkét nemben nő az ellenkező nemre jellemző nemi hormonok töménysége, ezért a fiúk lányosodnak (nemi szerv mérete és működése csökken), a lányok fiúsodnak (fokozott szőrösödés, hang mélyülése, pattanásosság) 9. Szexuális vágyakat fokozza, de a szexuális teljesítőképességet csökkenti. 10. Tanulási, emlékezési, elvonatkoztatási képesség csökken. Az alkoholizmus betegség, az alkoholistának orvosi segítségre van szüksége. 3.4.2. Az autó működéséhez nélkülözhetetlen FAGYÁLLÓFOLY TESZT 95 JAN 25.OLD Az autó motorjának megfelelő hőmérsékleten való működéséhez télen-nyáron szükség van hűtésre. Az autó hűtőrendszerében, csakúgy mint a hűtőszekrényben folyadék kering. A hűtőfolyadék minőségével szemben támasztott követelmények: • jó hővezető-képesség, hogy képes legyen elvezetni a motorban keletkező hőt, • télen ne fagyjon meg, nyáron ne forrjon fel, • ne rongálja a hűtőrendszer gumitömítéseit, fémrészeit, • ne habosodjon, • kémhatása állandó maradjon Ezeknek a feltételeknek leginkább az etilénglikol felel meg.


84

Az etilénglikol összegképlete:

C2H6O2

félkonstitúciós képlete: tudományos neve: etán-1,2 -diol

Magyarázd meg az etilén-glikol elnevezését! Az etilén-glikol fizikai tulajdonságai szín színtelen szag jellemzően édeskés olvadáspont -15,6 oC forráspont 198 oC oldhatóság vízben jól oldódik benzolban rosszul oldódik MÉRGEZŐ!

Az etilén-glikol két értékű alkohol. A két hidroxi csoportnak köszönhetően jól oldódik vízben, hiszen a vízzel hidrogénkötést képes kialakítani. Ez a tulajdonsága rendkívül fontos, amikor fagyálló folyadékként akarjuk használni, mert ekkor vízzel kell hígítani. A hígítást mindig a flakonon előírtak szerint, desztillált vízzel kell elvégezni. Az etilén-glikol széles hőmérsékleti tartományban folyékony halmazállapotú, mivel az etilén-glikol molekulák között hidrogénkötések kialakulására van lehetőség. Ezek a hidrogénkötések olyan erősen kapcsolják össze a molekulákat, hogy még a forrásponton is össze vannak kapcsolódva, ezzel mintegy megkétszereződik az etilén-glikol molekulatömege. Ennek tudható be, hogy az etilén-glikol forráspontja kiugróan magas. HIDROGÉNKÖTÉS VÍZ-ETILÉN-GLIKOL KÖZÖTT “ ETILÉN-GLIKOL MOLEKULÁK KÖZÖTT 3.4.3. Oldószerek Az olajos, zsíros szennyeződések, valamint a fűfoltok eltávolítására kitűnő oldószer az éter. Az éter szó tulajdonképpen egy egész vegyületcsoportot jelent, de köznapi értelemben egy vegyületet nevezünk éternek. Az éter tudományos neve: összegképlete:

dietil-éter C4H10O félkonstitúciós képlete:

AZ ÉTEREK FUNKCIÓS CSOPORTJA AZ ÉTERCSOPORT ÉTERCSOPORT SZERKEZETE Az éterek elnevezésekor az étercsoport két oldalán levő alkilcsoportot megnevezzük és hozzátesszük az éter végződést.

Keresd meg a dioxin képletében az éterkötést! Az étert másra is használták... William Morton egy bostoni fogorvos szorult helyzetben volt, mert egy gazdag betegének megígérte, hogy fájdalommentesen húzza ki a fogát, de elfogyott a kéjgáza. Mi a kéjgáz? Felkereste hát kollégáját, hogy kérjen tőle, de neki sem volt, ezért azt ajánlotta próbálja ki az éter gőzeit. Egy rendelési idő után betért betegen ki is próbálta és maga is elcsodálkozott a váratlan sikeren. Fájdalommentesen, alvó állapotban húzta ki a beteg fogát. Morton anyagi hasznot és dicsőséget akart a felfedezéséből. Kollégája érdemeit sem akarta elismerni. Egész életükön át, a felfedezés elsőségéért tartó vitájuk következtében életüket mindketten elmegyógyintézetben fejezték be. Az étert mamár csak állatkísérletekben használják altatónak.


85

Diákkísérlet: A dietil-éter tulajdonságai Vizsgáljuk meg az éter színét, szagát, oldhatóságát vízben és benzolban. Kenjük be egy Petricsésze alját zsírral, majd öntsünk rá kevés étert. A kapott oldatot öntsük egy kémcsőbe, amelyet forró vízzel telt főzőpohárba helyezünk. Mit tapasztalunk? Nyílt lángot ne használjunk , mert az éter gőzei gyúlékonyak.) A dietil-éter tulajdonságai: szín szag olvadáspont forráspont oldhatóság TŰZVESZÉLYES, HATÁSÚ

színtelen szagtalan -116,3oC +34,6 oC vízben korlátozottan oldódik benzolban jól oldódik

BÓDÍTÓ

A dietil-éter vízben csak korlátozottan oldódik, mivel a hidrogénkötésben csak oxigénatomjának nemkötő elektronpárjával vehet részt. A dietil-éter alacsony forráspont értéke annak tulajdonítható, hogy a molekula kevéssé dipólusos, ezért csak nagyon gyenge dipólus-dipólus kölcsönhatások léphetnek fel a molekulák között. Ezzel magyarázható az a tény is, hogy az éter gyorsan párolog. A éterrel bánjunk óvatosan, mivel gőzei nyílt láng közelében könnyen meggyulladhatnak. A körmüket lakkozó hölgyek jól ismerik az acetont, hiszen a körömlakk-lemosó oldat egyik fontos alkotója. Az aceton:

összegképlet

C3H6O

félkonstitúciós képlete: tudományos neve:

dimetil-keton vagy 2-propanon

Az aceton funkciós csoportja a karbonil csoport. A KARBONILCSOPORTOT TARTALMAZÓ VEGYÜLETEK A KETONOK KARBONILCSOPORT SZERKEZETE A ketonokat kétféle módon nevezhetjük el: 1. Elnevezzük a karbonil-csoport két oldalán levő alkil-csoportot és hozzátesszük a keton végződést (dimetil-keton). 2. Megkeressük a leghosszabb szénláncot, amely tartalmazza a karbonil-csoportot és a szénatomszámnak megfelelő szénhidrogén nevéhez (propán) az -on végződést illesztjük. 3. A karbonilcsoporthoz közelebbi láncvégről megszámozzuk a szénláncot. 4. A szénhidrogén nevéhez a karbonilcsoportot tartalmazó szénatom számát a vegyület neve után, a végződés elé illesztjük. (propán-2-on).

Hasonlísuk össze az acetaldehid és az aceton félkonstitúciós képletét! Találunk-e hasonló csoportot a két képletben?

AZ

ALDEHIDEK ÉS A KETONOK OXOCSOPORTOT TARTALMAZNAK, VEGYÜLETCSOPORTOT OXOVEGYÜLETEKNEK NEVEZZÜK.

EZÉRT

A

KÉT

OXOCSOPORT SZERKEZETE Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg az aceton tulajdonságait! Vizsgáljuk meg az aceton színét, szagát, vízben és benzolban való oldhatóságát. Kenjünk kevés körömlakkot egy Petri-csésze hátsó oldalára és mossuk le 2 cm3 acetonnal. Az acetonos oldatot öntsük kémcsőbe, amelyet forró vízzel telt főzőpohárba helyezünk. Mit tapasztalunk? Az aceton fizikai tulajdonságai


86

szín szag olvadáspont forráspont oldhatóság

színtelen jellemző -94,6 oC 56,5 oC vízben jól oldódik benzolban jól oldódik

Az aceton jól oldódik vízben , de benzolban is. Alacsony forráspontja és gyorsan párolgó tulajdonsága annak tulajdonítható, hogy a molekulák között csak dipólus-dipólus kölcsönhatás lép fel. Az aceton szagával máshol is találkozhatunk. A cukorbetegségben szenvedő betegek szervezetében nem termelődik megfelelő mennyiségű inzulin (hormon). Ennek a hormonnak a hiányában a szervezetbe került cukrok, zsírok és fehérjék lebontása nem megfelelő, belőlük más anyagok keletkezése mellett, aceton keletkezik. Ekkor az aceton felszaporodik a szervezetben és megjelenik a vizeletben is. Ebben a betegségben szenvedő betegek lehelete ezért acetonszagú.

3. 4. 4. Karbonsavak a konyhában és szervezetünkben 3.4.4.1. Tartósítószerek Amikor a tökfőzeléket ízesítjük, vagy uborkasalátát készítünk, vagy éppen csalamádét teszünk el, az ecetesüveget vesszük le a polcról. A savanyúságok eltevésekor nemcsak savanyú íze, de tartósító hatása miatt használunk ecetet. A tartósítószerek feladata, hogy megakadályozza a rothadást és penészedést okozó apró élőlények elszaporodását az élelmiszerekben. Mi a különbség az ételecet és az ecetesszencia között? Nézz körül az élelmiszerboltban, milyen ecetféleségeket lehet kapni?

ECETESÜVEGEK CSEM EGE UBORKA BELÉPÉS 78.OLD Az ételecet és az ecetesszencia az ecetsav vizes oldata. A tömény ecetsavat jégecetnek nevezzük. Tanári kísérlet: A jégecet tulajdonságai Vizsgáljuk meg a jégecet színét, szagát, vízben való oldhatóságát és vizes oldatának kémhatását! Tegyünk egy nagy főzőpohárba tört jeget és helyezzünk bele egy kémcsövet, amelybe előzőleg jégecetet öntöttünk. Öntsünk egy főzőpohárba 5 cm3 jégecetet és vasháromláb, azbesztlap közbeiktatásával melegítsük forrásig. A fejlődő gőzt gyújtópálcával gyújtsuk meg! Vigyázat, a jégecet maró hatású! Az ecetsav

összegképlete: C2H4O2 félkonstitúciós képlete:

Az ecetsav a karbonsavak közé tartozik. A KARBONSAVAK FUNKCIÓS CSOPORTJA A KARBOXIL CSOPORT A KARBOXIL CSOPORT LÉNYEGÉBEN ÖSSZETETT FUNKCIÓS KARBONILCSOPORTBÓL ÉS EGY HIDROXILCSOPORTBÓL ÁLL.

CSOPORT, AMELY EGY

A karbonsavakat az alábbi szabályok szerint nevezzük el: 1. Megkeressük a leghosszabb szénláncot, amely a karboxil-csoportot tartalmazza (4 szénatomos) és az ennek megfelelő szénhidrogén lesz az elnevezés eleje (bután). 2. A karbonsavak sav végződést kapnak (butánsav). 3. Megszámozzuk a szénláncot a karboxil-csoporttól kezdődően és megkeressük hányadik szénatomon, milyen csoport található (3-hidroxibutánsav). Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

87

Az ecetsav fizikai tulajdonságai szín színtelen szag csípős szagú olvadáspont 16,7 oC forráspont 118,1 oC oldhatóság vízben jól oldódik benzolban rosszul oldódik A jégecet a nevét arról a tulajdonságáról kapta, hogy 16 oC-on a jéghez hasonló kristályokká dermed. Az olvadáspontja magas, mivel az ecetsavmolekulák között erős hidrogénkötés tud kialakulni.

HIDROGÉNKÖTÉS ECETSAVMOL KÖZÖTT Vízben jól oldódik, mivel a vízmolekulákkal hidrogénkötést képes kilakítani. Vizes oldata savas kémhatású, mivel a vízmolekuláknak protont képes átadni: CH3COOH + H2O ---› CH3COO- + H3O+

HIDROGÉNKÖTÉS ECETSAVMLEKULÁK KÖZÖTT Az ecetsavmolekulák között olyan erős hidrogénkötés lép fel, hogy még gőzállapotban is két két ecetsavmolekula kapcsolódik össze, ezzel mintegy megkétszereződik az ecetsavmolekula tömege. Ennek tulajdonítható az ecetsav magas forráspontértéke. Az ecetsav gőzeit meggyújtva szén-dioxid és víz keletkezik az alábbi egyenlet szerint: CH3COOH + 2O2 ---› 2CO2 + 2H2O

Az élelmiszerboltokban sokféle ecetet lehet kapni. Vannak természetes úton, erjesztéssel készített ecetek, ilyenek az alma, a bor, a hagyma, a tárkony ecetek. TÁRKONY, BORECET Mi keletkezett, amikor a bort a pohárban pár napig állni hagytuk?

A természetes úton készült ecetek alapanyaga híg alkoholos oldat, amelyet ecetsavbaktériumok oxigén segítségével erjesztenek ecetté. ecetsavbaktériumok CH3CH2OH + O2 ---------------------------------› CH3COOH +H2O

Ilyen eljárással 4-13 m/m%-os ecetsav-oldatot lehet előállítani. Leginkább borból és gyümölcscefréből készítenek természetes ecetféleségeket. Néha ezeket az ecetféleségeket tárkonnyal vagy mustármaggal ízesítik. Ecetesszenciát nem lehet erjesztéssel előállítani. Ezt acetaldehidnek katalizátor jelenlétében való oxidációjával állítják elő.. ACETALDEHID OXIDÁCIÓJA Az így kapott ecetsavoldatot hígítva hozzák forgalomba. Jegyezzük fel, hogy milyen anyagokat használnak a Gulyáskrém, a Piros Arany, a Ráma margarin, a majonéz, ketchup, lekvárok, üdítőitalok Túró Rudi, tartósítására!

A hangyasavat gyümölcsízek, gyümölcskocsonyák tartósítására használják. Az üdítőitalokban 0,03%m/m% hangyasav van. A hangyasav

összegképlete: CH2O2 félkonstitúciós képlete:

HANGYA RAJZA Tanári kísérlet: A hangyasav vizsgálata Vizsgáljuk meg a hangyasav színét, szagát, vízben és benzolban való oldhatóságát vizes oldatának kémhatását!


88

Miért oldódik a hangyasav vízben? Miért savas a hangyasav vizes oldata? Minek tulajdonítható a hangyasav magas olvadáspontja?

A hangyasav a nevét a vöröshangyákról kapta. Ha egy hangyaboly fölé tesszük a kezünket és utána megszagoljuk jól érezhetjük a hangyasav jellegzetes szagát. A tartós kenyereket és cukrászsüteményeket a propionsav sóival tartósítják, hogy megakadályozzák a penészedést. A propionsav

összegképlete: C3H6O2 félkonstitúciós képlete: tudományos neve: propánsav

A propionsavból nátrium-hidroxid és kalcium-hidroxid segítségével állítható elő nátriumpropionát és kalcium-propionát: CH3CH2COOH + NaOH ---› CH3CH2COONa + H2O nátrium-propionát 2CH3CH2COOH + Ca(OH)2 ---› (CH3CH2COO)2Ca + 2H2O kalcium-propionát Milyen kémiai reakciótípusba sorolhatók a fenti reakciók?

A szorbinsavat és sóit a szorbátokat sajtok, gyümölcslevek és sütőipari termékek tartósítására használják. A szorbinsav fehér, kristályos anyag, amely vízben rosszul oldódik. A szorbinsav

összegképlete: C6H8O2 félkonstitúciós képlete: tudományos neve: hexa- 2,4-diénsav

A szorbinsav és a nátrium-, kálium- és kalcium-szorbátok az élelmiszerek penészesedését akadályozzák meg. Néha a csomagolóanyagokat is szorbinsavval kezelik, hogy így is védjék az élelmiszereket. A világon a legnagyobb mennyiségben a benzoésav nátrium sóját (nátrium-benzoát) használják fel tartósításra. Használják levesporok, konzervek, gyógyászati és kozmetikai termékek tartósítására. A benzoésav

összegképlete: félkonstitúciós képlete: Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg a benzoésav és a nátrium-benzoát tulajdonságait! (Mindkét anyagot élelmiszerboltban vagy gyógyszertárban megvásárolhatjuk.) Vizsgáljuk meg a két anyag színét, szagát, vízben és benzolban való oldhatóságát és vizes oldatuk kémhatását! Tegyünk egy főzőpohárba egy kanálnyi benzoesavat, majd helyezzük vasháromlábból és azbeszthálóból álló készülékre. Tegyünk a főzőpohár tetejére egy óraüveget és melegítsük a főzőpoharat. Mit tapasztalunk?

NÁTRIUM BENZOÁT, GULYÁAKRÉM, MAJONÉZ, KETCUP, TÚRÓ RUDI A benzoesav tulajdonságai szín szag olvadáspont forráspont oldhatóság

színtelen szagtalan 121,7 oC (olvadáspontja alatt szublimál) 249,2 oC vízben rosszul oldódik benzolban jól oldódik

Az egyik legrégebben használt tartósítószer a befőzési szalicil.


89

BEFŐZÉSI SZALICIL A szalicilsav

összegképlete: C7H6O3 félkonstitúciós képlete: tudományos neve: 2-hidroxi-benzoésav

Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg a szalicilsav tulajdonságait! Vizsgáljuk meg a szalicilsav színét, szagát, vízben és benzolban való oldhatóságát! A szalicilsav tulajdonságai szín szag olvadáspont forráspont oldhatóság

színtelen szagtalan 159 oC 211 oC vízben rosszul oldódik benzolban jól oldódik

Az előzőekben felsorolt tartósítószerekkel ellentétben a szalicilsav szervezetbe kerülésekor kiütéseket, köhögést, fejfájást, hasmenést és szívritmuszavarokat okozhat. Ezért mamár nem használják tartósítószernek. Ha mégis ezt tennénk a befőttre, fogyasztás előtt távolítsuk el a befőtt tetejéről. A szalicilsav jelentősége ma a belőle készült Kalmopyrin és Istopirin előállításában van. Erről a gyógyszerekről szóló fejezetben ejtünk szót. Hogyan állítják elő a szalicilsavat? A szalicilsavat fenolból állítják elő. A fenolok funkciós csoportja a hidroxilcsoport. Melyik vegyületcsoport funkciós csoportja szintén a hidroxilcsoport?

A

FENOLOK ABBAN KÜLÖNBÖZNEK AZ ALKOHOLOKTÓL, HOGY A FENOLOKBAN A HIDROXILCSOPORT AZ AROMÁS GYŰRŰHÖZ KAPCSOLÓDIK

Tanári kísérlet: Vizsgáljuk meg a fenol tulajdonságait! Vizsgáljuk meg a fenol színét, szagát, vízben és benzolban való oldhatóságát! Oldjunk fel fenolt fél kémcsőnyi vízben és vizsgáljuk meg az oldat kémhatását univerzál indikátorpapírral! Tegyünk egy kémcsőbe kevés tojásfehérje-oldatot és öntsünk az oldathoz a fenolos oldatból. Mit tapasztalunk? Vigyázat a fenol méreg, gumikesztyűben dolgozzunk! A fenol fizikai tulajdonságai szín színtelen szag jellemző olvadáspont 42 oC forráspont 181 oC oldhatóság vízben korlátozottan oldódik benzolban MÉRGEZŐ

A fenol tiszta állapotban színtelen kristályos anyag, de levegőn először rózsaszínű, majd barnás színűvé válik. Vízben korlátozottan oldódik, mivel csak a hidroxilcsoporttal tud részt venni a hidrogénkötésekben, de aromás gyűrű nem képes erre. A fenol vizes oldata kismértékben savas kémhatású, mivel a hidroxilcsoport protonját képes átadni a víznek. Ennek a tulajdonságának köszönheti régi nevét, karbolsav. FENOL VÍZZEL VALÓ REAKCIÓJA


90

A fenol kémhatása savas, holott ugyanazt a funkciós csoportot tartalmazza, mint az alkoholok, amelyek vizes oldatának kémhatása semleges. A különbség oka a benzolgyűrűbe keresendő. A proton leadásakor keletkező fenolát ion igen stabil képződmény, mivel az oxigénen maradó elektron a benzolgyűrű felé delokalizálódik, ezért stabilabb képződmény, mint az alkoholátion.

A fenol sejtméreg, ezért használták régebben fertőtlenítésre. A szalicilsav gyártásakor a fenolból először nátrium-fenolátot állítanak elő. FENOL NÁTRIUM-HDROXIDDAL VALÓ REAKC Milyen reakciótípusba sorolható a fenti reakció?

A nátrium-fenoláthoz ezután magas hőmérsékleten és nagy nyomáson szén-dioxidot adnak. NÁTRIUM-FENOLÁT SZÉN-DIOXIDDAL Majd erős savat adnak a vegyülethez. NÁTRIUM-SZALICILÁT ERŐS SAVVAL A fenolok csoportjába tartozik a hidrokinon, tudományos nevén 1,4 dihidroxi-benzol

HIDROKINON SZERKKÉPL Ezt az anyagot használják a filmek előhívásakor a hívóoldatban. Hogyan hívják elő a filmeket?

3.4.4.2. Az élelmiszerek karbonsavai Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg az alma, a citrom, az aludttej, a sóska és a savanyú káposzta kémhatását! Nedvesítsünk meg univerzál indikátorpapírt és érintsük a vizsgálandó gyümölcsökhöz és zöldségfélékhez. A sóskából készítsünk pépet és úgy végezzük el a vizsgálatot.

élelmiszer alma citrom aludttej savanyú káposzta sóska spenót egres

sav neve almasav citromsav tejsav

összegképlet C4H6O5 C6H8O7 C3H6O3

sav tudományos neve 2-hidroxibutándisav 3-hidroxi-1,3,5-pentántrisav 2-hidroxipropánsav

oxálsav

C2H2O4

etándisav

SAVAK FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Az aludttej úgy keletkezik, hogy a tejben levő tejcukor tejsavbaktériumok hatására tejsavvá alakul át. A keletkező tejsav hatására a tejfehérje kicsapódik. A sóska és a spenót oxálsavat tartalmaz. A oxálsav kétértékű karbonsav, vagyis két karboxilcsoportot tartalmaz. Hasznos-e a kisgyermekek számára a gyakori spenót és sóska fogyasztása?

Az oxálsav a kalciumionokkal vízben nem oldódó sót képez. Ez a folyamat a szervezetben is végbemegy és ekkor vesekő (kalcium-oxalát) képződhet. A vesekő szervezetből való kiürülése nagy fájdalommal jár. Az oxálsavat megtaláljuk a különféle rozsdafolt tisztító készítményekben is, mivel a vasionokkal vízben oldódó vegyületet képez, így a folt kimosható a ruhából. Az oxálsavval óvatosan dolgozzunk, mivel kis mennyiségben (5g) is méreg, bőrön és nyálkahártyán át gyorsan felszívódik, vese és vérkeringést károsító hatása van. Sokat hallani manapság a különféle arckrémek hirdetéseiben az AHA savakról. Ez az elnevezés hidroxi karbonsavakat jelent, ilyen pl. a tejsav vagy a gyümölcssavak. Hatásukra felgyorsul a bőr felső elhalt hámrétegének leválása.


91

3.4.4.3. A szervezet citrát ciklusának karbonsavai A szervezet izom és máj sejtjeinek sejtszervecskéjében (mitokondrium) megy végbe egy körfolyamat, melynek szereplői karbonsavak, és amely folyamatnak kulcsszerepe van a szervezet táplálék lebontó és energiafelszabadító, valamint a szervezet anyagait felépítő folyamataiban. Amikor egy szelet csokoládét eszünk, akkor a csokiban levő szénhidrát bekerülve a gyomorba ott felszívódik és a véráram útján a sejtekbe jut. Itt kisebb molekulákra bomlik és végül piroszőlősav keletkezik belőle. A piroszőlősav belép a citrát-ciklusba és az oxálecetsavval kapcsolódva citromsav keletkezik belőle, majd tovább folytatja útját a ciklusban. Látható, hogy a ciklus egyes lépéseiben szén-dioxid és hidrogénatomok keletkeznek. A szén-dioxid a sejtekből véráram útján a tüdőbe jut, majd a légcsere alkalmával kilélegezzük. A két hidrogénatom egy hosszabb folyamaton keresztül a sejtekbe került oxigénnel egyesül és víz keletkezik belőle. Ez a víz szintén távozik a szervezetből. A víz keletkezése energiafelszabadulással jár, ez az energia a szervezet energiatároló molekuláiban tárolódik és amikor szükség van rá (futás, tanulás, szatyor cipelése) felszabadul. A ciklus természetesen sokkal összetettebb, mint ahogy azt az előbb tárgyaltuk, végbemeneteléhez számos más anyagra(pl. enzimekre) is szükség van. Természetesen nemcsak a szénhidrátok, de a többi tápanyag (fehérjék és zsírok) is belép ebbe a körfolyamatba és lebontásukkor energia szabadul fel. Ha a szervezetnek szüksége van a különböző anyagainak (fehérjék, zsírok, nukleinsavak, vitaminok) felépítésére, akkor a citrátciklus karbonsavaiból kiindulva ezeknek az anyagoknak a felépítése is lehetséges. A lebontó és a felépítő folyamatok egészséges emberben egyensúlyban vannak. Elhízáskor a túl sok szénhidrát vagy zsír evéséből a szervezet zsírokat épít fel és ebből alakulnak ki a zsírpárnák. Sportoláskor sok energiát igényel a szervezet, ezért sportoláskor az energia és tápanyag raktárakat lebontja.

CITRÁT CIKLUS Magyarázzuk meg a tejsav, szalicilsav, oxálsav, almasav és a szorbinsav tudományos elnevezését!

3.4.6. Mitől finom illatúak és ízűek a gyümölcsök? Diákkísérlet: Készítsünk gyümölcsésztert! Töltsünk meg egy főzőpoharat félig vízzel. Melegítsük a vizet forrásig. Cseppentsünk egy kémcsőbe 10 csepp karbonsavat (pl. jégecetet) és 10 csepp alkoholt (pl. etil-alkoholt), valamint 2 csepp tömény kénsavat. Helyezzük a kémcsövet a forró vizet tartalmazó főzőpohárba és várjunk 5 percet. töltsünk meg egy Erlenmeyer-lombikot 1/3 részéig vízzel és öntsük bele a kémcső tartalmát, keverjük össze és szagoljuk meg. ( A kísérletet elvégezhetjük metil-alkohol és ecetsav, etil-alkohol és hangyasav, metil-alkohol és hangyasav, valamint más alkoholok és karbonsavak alkalmazásával.)

Amikor megszagoljuk a kapott terméket igazán kellemes illatot érzünk. Nem véletlenül, hiszen a gyümölcsök aromájának egyik meghatározói a gyümölcsészterek. A fenti kísérletben a következő folyamat játszódott le: GYÜMÖLCSÖK BEN LÉVŐ ÉSZTEREK ccH2SO4 karbonsav + alkohol -------------›észter + víz

ECETSAV REAKCIÓJA ETIL-ALKOHOLLAL Ezt a folyamatot észterképződésnek nevezzük. A koncentrált kénsav a folyamatban katalizátor szerepet tölt be. A két ellentétes irányú nyíl az egyenletben arra utal, hogy az etil-alkoholból és az ecetsavból észter és víz keletkezik, de az észter vízzel reagálva alkohollá és karbonsavvá


92

képes visszaalakulni. A visszaalakulás folyamatát az észter hidrolízisének (hüdor=víz, lizisz=bomlás, görög) nevezzük AZ ÉSZTEREK FUNKCIÓS CSOPORTJA AZ ÉSZTERCSOPORT ÉSZTERCSOPORT ÉSZTEREK ELNEVEZÉSE Az észterek elnevezése 1. Megkeressük az észtercsoport szénatomját. A szénatomhoz egyszeres kötéssel kapcsolódó oxigénatom mellé egy hidrogénatomot képzelünk és megállapítjuk a megfelelő karbonsav nevét (etánsav). 2. Megállapítjuk az oxigénatom másik oldalán levő alkilcsoport nevét (propil). 3. Az észter neve tehát karbonsav-alkil-észter (etánsav-propil-észter). A fenti folyamat alapján az észtereket mesterségesen is elő lehet állítani. Ilyen készítmények az élelmiszer boltokban aromaként (rum, dió, meggy) kaphatók. Ezeket az aromákat használják fagylaltok, üdítőitalok és likőrök készítésére. A valódi gyümölcsökből készült italok és ételek kellemesebb ízűek, hiszen az észter a gyümölcsök illatának és zamatának csak egyik alkotója, az ízek kialakításában a cukrok, a glicerin, a karbonsavak egyaránt részt vesznek. Milyen alkoholokból és milyen kabonsavakból állítható elő a málna, az ananász, az őszibarack, a rum, a banán, a körte és az alma aromája? Írd fel a képződés egyenletét! KIS SZÉNATOMSZÁMÚ ALKOHOLOK KISSZÉNATOMSZÁMÚ KARBNONSAVAKKAL KÉPZETT ÉSZTEREIT GYÜMÖLCSÉSZTEREKNEK NEVEZZÜK

Viaszok Ha kifényesítünk egy szép piros almát, vagy megfigyeljük hogyan szalad le az esőcsepp a szilva felületén, a viasz egyik tulajdonságát, víztaszító képességét figyeltük meg. A viaszréteg védi meg a gyümölcsöket az árnedvesedéstől.

A

VIASZOK NAGYSZÉNATOMSZÁMÚ KARBONSAVAKKAL KÉPZETT ÉSZTEREI

ALKOHOLOK

NAGYSZÉNATOMSZÁMÚ

Egyik fontos viaszféleség a méhviasz.

MÉH KÉPE A méhcsalád dolgozó tagjainak potrohszelvényein életük tizedik napján két ún. viaszpikkely jelenik meg. Ezekből a pikkelyekből nyeri a méh a hátulsó lábak sarkán levő visszahúzó serték működtetésével a méhviaszt. A méhviaszt először rágóival megdagasztja, majd lépeket épít belőle. Ha egy pikkelyt elveszít nyomban kiizzadja a következőt, tehát a termelés folyamatos. Ezekbe a lépekbe gyűjtik a méhek a mézet. Mivel a viasz rossza hővezető, ezért a fészek szigetelését is megoldja. A méhviasz egy keverék, amelynek fő alkotója a palmitinsavmiricilészter miricilalkoholból (CH3-(CH)30-OH palmitinsavból (CH3-(CH2)14COOH álló észter. A méhviasz fontos gyógyászati és kozmetikai alapanyag. Rendkívül drága anyag, hiszen 1 kg viasz előállatásához 150 000 méh viasztermelése szükséges.

mit tanultunk eddig? A szénből, hidrogénből és oxigénből álló vegyületek közül eddig megismertük: a vegyületcsoport

a funkciós csoportjának


eddig tanult

93

neve

neve

alkoholok

tudományos nevének végződése -ol

fenolok éterek aldehidek ketonok karbonsavak

-fenol -éter -al keton, vagy -on -sav

hidroxil éter formil karbonil karboxil

észterek

-sav..-il észter

észter

szerkezete

hidroxil

példák metil-alkohol, etil-alkohol, glicerin, glikol hidroxi-benzol dietil-éter acetaldehid aceton ecetsav, hangyasav, tejsav, benzoésav stb. gyümölcsészterek, viaszok

1. Sorold be az alábbi anyagokat az oxigéntartalmú szerves vegyületei tanult csoportjaiba! 2-butanon, pentanal, 2-propanol, etil-metil-éter, 1,2 dimetil-fenol, 3-metil-butánsav, metánsav-propil-észter Írd le a fenti vegyületek félkonstitúciós képletét! 3.4.7. Hogyan állítható elő alkoholból a többi oxigéntartalmú szénvegyület? 1. Éterek előállítása alkoholból Tanári kísérlet: Dietil-éter előállítása Egy kémcsőbe öntsünk 6 cm3 etil-alkoholt és 4 cm3 tömény kénsavat. A kémcsövet állványba erősítjük. A kémcső nyílásába illesszünk egyfuratú parafadugót, melynek nyílásába kétszer hajlított üvegcsövet helyeztünk. Az üvegcső másik vége egy szintén egyfuratú dugóval ellátott üvegcsőbe vezet. Az üvegcsövet előzőleg egy kémcsőbe helyezzük. A kémcsövet egy hideg vízzel telt főzőpohárba helyezzük. Az etil-alkoholt és kénsavat tartalmazó kémcsövet óvatosan melegítsük.

A fenti kísérletben a következő folyamat játszódott le: ccH2SO4 C2H5OH + C2H5OH -------------› C2H5OC2H5 + H2O etil-alkohol dietil-éter

A két alkohol molekulából egy molekula víz lép ki és ekkor éter keletkezik. Milyen anyagot állítottunk elő ugyanezekből a kiindulási anyagokból? (Gondolj az alkénekre!)

2. Aldehidek előállítása alkoholból Diákkísérlet: Acetaladehid előállítása Öntsünk egy kémcsőbe etil-alkoholt! Erősítsünk egy rézspirált egy üvegbotra, és tartsuk égőnk lángjába. Milyen színű lett a rézspirál? Miért? Ismét tegyük a lángba a rézspirált és izzítsuk fel, majd helyezzük az etil-alkoholt tartalmazó kémcsőbe. Szagoljuk meg a kémcső tartalmát! Milyen színű lett a rézspirál? Miért?

KÍSÉRLET RAJZA A fenti kísérletben az alábbi folyamatok játszódtak le: 2Cu + O2 ----› 2CuO CH3CH2OH + CuO ---›

CH3CHO + H2O + Cu acetaldehid


94

Mennyi a rézatom oxidációs száma a rézben és a réz-oxidban? Mennyi az oxidációs száma az alkoholok funkciós csoportjához kapcsolódó szénatomnak? Mennyi a szénatom oxidációs száma a formilcsoportban? Milyen típusú kémiai reakció a fenti folyamat? Melyik anyag oxidálódott és melyik redukálódott a fenti folyamatban? Az aldehidek milyen kémiai tulajdonságú vegyületek a fenti reakció alapján? Tanári kísérlet: Ismételjük meg az előbbi kísérletet metil-alkohol segítségével!

A kísérletben lejátszódó kémiai folyamatok a következők: 2Cu + O2 ---› 2CuO CH3OH + CuO ---›

A formaldehid

HCHO + Cu formaldehid

összegképlete: CH2O félkonstitúciós képlete:

A formaldehid fizikai tulajdonságai szín színtelen szag szúrós szagú olvadáspont -92oC forráspont -21oC oldhatóság vízben jól oldódik benzinben rosszul oldódik MÉRGEZŐ

A formaldehid a vízzel reakcióba lép és metán-diol molekula keletkezik belőle: FORMALDEHID REAKCIÓJA VÍZZEL A metán-diol molekulák állás közben vízkilépéssel hosszú láncmolekulává kapcsolódnak össze. A láncmolekulát paraformaldehidnek nevezzük. Ezek a láncmolekulák az üveg aljára ülepednek le. A paraformaldehidet vízzel melegítve formaldehiddé alakul. PARAFORMALDEHID KELETKEZÉSE A formaldehid 40 m/m%-os vizes oldatát formalinnak nevezik. A formalin sejtméreg, ezért fertőtlenítésre és állatpreparátumok tartósítására használják. Mennyi a szénatom oxidációs száma a metil-alkohol molekulában és a formaldehid molekulában?

Nem minden alkoholból lehet aldehidet előállítani.. A fenti reakcióval csak az elsőrendű alkoholokból lehet aldehidet előállítani. AZT AZ ALKOHOLMOLEKULÁT, AMELYNEK HIDROXILCSOPORTJA OLYAN SZÉNATOMHOZ KAPCSOLÓDIK, AMELY SZÉNATOM CSAK EGY MÁSIK SZÉNATOMHOZ KÖTŐDIK, ELSŐRENDŰ ALKOHOLOKNAK NEVEZZÜK. Ilyen alkohol az etil-alkohol, metil-alkohol. Rajzold le a négy és a hétszénatomos elsőrendű alkoholok félkonstitúciós képletét!

3. Karbonsavak előállítása alkoholból aldehiden át Hogyan lehet természetes úton alkoholból karbonsavat előállítani?


95

Alkoholból először aldehidet állítanak elő az előző pontban foglaltak szerint. Majd az aldehidek oxidálásával (lsd. ecetesszencia előállítása) lehet karbonsavat előállítani. Hogyan készítettünk üvegtükröt? Diákkísérlet: Ezüsttükör-próba Töltsünk meg egy kémcsövet 1/3 részéig 17 g/dm3 koncentrációjú ezüst-nitrát oldattal, és csepegtessünk hozzá annyi 70g/dm3 koncentrációjú ammónia-oldatot, amelyben a kezdetben leváló csapadék feloldódik. Öntsünk az oldathoz 1 cm3 acetaldehidet vagy formaldehidet. Helyezzük a kémcsövet forró vízzel telt főzőpohárba. Mit tapasztalunk?

KÍSÉRLET RAJZA A fenti kísérletben az alábbi folyamat játszódott le: 2 Ag+ + 2NO3- + 2NH4+ + 2OH- ---› Ag2O + 2NH4+ + 2NO3- + H2O ezüst-oxid (ez a leváló csapadék) Ag2O + 4NH4+ + 2OH- ----› 2/Ag(NH3)2/+ + 3H2O komlex vegyület (így oldódik fel a csapadék) 2[Ag/NH4/]2+ + 2NO3- + 2OH- + HCHO ---›2Ag + 2NO3- + 2NH4+ + HCOOH + H2O

A folyamat lényege: 2Ag+ + 2OH- + HCHO ---› 2Ag + HCOOH + H2O Hogyan változott az ezüstion oxidációs száma a folyamatban? Hogyan változott a formaldehid szénatomjának oxidációs száma a folyamatban? Melyik anyag oxidálódott és melyik redukálódott a folyamatban? Diákkísérlet: Fehling-reakció aldehidekkel Öntsünk egy kémcsőbe 2 cm3 Fehling I-oldatot (réz-szulfát-oldat), majd csepegtessünk hozzá ennyi Fehling II oldatot (nátrium, kálium-tartarát-oldat és nátrium-hidroxid-oldat), melynek segítségével a leváló csapadék feloldódik. Öntsünk az oldatba formaldehidet vagy acetaldehidet, majd óvatosan melegítsük a kémcső tartalmát. Mit tapasztalunk?

KISÉRLET RAJZA Mi a réz-szulfát összegképlete?

A Fehling II.-oldat a borkősav nátrium és kálium sójának oldatát és nátrium-hidroxid oldatot tartalmaz. BORKŐSAV RAJZA A fenti kísérletben az alábbi folyamatok játszódtak le: Cu2+ + SO42- + 2Na+ + 2OH- ---› Cu(OH)2 + SO42- + 2Na+ kék csapadék Cu(OH)2 + borkősav ---› Cu2+(tartarát) + 2OHfeloldódott sötétkék oldat 2Cu2+(tartarát) + 4OH- + HCHO ---› Cu2O + HCOOH + 2H2O vörös csapadék

A folyamat lényege: 2+ Cu + 4OH + HCHO ---› Cu2O + HCOOH + 2H2O Mennyi a rézatom oxidációs számának változása a folyamatban? Mennyi a formaldehid szénatomjának oxidációsszám változása a folyamatban? Melyik anyag oxidálódott és melyik redukálódott a folyamatban?

Az aldehidek a fenti folyamatokban karbonsavvá oxidálódtak, miközben az ezüstionokat és a rézionokat redukálták. 4. Ketonok előállítása alkoholokból Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

96

Mint láttuk az elsőrendű akoholok oxidálásakor aldehidek keletkeznek. A másodrendű alkoholok oxidációjakor ketonok keletkeznek. A MÁSODRENDŰ ALKOHOLOKBAN A HIDROXILCSOPORT OLYAN KAPCSOLÓDIK, AMELY SZÉNATOM MÁSIK KÉT SZÉNATOMHOZ KÖTŐDIK

SZÉNATOMHOZ

Diákkísérlet: Aceton előállítása Öntsünk egy kémcsőbe propán-2-olt. Végezzük el az aldehidek előállításánál már megismert kísérletet!

A fenti kísérletben az alábbi folyamat játszódik le: 2-PROPANOL RÉZ-OXIDDAL REAKCIÓJA 5. Karbonsav előállítása alkoholból ketonon át Az előző pontban láttuk, hogyan lehet alkoholokból ketonokat előállítani. Próbáljunk meg a ketonokból, hasonlóan az aldehidekhez karbonsavakat előállítani. Diákkísérlet: Végezzük el acetonnal az ezüsttükör-próbát és a Fehling-reakciót!

A ketonok enyhe oxidálószerekkel nem oxidálhatók, ezért nem adják az ezüsttükör-próbát és a Fehling-reakciót. A ketonok karbonsavvá oxidálásához erősebb oxidálószer szükséges. Ilyen pl. a koncentrált salétromsav. 2 HNO3 ---› H2O + 2NO2 + O

A koncentrált salétromsav bomlása közben egy oxigénatom keletkezik, amely rendkívül reakcióképes. ACETON OXIDÁCIÓJA SALÉTROMSAVVAL A karbonilcsoport egyik oldalán a kötés felszakad. A metilcsoportból az oxigén hatására hangyasav, a maradék, két szénatomos részből ecetsav keletkezik. Készítsünk a 2-pentanonból karbonsavat!

REAKCIÓEGYENLET 6. Észter előállítása alkoholból Milyen anyagok segítségével lehet alkoholból észtereket előállítani? Sorolj fel példákat, milyen észtert, milyen alkoholból és milyen karbonsavból lehet előállítani?

7. Szén-dioxid előállítása alkoholból aldehiden és karbonsavon át Metil-alkoholból kiindulva formaldehidet a második pontban foglaltak szerint állíthatunk elő. Formaldehidből ezüsttükör-próba vagy Fehling-reakció segítségével állíthatunk elő hangyasavat. Diákkísérlet: Fehling-reakció és az ezüsttükör-próba hangyasavval Végezzük el a Fehling-reakciót és az ezüsttükör-próbát hangyasavval a harmadik pontban foglaltak szerint. Milyen anyag képződhetett folyamatban?

A hangyasav az egyetlen karbonsav, amelyben megtalálható a formil csoport. Ennek következtében adja az aldehidekre jellemző reakciókat. Természetesen égéssel minden oxigéntartalmú szénvegyületből szén-dioxid állítható elő.


97

mit tanultunk eddig? A szénből, hidrogénből és oxigénből álló szénvegyületek tulajdonságai: vegyületcsoport neve

vízben való oldhatóság

vizes oldatának kémhatása

alkoholok

forráspont azonos szénatomszám esetén 2.

adja-e a Fehling reakciót és az ezüsttükör-próbát

gyengén savas ----------------------

funkciós csoportjának oxidációjakor keletkezett vegyület primerből aldehid szekunderből keton ----------------karbonsav karbonsav

C4nél kisebb jól oldódik

_____

fenolok éterek aldehidek ketonok

(magas) 6. 4 3

karbonsavak

1.

észterek

5.

korlátozottan rosszul korlátozottan aceton korlátlanul C3-nál kisebb jól oldódik rosszul

savas

----------

csak a hangyasav

--------

----------

nem

nem nem nem igen nem

A forráspontra és a vízben való oldhatóságra vonatkozó megállapítások tekintetében táblázatban foglaltak csak a kisszénatomszámú oxigéntartalmú szénvegyületekre igazak. Ugyanis a funkciós csoport hatása egy hosszabb szénlánc mellett már csak korlátozottan érvényesül, így a hosszú szénláncú alkoholok, karbonsavak forráspontja már alig különbözik a többi oxigéntartalmú szénvegyület forráspont értékétől. 1. Négy kémcsőben a következő folyadékok vannak: ecetsav, acetaldehid, aceton, etilalkohol. Nem tudjuk melyik kémcsőben melyik oldat van. Hogyan tudnád azonosítani az oldatokat, ha rendelkezésedre áll Fehling I,II -oldat, universal indikátorpapír, rézspirál. Írd le milyen vizsgálatokat végeznél el! Írd le a folyamatok egyenletét! 2. Állíts elő alkoholból kiindulva dimetil-étert! Milyen alkoholból indulnál ki és milyen anyagot használnál a folyamathoz? Írd fel a folyamat egyenletét! 3. Állíts elő propanalt alkoholból! Milyen alkoholból kell kiindulni és milyen anyagot használsz? 4. Állítsd elő hangyasav, propánsav és ecetsav keverékét a megfelelő ketonból! Milyen ketonból indulnál ki? 5. Állíts elő propánsav-metil észtert! Milyen anyagokból indulnál ki, milyen reakciót végeznél el? 6. Állíts elő butánsavat a megfelelő aldehidből! Milyen aldehidből indulnál ki? Milyen reakciót végeznél el? 7. Karcsi bácsiéknál hagymás rostélyos volt a vacsora, amelyhez 400cm3 Tihanyi merlot-t (12Mo) fogyasztott el. Mennyi alkohol került a szervezetébe? Mennyi Kecskeméti barackpálinkát ihatott volna, hogy ugyanennyi alkohol kerüljön a szervezetébe? (34,8 g alkohol/100cm3pálinka) Mennyi sört ihatott volna, hogy ugyanennyi alkohol kerüljön a szervezetébe? Mikor vezethet autót Karcsi bácsi? 8. Lehet-e denaturált szeszből likőrt készíteni? 9. Milyen tulajdonsága miatt használják az etilén-glikolt fagyállónak? 10. Milyen anyagot használnál - a terítőre cseppent pörköltszaft eltávolítására? - a baracklekvár tartósításához? - ananászlikőr készítéséhez? - zöldparadicsom eltevéséhez? - kézkrémek készítéséhez? Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

98

- rozsdafolt eltávolításához? - ecet készítéséhez? - papír vízhatlanításához? 11. Írd le a használt vegyületek félkonstitúciós képletét! 12. Milyen tüneteket okozhat az alábbi anyagok belélegzése, illetve elfogyasztása? - metil-alkohol, - ételecet, - szalicilsav, - oxálsav, 13. - formaldehid, - dietil-éter, - tiszta szesz, 14. - hidroxi-benzol, - jégecet, - glikol, - acetaldehid. 15. Hasonlítsd össze az etil-alkohol, a dimetil-éter, az acetaldehid, és a hangyasav molekulatömegét és forráspontját! Magyarázd meg a különbségeket a másodrendű kötések segítségével! 16. Az alábbi vegyületek közül melyek adják a Fehling-reakciót - dietil-éter - acetaldehid - ecetsav - etilén-glikol - aceton - hangyasav - fenol - etil-alkohol - formaldehid Írd fel a folyamatok reakcióegyenletét!


99

3. 5. Amit megeszünk.. Mit ettél reggelire? Nézd meg az elfogyasztott ételek csomagolásán, mit tartalmazott az elfogyasztott élelmiszer! Becsüld meg, hogy mennyit fogyasztottál az egyes élelmiszerekből! A táblázatok alapján számold ki, mennyi fehérjét, szénhidrátot, zsírt és nyers rostot fogyasztottál? Mennyi energiát fogyasztottál reggelire? A fent felsorolt tápanyagokon kívül milyen vitaminokat, állományjavító anyagokat, színezőanyagokat stb. tartalmazott a reggelid! Melyik volt a legtöbb fehérjét tartalmazó élelmiszer? Melyik élelmiszer tartalmazta a legtöbb energiát? A napi energiaszükségleted hányad részét fogyasztottad el reggelire? (fiúk energiaszükséglete: 6,75 MJ/nap/55 kg testtömeg, 7,11 MJ/nap/60 kg testtömeg, lányok energiaszükséglete: 5,93 MJ/nap/ 55 kg testtömeg, 6,18 MJ/nap/ 60 kg testtömeg)

3.5.1. A zsír, az olaj, a margarin és a vaj Diákkísérlet: Mi a különbség a zsírok és az étolajok között? Vegyünk elő négy kémcsövet, az egyikbe tegyünk egy fél vegyszereskanálnyi zsírt, a másikba öntsünk 2 cm3 olajat. Figyeljük meg a zsír és az étolaj fizikai tulajdonságait! Öntsünk mindkét kémcsőbe 2-2- cm3 brómos vizet és rázzuk össze a kémcsövek tartalmát! Milyen az étolaj és a zsír színe, szaga és halmazállapota? Oldódik-e a zsír és az étolaj vízben? Reakcióba lép-e a zsír és az étolaj brómos vízzel?

3.5.1.1. Miből állnak a zsírok és az étolajok? A zsírok és az étolajok észterek keverékei. A ZSÍROKAT ÉS AZ ÉTOLAJOKAT ALKOTÓ ÉSZTEREK A GLICERINNEK NAGY SZÉNATOMSZÁMÚ TELÍTETT ÉS TELÍTETLEN KARBONSAVAKKAL, ÚN. ZSÍRSAVAKKAL ALKOTOTT ÉSZTEREI.

A zsírokat és az étolajokat alkotó észtereket másnéven glicerideknek nevezzük. Az észter alkoholos alkotórésze: a glicerin Az észter karbonsav alkotórésze: neve palmitinsav sztearinsav neve olajsav linolsav linolénsav

telített zsírsavak tudományos neve hexadekánsav oktadekánsav telítetlen zsírsavak tudományos neve 9-oktadecénsav

összegképlete C15H31COOH C17H35COOH összegképlete C17H33COOH C17H31COOH C17H29COOH

PALMITINSAV, SZTEARINSAV, OLAJSAV FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Milyen geometriai izomériával rendelkezik a az olajsav?


100

Mint azt főzés közben is tapasztaljuk a zsírok szobahőmérsékleten szilárdak, az étolajok viszont folyékonyak. Mivel a zsír egy keverék, ezért határozott olvadásponttal nem rendelkezik, melegítés közben ellágyul. A zsírok és az olajok tiszta állapotban színtelenek és szagtalanok. A természetes zsírok és olajok azonban sárgás színűek, amit a bennük oldott karotin okoz. Mi a karotin?

A zsírok és az étolajok jellegzetes szagát és ízét a bennük levő aldehidek és ketonok adjak. Mind a zsírok mind az olajok rendkívül rosszul oldódnak vízben. Ez a tulajdonságuk annak tudható be, hogy hosszú szénláncuk nem illeszkedik a vízmolekulák közé, mivel azzal nem tud hidrogénkötést kialakítani. Az olajokat alkotó észterekben több a telítetlen zsírsav, ezért nagyobb mértékben színtelenítik el a brómos vizet, mint zsírok. A növényekben inkább olajok, az állatokban inkább zsírok fordulnak elő. Természetesen ugyanez mondható el a növényi és az állati eredetű táplálékokra. ZSIRADÉKOK ZSÍRSAVÖSSZETÉTELE 3.5.1.2. Hogyan készül a az étolaj? Étolajat elsősorban olajos magvakból, napraforgómagból, repcemagból, vagy magas olajtartalmú gyümölcsökből pl. olajbogyóból állítanak elő. Az olajat sajtolással vagy extrakcióval nyerik ki az olajos magokból. Mi az extrakció?

TESZT 93.02.21. ÉTOLAJ Sajtolás előtt a magvakat megtisztítják, őrlik, majd felmelegítik és nedvességtartalmát meghatározott értékre beállítják. A melegítés és a vízgőz hatására az olaj nagyobb mennyiségét lehet kisajtolni a magvakból. Az olajbogyót nem kell melegíteni, hidegen is kisajtolható belőle az olaj. Az extrakciókor hexán-heptán elegyet használnak. Az olaj kinyerése után következik az olaj tisztítása, amikor kiküszöbölik az olaj kellemetlen színét, szagát okozó színező anyagoktól. A sajtoláskor visszamaradó anyagot takarmányként hasznosítják. 3.5.1.3. Hogyan készül a disznó, a kacsa és a libazsír? Aki járt már vidéken disznóvágás idején, maga is láthatta, hogyan készül a disznózsír. Az állat testének szétbontása után a szalonnát és a hájat nagy üstökben kiolvasztják. A visszamaradó melléktermék a töpörtyű. A tőkehal májából is készítenek olajat, amelyet csukamájolajnak neveznek. Mivel rendkívül magas a D-vitamin tartalma régen ezt adták a gyerekeknek a D-vitamin pótlására. Miért fontos a gyerekeknek a D-vitamin?

3.5.1.4. Hogyan készül a margarin? MARGARIN TESZT 93 10.12. Ahogyan azt már az előzőekben említettük, a növények magjaiból kinyerhető olajokban több a telítetlen zsírsav. Az olajokban levő telítetlen zsírsavak telítésével, az ún. keményítéssel állítják elő a margarinokat. Hogyan lehet eténből és acetilénből etánt előállítani?

A telítést, vagy másképpen hidrogén-addíciót nikkel katalizátor jelenlétében végzik. A folyamathoz használt katalizátort az olajban szuszpendálják.


101

Mi a szuszpenzió?

Ezt követően nagy nyomáson és magas hőmérsékleten keverés mellett hidrogént buborékoltatnak át a rendszeren. Az így kapott termékhez tejet, vizet, vitaminokat és más adalékanyagokat kevernek hozzá. A tejhez a baktériumok adnak, annak érdekében hogy megsavanyodjon. A margarin lényegében keményített olajból és vízből álló emulzió. Mi az emulzió? A élelmiszerüzletek hűtőpultjain már nemcsak margarinok, hanem halverinok is kaphatók. A margarinokban legalább 80m/m% zsír van. A csökkentett zsírtartalmú margarinok 59-61 m/m% zsírt tartalmaznak. A halvarinok ezzel szemben 39-41 m/m% zsiradékot tartalmaznak, tehát zsírtartalmuk a hagyományos margarinoknak csak a fele. Milyen margarinféleségeket szoktál vásárolni? Mekkora a zsírtartalmuk?

3.5.1.5. Hogyan készül a vaj? MUNKÁCSY A KÖPÜLŐ ASSZONY A vajkészítés talán a legrégebbi tejfeldolgozási eljárások közé tartozik. A tejből, ami egy zsír a vízben típusú emulzió, ütögetéssel és rázogatással (ún. köpülés) elkülönítik a zsírcseppeket és elválasztják ezt a vizes résztől, majd gyúrják. Így alakul ki a zsír a vízben emulzió, vagyis a vaj. Az ipari eljárások alkalmával a tejet először tejsavbaktériumokkal beoltják, majd köpülik. 3.5.1.6. Szüksége van-e zsírra a szervezetnek? Manapság egyre inkább azt halljuk, hogy az egészségesen táplálkozó ember fogyasszon minél kevesebb zsíradékot, hiszen a túlzott zsírfogyasztás elhízáshoz vezet. Az étrendből azonban a zsíradékok teljesen nem száműzhetők, hiszen pl. a zsírban oldódó vitaminok (A,D,E,K) hatóanyagai csak zsír jelenlétében szabadulhatnak fel. Ezen túlmenően vannak olyan zsírsavak, amelyek csak margarinok, valamint étolaj fogyasztásával juthatnak a szervezetbe. Ezeket a szervezet önállóan nem képes előállítani, esszenciális zsírsavaknak nevezik őket. Az esszenciális zsírsavak közé tartozik a linolsav és a linolénsav. Az egészséges ember napi zsírfogyasztása a teljes energiabevitel 30 %-át nem haladhatja meg. Ebbe természetesen beletartozik a tejben, húsfélékben, sajtban stb. levő zsíradék mennyisége is, ezért is ajánlják oly gyakran a zsírszegény élelmiszerek fogyasztását. A reklámokból azt is megtudhatjuk, hogy egészségesebb a növényi eredetű zsiradékok fogyasztása az állati eredetű zsiradékok fogyasztásánál. Energiaértékben nincs különbség a kétféle eredetű zsiradék között. Az állati eredetű zsiradékok azonban észteresített formában tartalmaznak egy olyan alkoholféleséget, amelynek fogyasztása csak mértékkel ajánlott. Ez az anyag a koleszterin. KOLESZTERIN SZERKEZETE A koleszterin nevét az epekőről kapta, mivel az epekövek 99%-a koleszterin (kolé=epe, szterin=szilárd, görög). A szervezet kb. 200g koleszterin tartalmaz, ha ez a mennyiség valamilyen okból megnövekedik akkor az ütőerek falán lerakódik, ami érelmeszesedéshez, magas vérnyomáshoz és végső esetben szívinfarktushoz vezethet. A növényi eredetű zsiradékok fogyasztása csökkenti a szervezet koleszterin szintjét, mivel gátolja a koleszterin felszívódását a vérből. VÉR KOLEZSTERIN SZÍVBETEGSÉG 3.5.1.7. A zsiradékok romlása A hosszú ideig és nem kellő körültekintéssel tárolt zsiradékok kellemetlen szagú és ízű anyagokká válhatnak. A folyamatok, amelyen ezeket a kellemetlen változásokat idézik elő a savasodás, az avasodás és a faggyúsodás. A zsíradékban levő enzimek és a nedvesség hatására a zsiradék hidrolízál, vagyis vízzel reagál.


102

Mi keletkezik a zsiradék hidrolízisekor?

A zsiradékok hidrolízisekor keletkező zsírsavak a zsiradékot savanyítják, ami kellemetlen ízt és szagot kölcsönöz a zsírféleségeknek. A szobahőmérsékletnél magasabb hőmérséklet és a fény elősegíti a savasodást. Az avasodásnak két fajtája van. Az egyik, amikor a levegő oxigénjének hatására a zsiradékból aldehidek keletkeznek, ez okozza a zsiradék avas szagát. A másik lehetőség, hogy a penészgombák zsírbontó enzimekkel elbontják a zsírokat és zsírsavak keletkeznek. A zsírsavakból további folyamatok során ketonok és szén-dioxid keletkezik. Az ilyen zsírok parfümös illatúak. A faggyúsódáskor az enzimek hatására keletkezett zsírsavak ún. hidroxi-savak képződnek, minek hatására az olvadáspont megnő és a zsiradék kellemetlen szagúvá válik. A fenti hibák kiküszöbölésére a zsiradékok gyártásánál és tárolásánál be kell tartanunk a higiéniai szabályokat. Csomagoláskor fényvédő, a levegőtől elzáró csomagolóanyagokat használnak. Tároláskor figyelemmel kell lenni a megfelelő hőmérsékletre. 3.5.1.8. Mit készítenek a zsírokból? ISM A KÉM BIR 160. OLD ALSÓ KÉP Ismételjük meg az Ismerkedés a kémi birodalmával c. tk 160. oldalán található kísérletet!

A zsírok egyik legfontosabb felhasználási területe a szappangyártás. A szappan készítésekor a zsiradékokat nátrium-hidroxiddal vagy kálium-hidroxiddal főzve elszappanosítják. ekkor a zsiradékból glicerin és a zsírsavak sói, a szappanok keletkeznek. ZSIRADÉKOK ELSZAPPANOSÍTÁSA A reakciót elszappanosításnak nevezzük. A reakció lejátszódása után az elegyet hűlni hagyják, akkor kocsonyává dermed, ez az enyvszappan. Ha viszont a reakcióelegyhez konyhasót adnak, akkor a szappan a lúgos glicerinoldat felszínére csapódik ki, ez a színszappan. A színszappanhoz különféle szín, illat és egyéb adalékanyagokat adnak, majd darabolják és csomagolják azt. Hogyan tisztít a szappan? A zsíros és az olajos piszok nem oldódik vízben, de ha szappant is használunk már könnyedén le tudjuk mosni. A szappanok vízben oldva ionjaikra bomlanak: C15H31COONa ---› C15H31COO- + Na+ palmitát-ion

A zsírsavrésznek van egy poláris feje, ez a karboxil-csoport, és van egy apoláris farka, ez az alkilcsoport. Az apoláris farok apoláris közegben oldódik, ezért az alkilcsoportokkal körbeveszik a piszokfoltokat és fellazítják azokat. A poláris fej vízben jól oldódik, ezért a vízmolekulák közé könnyen illeszkedik. Így végül a zsíros piszok a szappan közvetítésével feloldódik a vízben. SZAPPAN TIZSTÍTÓ HATÁSA Mi a kemény víz?

Ha a csapunkból kemény víz folyik több szappanra van szükségünk ugyanannyi piszok eltávolításához. Ugyanis a vízbe kerülő szappan sztearát és palmitát ionjával a kemény vízben levő kalcium- és magnézium-ionok reakcióba lépnek és oldhatatlan csapadék keletkezik belőle. Ca2+ + C15H31COO- ---› (C15H31COO)2Ca Mg2+ + C15H31COO- ---› (C15H31COO)2Mg

A kalcium- és magnézium-ionokkal reagáló szappan mennyisége elveszik a tisztítóhatás szempontjából, ezért az ilyen vizek esetén több szappanra van szükség.


103

A zsiradékok másik fontos felhasználási területe a száradó olajok alkalmazása. Ilyen olaj pl. a lenolaj. Ezeket az olajokat festékek lakkok készítésére használják. Az ilyen festékekkel lekent felületek száradáskor oxigént vesznek fel és térhálósodnak. Az így kialakult lakkréteg megvédi az alatta lévő felületet. 3.5.1.9. Mi lesz az étolajjal a sütés után? Manapság rendkívül elterjedt háztartási eszköz a fritőz. Használatakor járjunk el óvatosan, ugyanis a legjobb minőségű étolaj sem használható korlátlan ideig. Egy adag olajban csak kb. 15-20 alkalommal süthetünk. Hevítés közben ugyanis az étolajban egészségre káros anyag, az akrolein keletkezhet. Az akrolein összegképlete: C3H4O félkonstitúciós képlete: CH2=CH-CHO tudományos neve: prop-2-énal

Az akrolein az egészségre káros anyag, ezért ha az olajunk szúrós szagúvá változik azonnal cseréljük ki, valamint a sütéskor belekerülő ételmaradványokat szűrjük ki. A használt olaj veszélyes hulladéknak minősül, mivel sok egészségtelen bomlásterméket tartalmaz. Sajnos a háztartásokban elhasznált étolaj a csatornákba kerül. Budaörsön létezik ugyan a Biofilter KFT, amely literenként 10 FT-ért átveszi a használt étolajat, és festéket, aszfaltot készít belőle. Ugyanakkor nem valószínű, hogy egy-két liter olajjal minden család ellátogat Budaörsre. Hogyan oldanád meg a használ étolaj összegyűjtésének gondját?

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Mi a különbség az étolaj, a kőolaj, a zsír, a dízel-olaj és a száradó olajok között? Miért tanácsosabb margarint kenni a kenyérre vaj helyett? Miért kell kiönteni a zavaros, szúrós szagú étolajat? Hogyan gyártják a szappant? Milyen kémhatású a szappanok oldata? Miért? Hogyan tisztít a szappan? Milyen vitaminokat tartalmaznak a természetes zsiradékok? Hogyan különböztetnéd meg az olvasztott zsírt az étolajtól?


104

3.5.2. Mitől édes? 3.5.2.1. A cukor KRISTÁLYCUKOOR RAJZ A cukrot valamikor kizárólag cukornádból készítették. A cukornád őshazája India, ahol már i. e. ismerték ezt a növényt és édes íze miatt rágcsálták is. A cukornádat összeaprították, nedvét kipréselték, majd főzés közben besűrítették, végül lapos edénybe öntötték, ahol megdermedt. Az így nyert cukor barna színű volt. Mivel a cukornád csak a föld bizonyos részén terem, ezért a szállítás miatt a cukor ára rendkívül magas volt. Csak 1747-ben fedezte fel a Margraf nevű német vegyész , hogy a cukor cukorrépából is előállítható. Margraf ötletét nem méltatták kellőképpen. Tanítványa Franz Carl Achord (ejtsd: ahor) saját birtokén nagyobb cukortartalmú cukorrépát nemesített és ebből készített cukrot, amiből III. Frigyes Vilmos porosz királynak is.küldött. A király tetszését annyira megnyerte a készített cukor, hogy a XIX. sz. első éveiben Sziléziában a király támogatásával épült fel az első cukorgyár. Magyarországon 1752-ben, Fiuméban létesült az első cukorgyár. Mi van a cukorban? A répacukor vagy nádcukor a szénhidrátok egyik képviselője. Ahhoz, hogy a tulajdonságait és szerkezetét megértsük, tegyünk egy kis kitérőt és ismerjük meg a szénhidrátokat. A szénhidrátok, másnéven szacharidok kétféle funkciós csoportot tartalmazó oxigéntartalmú vegyületek. A vegyületcsoportot Schmidt arról a tulajdonságról nevezte el, hogy az addig ismert szénhidrátokban az oxigénatomok aránya ugyanannyi mint a vízben 1:2. (Mamár ismertünk olyan szénhidrátokat, amelyekre ez a szabályszerűség nem igaz.) A szénhidrátok, összetettségük alapján, három csoportra oszthatók. 1. Monoszacharidok (mono=egy) 2. Diszacharidok (di=kettő) 3. Poliszacharidok (poli=sok) Az elnevezések arra utalnak, hogy a különféle szénhidrátok egy, kettő és sok egységből állhatnak. Ezek az egységek három szénatomosnál nagyobb szénatomszámú szénvegyületek. A szénhidrátok a funkciós csoportok szerint lehetnek 1. formilcsoportot és hidroxilcsoportot tartalmazók, aldózok 2. karbonilcsoportot és hidroxilcsoportot tartalmazók, ketózok ALDÓZOK, KETÓZOK Az aldózok legismertebb képviselője a glükóz, vagyis a szőlőcukor. Diákkísérlet: A szőlőcukor tulajdonságai Tegyünk egy főzőpohárba 2 vegyszereskanálnyi szőlőcukrot! Öntsünk hozzá 50 cm3 vizet és készítsünk oldatot! Figyeljük meg a szőlőcukor színét, szagát, vízben való oldhatóságát! Tegyünk egy vegyszereskanálnyi szőlőcukrot egy kémcsőbe és melegítsük a kémcső tartalmát! (Ha üzletben vásárolt szőlőcukorral végezzük a kísérleteket, akkor egy tiszta kávéskanálnyi szőlőcukrot kóstoljunk meg és hasonlítsuk össze az ízét a répacukor ízével.) A szőlőcukor oldatával végezzük el a Fehling-reakciót és az ezüsttükör-próbát. A szőlőcukormolekula összegképlete: C6H12o6 “ félkonstitúciós képlete: “ tudományos neve: glükóz

A glükóz összegképletéhez háromféle félkonstitúciós képlet tartozik. Szilárd állapotban a szőlőcukor gyűrűs formában van jelen, de vízben oldva a gyűrű felnyílik és a molekulák kb. 10%-a nyílt láncú formában van jelen. A gyűrű felnyílása úgy történik, hogy az egyes szénatom és az oxigénatom közötti kötés felbomlik. Ekkor az oxigénatomra kerül az egyes


105

szénatom OH csoportjának hidrogénatomja. Így az egyes szénatom oxigénatomja kettőskötéssel kapcsolódik a szénatomhoz. A nyíltláncú formából ismét képes gyűrűs formává átalakulni. Az átalakulás következtében α vagy β glükóz keletkezik. GLÜKÓZ NYÍLT ÉS GYŰRŰS SZERKEZETE ÁTALAKULÁS GYŰRŰSBŐL NYÍLT FORMÁVÁ Készítsük el az α és a β glükóz pálcikamodelljét! Próbáld a két modellt egymásra helyezni úgy, hogy a szénatomok a szénatomokkal, a hidroxilcsoportok a hidroxilcsoportokkal legyenek fedésben! Minden atom fedésbe került?

Látjuk, hogy az egyes szénatomhoz kapcsolódód hidroxilcsoportok nem kerülnek fedésbe. ezt a hidroxilcsoportot nevezik glikozidos hidroxilcsoportnak. Amikor ez a glikozidos hidroxilcsoport lefelé helyezkedik el, tengelyirányban, akkor axiálisnak, amikor kifelé, egyenlítői irányban áll, ekvatoriálisnak nevezzük az elhelyezkedést.. A szőlőcukor oldata adja az ezüsttükör-próbát és a Fehling reakciót. Ez nem meglepő, hiszen a nyílt láncú formában megtalálható a formilcsoport. A ketózok legismertebb képviselője a fruktóz, vagyis a gyümölcscukor. Diákkísérlet: A gyümölcscukor tulajdonságai Végezzük el a szőlőcukornál leírt kísérleteket a gyümölcscukorral is! A gyümölcscukormolekula összegképlete: C6H12O6 “ félkonstitúciós képlete: “ tudományos neve: fruktóz

Hogyan nevezhetjük a fruktózt és a glükózt, ha tudjuk, hogy összegképletük azonos, de félkonstitúciós képletük különböző?

FRUKTÓZ NYÍLT ÉS GYŰRŰS FORMÁI ÁTALAKULÁS GYŰRŰSBŐL NYÍLT FORMÁVÁ Csakúgy mint a glükóz esetében itt is egy összegképlethez háromféle félkonstitúciós képlet tartozik, egy nyílt láncú és két gyűrűs forma. Az átalakulás itt is vizes oldatban megy végbe. A glikozidos hidroxilcsoport a második szénatomon található. A gyümölcscukor édesebb mint a szőlőcukor, nem adja az ezüsttükör-próbár és a Fehling-reakciót, hiszen nincs forlmil csoportja. A répacukor vagy nádcukor szőlőcukorból és gyümölcscukorból álló diszacharid. Diákkísérlet: Vizsgáljuk meg a répacukor tulajdonságait! Vizsgáljuk meg a kristálycukor fizikai tulajdonságait! Szórjunk két kanálnyi kristálycukrot egy főzőpohárba és melegítsük vasháromlábon a közbeiktatásával. Amikor barnulni kezd a felét öntsük ki egy vízzel átöblített porcelántányérba. Majd folytassuk a melegítést! Egy másik főzőpohárba tegyünk két kanál répacukrot és öntsünk 3 rá 2 cm tömény kénsavat és várjunk. Készítsünk répacukoroldatot! Végezzük el vele az ezüsttükör-próbát és a Fehling-reakciót! A répacukor molekula összegképlete: C12H22O11 félkonstitúciós képlete: tudományos neve: szacharóz. A félkonstitúciós képletből kitűnik, hogy a répacukor molekula két monoszacharidból, a glükózból és fruktózból egy molekula víz kilépésével keletkezik

SZACHARÓZ KÉPZŐDÉSE A répacukor molekula egy diszacharid, mert két monoszacharid molekulából keletkezik. A répacukor tapasztalatból tudjuk édes ízű, fehér színű anyag, ami vízben jól oldódik. Ha melegítjük 1600C-n megolvad, majd 180-2000C-on megsárgul, majd megbarnul és karamell szagot árasztva bomlani kezd, konyhai nyelven karamellizálódik. Ha ilyenkor kiöntjük üvegszerűen megdermed. Ha tovább hevítjük vizet veszít és elszenesedik. Az elszenesedést


106

akkor is megfigyelhetjük, ha tömény kénsavat öntöttünk a cukorra. A tömény kénsav vízlevonó hatása miatt a répacukrot elszenesíti, a fejlődő hő a vizet vízgőzzé alakítja és felfújja a szenet. A répacukor nem adja az ezüsttükör-próbát és a Fehling reakciót. Ennek az oka, hogy a glükóz glikozidos hidroxilcsoportja nem tud visszaalakulni formil csoporttá, hiszen a glikozidos hidroxilcsoporton keresztül kapcsolódik össze a fruktózmolekulával. Milyen funkciós csoport köti össze a fruktózmolekulát a glükózmolekulával?

Házi feladat: Dobostorta készítése Hozzávalók: öt lapos piskóta tortalap, 6 egész tojás 4 és fél szelt csokoládé, 6 evőkanál porcukor, 24 dkg margarin, vaníliás cukor, máz: 4 és fél kanál porcukor Az egész tojásokat gőz fölött porcukorral és csokoládéval sűrűre főzzük. Ha kihűlt belekeverjük a margarint és a vaníliás cukrot. A kihűlt krémmel megtöltjük a tortalapokat. Majd a mázhoz szükséges porcukrot kevés vízzel sárgára pirítjuk és azonnal a tortára öntjük. 3.5.2.2. Hogyan készül a kristálycukor? CUKORGYÁRTÁS ÁBRA A cukorrépát alaposan megmossák. Majd utána felszeletelik. A répa cukortartalmát 70-800Con extrahálják. Mi az extrakció?

A répaszeletekben az extrakció után kb. 0,5 % cukor marad, ezeket állati takarmánynak használják fel. Az extrakció fő terméke a nyers lé, amely 13-15 % répacukrot, fehérjét, pektint és más szennyeződéseket tartalmaz. A nyers lé derítését (tisztítását) mésztej hozzáadásával végzik. Mi a mésztej?

A fölösleges mésztejet szén-dioxid hozzáadásával csapatják ki. Mi keletkezik, ha mésztejhez szén-dioxidot adnak?

Az oldatot szűrik és a kiszűrt iszapot trágyázásra használják. A szűrlet cukortartalma 12-13 %. Az oldat színtelenítését (színt adó anyagok redukálását) kén-dioxid segítségével végzik. Majd az oldatot bepárolják. Mi a bepárlás?

A keletkezett sűrű lét ismét szűrik és vákuumban bepárolják, ekkor keletkezik a töltőlé, amelyben 7% víz, 8% egyéb anyag van. Mi a vákuum?

Ezt követi a hűtés, amely a cukor kikristályosodásával jár. A kikristályosodott cukrot centrifugálással választják el a létől. Mi a centrifugálás?

A kristálycukrot tisztítás céljából feloldják, majd ismét kristályosítják. A centrifugáláskor visszamaradt léből állítják elő a melaszt, amelyet szintén takarmányozásra használnak. 100 kg cukorrépából 12-15 kg répacukrot, 3,5 kg melaszt, 4,5 kg szárított szeletet lehet előállítani. 3.5.2.3. Mesterséges édesítőszerek NUTRASWEET KÉPE TESZT 95 NOV 52 OLD. Sajnos nem mindenki édesítheti az ételeit répacukorral. Magyarországon közel félmillió cukorbeteg ember él. Mint arra már az acetonról szóló fejezetben utaltunk, a cukorbetegek szervezetében nem termelődik megfelelő mennyiségű inzulin. Az inzulin hiányában a szövetek nem képesek a vérből cukrot felvenni, ezért nagy mértékben megnő a szervezet vércukorszintje, a szövetek mégis cukorhiányban szenvednek. Már tanultuk, hogy ilyen esetben a fehérje és a zsíranyagcsere sem megfelelő, ezért a vizeletben és a leheletben megjelenik az aceton. Az ilyen betegségben szenvedő betegek nem fogyaszthatnak répacukrot,


107

de ők is szeretik az édes ízt, mit tehetnek? A cukorbetegeken kívül a fogyni kívánók is igyekeznek kerülni a répacukor fogyasztását, mert így tudják csökkenteni az energiafelvételüket, de ők is szívesen fogyasztják édesen a kávét, teát stb. Mit tehetnek? A cukorbetegek és a fogyni kívánók igényeinek kielégítésére szolgálnak a mesterséges édesítőszerek. A mesterséges édesítőszerekkel szemben támasztott követelmények: íze egyezzen meg a cukoréval és ne legyen mellék és utóíze bomlás nélkül lehessen tárolni és ne lépjen kölcsönhatásba más élelmiszerekkel ne borítsa fel a szervezet szénhidrát anyagcseréjét ne növelje a szervezet koleszterin szintjét nagy adagban se legyen toxikus (mérgező) az ára ne tegye elérhetetlenné a fogyasztását Diákkísérlet Kísérletek mesterséges édesítőszerekkel Szükségünk lesz Szacharin tablettára, Nutrasweet tablettára, Vital ízesítő folyadékra, Édeske tablettára és Sunipol tablettára. Minden tablettából egyet oldjunk fel egy fél pohár vízben. Figyeljük meg melyik édesítőszer milyen mértékben oldódik vízben! Próbáljuk meg az édesítőszerek forró vízben való oldhatóságát is! Kóstoljuk meg az oldatokat, de csak akkor, ha az oldás körülményei a fogyasztásra megfelelőek voltak .Hasonlítsuk össze édesítő hatásukat és hőre való érzékenységüket! Melyik íze hasonlít a legjobban a cukor ízéhez?

ÉDESÍTŐSZEREK ÉDESÍTŐSZER TARTALMA MESTERSÉGES ÉDESÍTŐSZEREK ÉDESÍTŐ KÉPESSÉGE Az első mesterséges édesítőszert, a szacharint 1879 óta ismerjük. A szacharin hideg vízben rosszul, forró vízben jól oldódik. Sokkal édesebb mint a répacukor, ezért egy tabletta 80 % szódabikarbónát, és csak 20% szacharint tartalmaz.

SZACHARIN KÉPLETE Mi a szódabikarbóna? A szacharin hátránya, hogyha savanyú ételek főzésekor pl. ecetes tökfőzelék ízesítésekor használjuk kesernyés utóíz marad a szánkban. Ennek elfedésére kombinálják a szacharint cikamátokkal és fruktózzal. A ciklamátok használata a 60-as években terjedt el. Ez az édesítőszer főzésálló és hideg vízben is jól oldódik, nincs mellék és utóíze. Az édesítőszerek a ciklamát nátrium-sóját tartalmazzák.

CIKLAMÁTOK KÉPLETE Úgy tíz évvel ezelőtt elterjedt, hogy a ciklamátok rákkeltő hatással rendelkeznek, mivel vizsgálatokkal kimutatták, hogy az ember által édesítésre használt mennyiség ezerszerese patkányokban rákot okoz, ezért az USA-ban, majd a világ számos országában, így hazánkban is kivonták a forgalomból. Később bebizonyosodott, hogy a ciklamát csak irreálisan magas mennyiségben okoz rákot. Az 1980-as években jelent meg az USA-ban két újabb édesítőszer, az aszpartám és az aceszulfám-K. Az aszpartam íze valamennyi mesterséges édesítőszer közül a legjobban közelíti meg a répacukor ízét. Vízben közepesen oldódik, de 80oC-on elbomlik. Leginkább joghurtok, üdítőitalok édesítésére használják. Az aceszulfám-K hideg vízben is jól oldódik, és melegítés hatására az oldhatóság tovább nő. Hővel szemben ellenálló, ezért sütésre, főzésre is alkalmas. Használata széleskörű elterjedésének csak magas ára szab határt.

ACESZULFÁM ÉS ASZPARTAM KÉPLETE Még ennél is drágább a legújabb édesítőszer a neohesperidin, amelyet a citrusfélék héjából állítanak elő. Sajnos több mázsa citromhéjból mindössze néhány gramm neohesperidin állítható elő. Kitűnően oldódik vízben és a főzéssel szemben is ellenálló. Mint láttzk a mesterséges édesítőszerek nem tartalmaznak a szénhidrátok közé.

3.5.2.4. Egy ősi édesítőszer, a méz MÉZ TESZT 96 MÁRCIUS 33. O


108

A méhek a virágok kelyhéből a nektárt, és a levelekről és az ágakról édes harmatot gyűjtenek. Egy méhecske egyszerre 60 mg nektárt tud összegyűjteni, amelyet a kaptár felé repülve testnedveivel kever, majd a kaptárban lépekbe rak. Utána vizet vonnak el belőle és erjesztő anyagokat adnak hozzá. Az érési folyamat végén a lépet lezárják. Mivel zárják le a lépet? 1 kg mézhez szüksége nektár összegyűjtéséhez 3-5 millió virágot kell meglátogatniuk a méheknek. A méz különféle szénhidrátok keveréke. A méz összetétele a következő: 14-20% víz 69-76 % glükóz és fruktóz 4-17% répacukor, szerves savak, aromaanyagok, vitaminok, ásványi anyagok Mint látjuk, a méz nemcsak édesítőszer, de rendkívül értékes tápelemeket tartalmaz. Érdemes belőle legalább naponta egy kanállal fogyasztani. Az üzletek polcain találkozhatunk olyan mézzel, amelynek egy része kikristályosodott (ikrásodott). Ez annak a következménye, hogy a mézben nagyobb mennyiségű glükóz van, mint amennyi fruktózt tartalmaz. Az ilyen méz nem romlott, nincs répacukorral hamisítva, melegítéssel újra folyékonnyá tehető.

3.5.3. A krumpliban és a búzában is van TESZT 95. O9. 53.O Talán nincs is olyan ember, aki ne szeretné a krumplit főzve, sütve, paprikásan, rakottan, chipsnek. A krumpli, hivatalos nevén burgonya egyötöde szénhidrát, ami keményítőt jelet. A krumpliban ezen kívül sok C vitamin, B1 és B2 vitamin is van. 3.5.3.1. A keményítő Diákkísérlet: A keményítő tulajdonságai Hámozzunk meg egy krumplit és reszeljük meg, majd a reszeléket egy mozsárban dörzsöljük el 3 20 cm vízzel. Gézen keresztül öntsük az oldatot egy kristályosító csészébe. Várjuk meg míg leülepedik a keményítő. Majd öntsük le róla a vizet és a keményítőt szárítsuk meg szűrőpapírok között. A keményítőt tegyük egy kémcsőbe és öntsünk rá fél kémcsőnyi vizet. Próbáljuk feloldani a keményítőt! Lassan melegítsük az oldatot, majd forraljuk fel. Figyeljük meg az oldatot! 3 Öntsünk át egy másik kémcsőbe 1 cm -t az oldatból és hagyjuk kihűlni! 3 Az eredeti oldatból öntsünk 1 cm -t egy harmadik kémcsőbe és töltsük tele a kémcsövet vízzel. Cseppentsünk az oldatba néhány csepp kálium-jodidos jódoldatot. Melegítsük meg az oldatot, mit tapasztalunk? 3 Az eredeti oldatból újabb 1 cm -t öntsünk egy negyedik kémcsőbe. Csepegtessünk bele 3-4csepp koncentrált kénsavat és forraljuk 2 percig az oldatot. A kihűlt oldathoz csepegtessünk 10 3 csepp 80g/dm NaOH oldatot. Végezzük el a Fehling-reakciót! Az eredeti oldatból öntsünk egy keveset egy rongydarabra, szárítsuk meg! Vágjunk félbe egy krumplit és cseppentsünk rá kálium-jodidos jódoldatot!

A keményítő nem édes ízű, fehér por. Hideg vízben nem oldódik csak megduzzad. Meleg vízben oldva kolloid oldatot ad. Hogyan lehet megkülönbözteti a kolloid oldatot a homogén oldattól?

Mint láttuk a lehűlés hatására a keményítő-oldatból gél keletkezik. Mi a gél? Milyen tulajdonságokkal rendelkezik?

A mai drága szintetikus ragasztók előtt hajdanában rendelkezésre állt a csiríz. Ez nem más mint liszt kevés vízzel készített keveréke. A lisztben levő keményítő a víz hatására megduzzad és ragacsos gél keletkezik belőle. Hasonló okokból használják a keményítőt gallérok, szoknyák keményítésére. Ekkor is a keményítőoldatot fröcskölik a ruhára, majd megszárítják Száradáskor a keményítő megkeményszik és keménységet kölcsönöz a ruhának.


109

A keményítő egy poliszacharid, vagyis sok egységből álló szénhidrát A keményítő összegképlete: (C6H10O5)n n=több száz A keményítő az α-glükózmolekulából vízkilépés közben képződik.

- H 2O nC6H12O6-----------------› (C6H10O5)n +H2O

AZT A FOLYAMATOT, AMELYBEN TÖBB KIS MOLEKULA VÍZMOLEKULÁK KILÉPÉSE KÖZBEN ÓRIÁSMOLEKULÁVÁ KAPCSOLÓDIK ÖSSZE POLIKONDENZÁCIÓNAK NEVEZZÜK. A folyamat mindkét - a keletkezés és a bomlás - irányában lejátszódik. Tapasztalhatjuk ezt akkor, amikor a krumplit olyan helyen tároljuk, ahol a hőmérséklet 00C alá csökken. Ekkor a keményítőtartalom bomlani kezd és α-glükózzá alakul. Ilyenkor a krumpli édes ízű lesz. A folyamatot visszafordíthatjuk, ha néhány napig 00C feletti hőmérsékleten tároljuk a krumplit. KRUMPLI KÉP TESZT 95.O9. 53 DESIRÉE Hol találkoztunk már óriásmolekulával? Hogyan képződött az óriásmolekula?

A keményítő két nagy alegységből álló poliszacharid. Az egyik alegység az amilopektin, a másik alegység az amilóz. Az amilózban az egyik glükózmolkula negyedik szénatomja kapcsolódik össze egy oxigénatomon keresztül a másik molekula negyedik szénatomjával és egy spirális szerkezet jön létre. Az amilopektin alegység is hasonló módon jön létre, mint az amilóz. Itt azonban nem csak az első és a negyedik szénatomok közötti kötésről beszélhetünk. A glükózmolekulák közül néhánynak a hatodik szénatomja egy másik glükózmolekula első szénatomjával kapcsolódik össze, így hálózatos szerkezet jön létre. Az amilóz hosszabb láncot alkot, mint az amilopektin. A keményítőszemcsék belsejét az amilóz alegységek felületét az amilopektin alkotja. A keményítőszemcse kb. 20%-a amilóz, 80%-a amilopektin. KEMÉNYÍTŐSZEMCSÉK ÉLELMISZERKÉM 38. OLD AMILÓZ, AMILOPEKTIN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE KAJTÁR VÁLTOZATOK 500. OLD FELSŐ RAJZ Hogyan mutattuk ki, hogy hamisított-e a tejföl? Mivel hamisítják a tejfölt?

A krumplira vagy a keményítőoldatba cseppentett kálium-jodidos jódoldat a keményítővel kék színt ad. Ekkor a jódmolekulák az amilózmolekula belsejébe kerülnek, mivel ez apoláris környezetet biztosít számukra és apolárisok révén a jódmolekulák ezt kedvelik. Melegítés hatására a jódmolekulák energiája megnő és kibújnak a spirálból, az oldat elszíntelenedik. A keményítő nem adja a Fehling reakciót, hiszen a glikozidos hidroxilcsoportok mindegyike kötésben van, így nem tud nyílt láncú formává alakulni, nincs formilcsoportja, amely részt vehetne a reakcióban. Amikor azonban koncentrált kénsavval forraljuk a keményítőmolekula α-glükóz molekulákra bomlik. Az α-glükózmolekulák már adják a Fehling-reakciót. (A NaOH a közeg pH-jának beállítására szolgál.) Miben találunk keményítőt? Mi szükséges a fotoszintézishez?

A zöld növények fotoszintézis során glükózt készítenek, amelyet keményítő formájában tárolnak sejtjeikben. Ezért találunk a krumpliban, búzaszemben és más gabonafélékben, kukoricában, rizsben keményítőt. A magvak csírázásakor a keményítőtartalom elbomlik és a keletkező α-glükóz addig táplálja a növényt, ameddig megjelennek az első zöld levelek és a növény maga is alkalmassá válik a fotoszintézisre.


110

A keményítő α-glükózból való felépülésének van egy köztiterméke, ez a maltóz, vagy másnéven malátacukor. A maltóz összegképlete: C12H22O11

“ FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE: A képletből kitűnik , hogy a maltóz egy diszacharid, mivel két α glükózmolekulából áll. Már halottunk a malátáról a sörgyártásról szóló fejezetben. Ott az árpa keményítőtartalmából áztatás közben malátacukor képződött. A maláta édes ízű, vízben jól oldódó szénhidrát. Mint a képletből is kitűnik a maltóz adja a Fehling-reakciót és az ezüsttükör-próbát. Ez annak köszönhető, hogy az egyik glikozidos hidroxilcsoport nincs kötésben, így képes a gyűrű felnyílni és a nyíltláncú alak már tartalmazza a formilcsoportot. Keletkezhet maltóz az ember szájában és a gyomrában is, amikor a krumplit vagy a kenyeret a szájunkba vesszük vagy a gyomorba kerül. A nyálban és a gyomornedvben levő enzimek megkezdik a keményítő bontását. Hogyan állítanak elő az iparban glükózt és keményítőt? A glükózt ipari méretekben a krumpli keményítőjének bomlásával állítják elő. Így készül, a régen közkedvelt édességnek számító krumplicukor. Édesítőszerként konzervekben és az édesiparban használják. Sportolók is szívesen fogyasztanak glükózt nagyobb megterhelések előtt, mivel ezt a szénhidrátot a szervezet a fogyasztás után azonnal fel tudja használni energiatermelésre. A répacukrot vagy a keményítőt a szervezetnek először át kell alakítani. A glikogén Az állatok szervezete is tartalmaz keményítőt, ennek glikogén a neve. Elsősorban a máj és az izomsejtekben fordul elő, mivel itt van a szervezet szénhidrátraktára. Felépítésében az amilopektinhez hasonlít. 3.5.3.2. A cellulóz Diákkísérlet: A cellulóz tulajdonságai 3

Öntsünk egy kristályosítócsészébe 10 cm koncentrált kénsavat. Kevergetés közben szórjunk bele 1/8 ív apró darabokra tépett szűrőpapírt vagy gyapotvattát. (A háztartási vatta erre a célra 3 nem alkalmas.) Egy Erlenmeyer-lombikba öntsünk 100 cm desztillált vizet, adjuk hozzá a kénsavas-oldatot, majd tegyünk az oldatba 2-3- szem horzsakövet és forraljuk az oldatot 10 3 percig. Hűtsük le az oldatot majd öntsünk belőle 10 cm -t egy kémcsőbe. Semlegesítsük az oldat kémhatását NaOH oldattal, majd ellenőrizzük az oldat kémhatását univerzál indikátorpapírral. Végezzük el a Fehling reakciót az oldattal. A cellulóz összegképlete (C6H10O5)n n=több ezer

A CELLULÓZ FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE: VÁLTOZATOK 497.O., 498.O Mint az összegképletből kitűnik a cellulóz a keményítő izomérje: míg azonban a keményítő α-glükóz egységekből épül fel, addig a cellulóz β-glükóz egységekből áll. A cellulóz bomlásakor β-glükóz molekulák keletkeznek. (C6H10O5)-----› n C6H12O6

A cellulóz esetében is létezik a lebomlásnak egy köztiterméke, ez a cellobióz. A cellobióz összegképlete: C12H22O11 “ félkonstitúciós képlete:

A cellobióz adja a Fehling reakciót, mivel az egyik glikozidos hidroxilcsoportja nincs kötésben, így képes nyíltláncú alakká átalakulni. A cellulóz viszont nem adja a Fehling reakciót, mivel glikozidos hidroxilcsoportjai kötésben vannak.


111

A keményítő spirális, hálózatos felépítésével szemben a cellulóz hosszú, szálas szerkezetű. A cellulóz feladata is eltér a keményítő feladatától. Míg a keményítő a tartalék tápanyag szerepét tölti be, addig a cellulóz szilárdító tevékenységet lát el, és a sejtfal anyagát alkotja. A cellulóznak köszönhető, hogy nagy szélben sem törnek el a fák és a lágyszárú növények szárai. A cellulózban a β-glükózmolekulák váltakozva, minden második 180o-kal elfordítva szerepel. Hasonlóan a keményítőmolekulához itt is az egyik β-glükózmolekula negyedik szénatomja a másik molekula első szénatomjával létesít kötést. Így jönnek létre a hosszú egyenes láncmolekulák. A láncon belül kialakuló hidrogénkötések stabilizálják a szerkezetet. Ezek az óriásmolekulák egymás mellé kerülve hidrogénkötést létesítenek egymással, így keletkeznek a növényi rostok. A szerkezete indokolja, hogy a cellulóz tulajdonságai is eltérnek a keményítő tulajdonságaitól A cellulóz sem hideg, sem meleg vízben sem szervetlen oldószerekben nem oldódik. Miért jó, ha sok növényi rostot eszünk? A zöldségfélékben, magvakban, a barna kenyerekben, valamint a müzlifélékben sok rost található. A rostok emészthetetlenek az emberi szervezet számára, ezért tápértékük nincs. Mégis rendkívül fontosak az emésztésben, ugyanis a magas rosttartalmú élelmiszereket hosszabb ideig kell rágni, ezért hosszabb ideig tartózkodnak a szájban, így hosszabb idő áll rendelkezésre a többi tápanyag szájban való emésztésre. Mivel ezeknek az élelmiszereknek nagyobb a térfogata, ezért a teltség érzését növelik, ami kevesebb élelmiszer elfogyasztását teszi szükségessé, ez fogyókúra esetén igen fontos. Ugyancsak rendkívül nagy szerepe van a növényi rostoknak a bélben történő emésztéskor, hiszen a bélben működő enzimek felszabadulását a bél perisztaltikus mozgása segíti elő. A perisztaltikus mozgást a béltartalom bélnyálkahártyával való érintkezése váltja ki. Ezáltal megelőzi a székrekedés kialakulását. Kimutatható, hogy a sok rostot fogyasztók között sokkal ritkábban fordul elő a vastagbélrák kialakulása. Fogyasztasz-e elegendő növényi rostot? Hogyan tudnál változtatni a szokásaidon?

MELY ÉLELMISZEREK TARTALMAZNAK SOK ROSTOT? TÁBLÁZAT Mire használják a cellulózt? PAPÍRFÉLESÉGEK TESZT 95 SZEPT 23.O. A legnagyobb mennyiségben a papíripar használja fel a cellulózt. Kis papírtörténet Egyiptomban i.e. 3000 éve készítették az ún. papírusztekercseket. Ez úgy történt, hogy a Nílus partvidékén élő papírusznád belsejét lappá döngölték. A Római birodalomban juh és tehén bőrét leberetválták , zsírtalanították, majd finomra csiszolták, így készült a pergamen. Ennek késői utódja a kutyabőr, amely a nemesség igazolására szolgált. sz. 105-ben Kínában egy Csai-Lun nevű udvari miniszter már textilrongyokból és növényi rostokból készített papírt. A papírkészítés tudománya arab közvetítéssel jutott Európába. Egy középkori papírmerítő műhelyben a mester három inassal, napi 13 órás műszakban kb. 4500 ív papírt tudott gyártani. Egy mai modern számítógép vezérelte gépsor naponta 1000 tonna (50 vagonnyi) papírt képes előállítani.

Hogyan készül a papír? MI FÁN TEREM A PAPÍR 9. OLD A felhasználásra kerülő fát (fenyő, bükk, nyár) kivágják, majd a felhasználás helyére szállítják. Ott beáztatják és a kérgétől megtisztítják. Két fajta eljárás létezik az egyik, amikor a fát rostjaira köszörülik. A másik eljárásnál a fát darabolják, a cellulóz mellől a vízoldható anyagokat kioldják. A cellulóz sohasem tiszta, mindig tartalmaz lignint. A kinyert cellulózt pépesítik, és különböző anyagokat adnak hozzá, ezek a: Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

112

• töltőanyagok, hogy sima felületű legyen a papír • enyvezőanyagok, hogy tartása legyen a papírnak, és ne folyjon el rajta a tinta, • fehérítőanyagok (klórgáz, hipo), a színes anyagok eltávolítására, • színezőanyagok, ha színes papírt akarnak gyártani. A pépet ezután a papírgyártó gép szitaszalagjára feszítik, majd hengerekkel kipréselik belőle a vizet. Ezután szárítják és merevítik. A nemesítés speciális bevonatokkal való ellátást jelent. Ismét szárítás következik, majd végül feltekercselik a papírt. PAPÍRGYÁRTÁS ÍCHEM IN ACTION 97.O. PAPÍRFAJTÁK TÁBLÁZAT A papírgyártás környezeti szempontból A világon évente kb. 260 millió tonna papírt használnak fel. Magyarországon az egy főre jutó papírfogyasztás 55 kg/év. Egy diák évente 10 kg könyvet, füzetet “fogyaszt”. Számold ki, mennyi víz és mennyi energia szükséges könyveid és füzeteid előállítására?

A papírgyártás nemcsak fa, energia és vízigényes folyamat, de környezeti ártalmakat is okoz, mivel a felhasznált vegyi anyagok a szennyvízbe kerülhetnek. Ha ezek a szennyvizek tisztítás nélkül kerülnek a folyókba, tavakba növények, állatok pusztulását, a talaj szennyezését okozhatják. EGY KG FAMENTE PAPÍR ELŐÁLLÍTÁSÁHOZ SZÜKS TÁBLÁZAT Hogyan csökkentheted a papírgyártás okozta környezeti ártalmakat? Csökkentsd a papírfelhasználásodat! • Használd a papír mindkét oldalát! • A félig telt füzetekből tépd ki az üres lapokat, és használd azokat jegyzetelésre, gyakorlásra, és rajzolásra! • A használt tankönyveidet próbáld eladni vagy elajándékozni, esetleg elcserélni. • Kerüld a felesleges csomagolást! • Az ajándékok csomagolópapírját díszítésre, fiókok bélelésére még felhasználhatod! • Ne fogadj el hirdetéseket és jelezd a levélszekrényen, hogy nem tartasz rájuk igényt (hiszen úgyis kidobod)! • Használj újrapapírból készült füzeteket, írólapokat és levélpapírt! Gyűjtsd össze az újságpapírt és a használt füzeteket! Vidd el őket a MÉH-be , ezekből készül az újrapapír. Diákkísérlet: Készítsünk újrapapírt!

MI FÁN TEREM A PAPÍR 16.OLD RAJZOK Szükségünk lesz egy fakeretre és a fakeretre rajszögekkel erősített sűrű szövésű szunyoghálóra, valamint egy csomó újságpapírra. A használt újságpapírokat tépd szét minél kisebb darabokra és egy napig áztasd vízben. Az áztatott újságpapírt turmixgépben turmixold össze. Öntsd a pépet egy olyan nagy lavórba, amelybe a keret belefér. Önts hozzá annyi vizet, amiből tejfölnél hígabb pépet kapsz. Egy, a keretnél nagyobb tálcára tegyél egy újságpapírt és helyezd rá a keretet. A kancsóból öntsd a pépet egyenletes vastagságban a keretre. Majd teríts rá egy másik újságpapírt. Egy sodrófa segítségével nyomkodd ki a vizet a készülő papírból. Tegyük a kész lapot egy száraz újságpapírra és ismét préseljük ki belőle a vizet. Végül hagyjuk száradni. Ha színes papírt akarsz készíteni tegyél a pépbe tempera festéket! Ha mintás papírra vágysz, tegyél a hálóra lepréselt levelet vagy virágot!

Az újrapapírt készítő gyárakban (Fűzfői Papír RT., Piszkei Papírgyár, Szentendrei Papírgyár, Dunapack RT) a beszállított hulladékpapírt minőség szerint szétválogatják, majd melegvízbe áztatják és innen már azonos a folyamat a fából készült papír gyártásával. Az újrapapír a benne maradt nyomdafesték miatt mindig barnás vagy szürkés színű, de füzetnek, írólapnak vagy egészségügyi papírnak nagyon megfelelő. Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

113

ÚJRAPAPÍRHOZ (TÁBLÁZAT) ÚJRAPAPÍRBÓL KÉSZÜLT TERMÉKEK JELÖLÉSE ÚJRAGONDOLT 11.O Gyűjtsd össze azoknak a termékeknek a nevét, amelyet újrapapírból készítettek! Részesítsd őket előnyben, ha vásárolsz!

A textilipar is jelentős mennyiségű cellulózt használ fel, de erről majd a műanyagokról szóló fejezetben ejtünk szót. A cellulózból történő robbanóanyag gyártásról is a későbbiekben hallunk.

mit tanultunk eddig? szénhidrátok

Monoszacharidok glükóz

hány egységből áll 1 “

fruktóz

“

Diszacharidok szacharóz

2 “

maltóz cellobióz Poliszacharidok keményítő glikogén cellulóz

“ “ sok “ “ “

milyen egységből áll?

összegkép let

Fehling reakció

oldódik-e vízben

fő előfordulás

α vagy glükóz α vagy fruktóz

β

C6H12O6

adja

igen

zöld növények

β

C6H12O6

nem adja

igen

gyümölcsök

α-glükóz β fruktóz α-glükóz β-glükóz

+

C12H22O11

nem adja

igen

répacukor

C12H22O11 C12H22O11

adja adja

igen igen

köztitermék köztitermék

(C6H11O5)n (C6H11O5)n (C6H11O5)n

nem adja nem adja nem adja

duzzad duzzad duzzad

tartalék tápanyag máj és izomsejtek növényi sejtfal

α-glükóz α-glükóz β-glükóz

1. Két kémcső van a kémcsőállványban, mindkettő fehér port tartalmaz. Az egyikben fruktóz, a másikban glükóz van. Milyen kísérletekkel tudnál megbizonyosodni arról melyik kémcső, melyik anyagot tartalmazza? 2. Miért különbözik a keményítő és a cellulóz térszerkezete? 3. Mi keletkezik a szőlőcukorból amikor a bor készül? 4. Mi a különbség a barna és a fehér cukor között? 5. Mi a különbség a famentes papír és az újrapapír között? 6. Mi a csiríz? 7. Mi a különbség az amilóz és az amilopektin között? 8. Hogyan készül a karamell? 9. Mi a melasz? 10. Mit jelent, hogy a méz ikrásodott?


114

3.5.4. A tej, a tojás és a hús A vérben , az izmokban, a hajban, a bőrben, az enzimekben és a hormonokban egyaránt megtalálhatjuk a fehérjéket. Az emberi test tömegének 14-16%-a fehérje. A szervezet fehérjéi állandóan bomlanak és újraépülnek. Bomláskor a fehérjék egy része a szervezetből kiürül, ennek pótlásáról a táplálkozás során kell gondoskodnunk. Milyen élelmiszereket fogyasszunk az elveszett fehérjék pótlásához? A tej, a tojás, a hús és a halfélék tartalmazzák az ún. teljesértékű fehérjéket. 3.5.4.1. Miből állnak a fehérjék? Diákkísérlet: A tojásfehérje tulajdonságai Egy tojás fehérjéjét válasszuk el a sárgájától. A fehérjét hígítsuk négyszeresére. Osszuk szét négy kémcsőbe. Az első kémcsövet óvatosan melegítsük. A másodikba szórjunk egy kanál sót, a harmadikba egy kanál rézgálicot, a negyedikbe egy kanál ólom-nitrátot. Figyeljük meg, mi történik. Hígítsuk meg a kémcsövekben levő oldatokat! Mit történik?

A fehérjék, hasonlóan a kéményítőhöz és a cellulózhoz, az óriásmolekulák közé tartoznak, vagyis sok egységből álló vegyületek. Az egység neve; aminosav. A FEHÉRJÉK AMINOSAVAKBÓL ÁLLÓ ÓRIÁSMOLEKULÁK A névből is kitűnik , hogy ezek a vegyületek kétféle funkciós csoportot tartalmaznak amin és karboxil csoportot. Az aminocsoportot formailag az ammóniamolekulából eredeztethetjük úgy, hogy az ammóniamolekula egy, kettő vagy három hirogénatomját alkilcsoportokkal helyettesítjük. AMINOCSOPORTOK SZERKEZETE 20 olyan aminosav van , amelyekben a két funkciós csoport ugyanahhoz a szénatomhoz kapcsolódik. A húsz aminosav általános félkonstitúciós képlete: NH2----CH----COOH I X

AZ AMINOSAVAK FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETEI Az aminosavak csak az X helyén levő csoportban különböznek egymástól. Vannak olyan aminosavak, amelyek nélkülözhetetlenek a szervezet fehérjéinek felépítéséhez, de a szervezet nem képes őket előállítani, ezeket nevezik létfontosságú vagy esszenciális aminosavaknak. A tejben, tojásban, hús és halfélékben lévő fehérjék azért teljesértékűek, mert ezek a létfontosságú aminosavak megtalálhatók bennük. Ezt a tényt is mérlegelnünk kell, mielőtt a manapság oly divatos vegetárius táplálkozásra kívánunk áttérni. A karboxilcsoport savas tulajdonságú, vagyis proton leadására képes. Az aminocsoport bázikus tulajdonságú, vagyis proton felvételére képes. Így az aminosavmolekulán belül is végbemehet egy sav-bázis reakció, amikor a karboxilcsoport átadja protonját az aminocsoportnak. Az így kialakuló szerkezetet ikerionos szerkezetnek nevezzük. IKERIONOS SZEREKEZET A fehérjék képződésekor az aminosavak összekapcsolódnak, közöttük peptidkötés vagy másnéven amidkötés jön létre. PEPTIDKÖTÉS KIALAKULÁSA Mint látjuk a kötés az egyik aminosav karboxilcsoportja és a másik aminosav aminocsoportja között alakul ki, miközben egy molekula víz lép ki. A karboxil csoportból és az aminocsoportból kialakuló csoport az amidcsoport. Az amidcsoporton belül a szénatom és az oxigénatom közötti pí kötés és a nitrogénatom nemkötő elektronpárja delokalizálódik. A delokalizáció miatt a szénatom és a nitrogénatom közötti kötés körül a nem tud elfordulni, így a négy atom egy síkban helyezkedik el. Ez a tény nagy mértékben befolyásolja a fehérjék térszerkezetét. Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

115

Hogyan nevezzük azt a folyamatot, amelyben az aminosavak fehérjévé egyesülnek és közben vízmolekulák lépnek ki? Készítsd el az amidcsoport pálcikamodelljét!

A fehérjéket alkotó sok-sok aminosav összekapcsolódik és peptidláncot alkot. Több polipeptidlánc alkotja a fehérjéket. A peptidláncok különféle térszerkezeteket vehetnek fel. Egyrészt felcsavarodhatnak és α-hélix szerkezetet alakítanak ki. A másik lehetőség, hogy βredős szerkezet alakul ki. Ez utóbbi a harmonikaszerűen összehajtott papírlaphoz hasonlít. α-HÉLIX, β-REDŐ VÁLTOZATOK 854, 856.O ALSÓ, 857 KÖZÉPSŐKÉP Ha egy fehérjén belül vagy csak α-hélix, vagy csak β-redős szerkezetek találhatók akkor fibrilláris fehérjéről beszélünk. Ha váltakozva fordulnak elő az α-hélix és a β-redő szerkezetek, akkor globuláris fehérjéről van szó. FIBRILLÁRIS SZERK VÁLTOZATOK 862.O HAJ SZERK GLOBULÁRIS VÁLTOZATOK 867.O. IZOMFEH. A FÉHÉRJÉK ELSŐDLEGES SZERKEZETÉNEK A FEHÉRJÉT ALKOTÓ AMINOSAVAK KAPCSOLÓDÁSI SORRENDJÉT NEVEZZÜK. A FEHÉRJÉK MÁSODLAGOS SZERKEZETÉNEK A PEPTIDLÁNCOK α-HELIXES VAGY β-REDŐS SZERKEZETÉT NEVEZZÜK. A FEHÉRJÉK HARMADLAGOS SZERKEZETÉN A FIBRILLÁRIS VAGY GLOBULÁRIS SZERKEZETET ÉRTJÜK. A FEHÉRJÉK NEGYEDLEGES SZERKEZETE A KÜLÖNBÖZŐ POLIPEPTIDLÁNCOK ELRENDEZŐDÉSE A FEHÉRJEMOLEKULÁN BELÜL. Már említettük, hogy az elsődleges szerkezetet az amidkötések rögzítik. A másodlagos szerkezet rögzítésében a hidrogénkötések vesznek részt. A hidrogénkötések kialakulására az α-hélix esetében a feltekeredő spirál kaboxilcsoportjai és aminocsoportjai között van lehetőség. A β redőzött szerkezet esetén több lánc karboxilcsoportja és aminocsoportja között alakulhat ki hidrogénkötés. VÁLTOZATOK 855.O. FELSŐ ÁBRA A harmadlagos szerkezet rögzítéséhez a másodrendű kötések (hidrogén, diszperziós, dipóldipól kötések) az oldalláncok közötti ionkötések és a kovalenskötések szükségesek. A negyedleges szerkezet kialakítását ugyanezek a kötések teszik lehetővé. Amikor a tojásfehérjét melegítettük felszakadtak a térszerkezetet rögzítő kötések, ezért a fehérje kicsapódott. OLDALLÁNCOK KÖZÖTTI IONKÖTÉS 0

Miért veszélyes, ha a beteg hőmérséklete 40 C fölé emelkedik?

Amikor a tojásfehérjéhez nehézfémsókat adtunk, a fehérjék úgyszintén kicsapódtak. Ez annak a következménye, hogy a nehézfématomok beépültek a fehérjék térszerkezetébe, ezáltal megakadályozták a láncok közötti, illetve a láncokon belüli rögzítő kötések kialakulását. Miért veszélyes, ha a rézgáliccal permetezett gyümölcsöt, vagy az utak mellett nevelt zöldpaprikát mosás nélkül elfogyasztod?

3.5.4.2. A selyem, a haj és a zselatin A címben említett három anyag abban hasonlít egymásra, hogy mindegyiket fibrilláris fehérje alkotja. A természetes selyem, amit a selyemhernyó a bebábozódáskor bocsájt ki magából és azzal csavarja körül, burkolja be magát, háromféle aminosavból áll. A háromféle aminosav β-redőben rendeződik el. A β rétegek a hidrogénkötések, diszperziós és dipól-dipól kötések segítségével egymáshoz tapadnak. Így alakul ki a selyemszál szerkezete. SELYEMHERNYÓ LEPKÉK 35.OLD A haj, de a szőr, a gyapjú és a toll aminosavjai α-helix szerkezetben csavarodnak fel. Ezt a fibrilláris fehérjét keratinnak nevezik. Három-három α-helix egymás köré tekeredve Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

116

háromszálú hélixet alkot. Két ilyen háromszálú hélixet kilenc másik vesz körül Sok ilyen szál egymás mellé rendeződve alkotja a hajszálat. A szerkezetet hidrogénkötések, dipól-dipól, diszperziós és diszulfidkötések rögzítik. Amikor a fodrász dauerolja a hajat először a diszulfidkötéseket redukálják. Ezután a hajat becsavarjak és hagyják megszáradni. Eközben új helyeken alakulnak ki a diszulfidhidak és bodorított formában rögzül a frizuraDISZULFIDHIDAK KÉT CISZTEINMOLEKULA KÖZÖTT DAUEROLÁS A zselatin lényegében a csontokból, porcokból és inakból főzéssel kinyert fehérjének, az enyvnek finomított formája. A zselatinnak sajátos hélixszerkezete van, amely különbözik az α-hélixtől. Itt ugyanis nem a hélixen belül, hanem a hélixek között alakulnak ki hidrogénkötések. Itt is egymás köré csavarodnak fel a hélixek, ennek köszönheti a zselatin a duzzadóképességét, mivel a hélixek hézagaiba a vízmolekulák képesek beépülni. Mindhárom szerkezet tartó, merevítő funkciót lát el. Míg azonban a csontok, porcok, inak merevek, nem nyújthatók, a selyemszál erős és hajlékony. A különbség oka a szerkezetben keresendő. Egyik fibrilláris fehérje sem oldódik vízben. (Gondoljunk a hajmosásra vagy a gyapjúholmik mosására.) 3.5.4.3. A hús fehérjéi TESZT 93.11. 26 HÚS A húson a disznó, a marha és a baromfiak harántcsíkolt izomzatát értjük. Hétköznapi értelemben ide tartoznak az állatok különféle zsigerei (máj, vese, tüdő, szív, velő), de a halak húsa is. Olvasd le a táblázatból, milyen összetevőkből áll a hús? Melyik húsféle tartalmazza a legtöbb fehérjét? Hasonlítsd össze a vadhúsok és a háziasított állatokból eredő húsok fehérjetartalmat!

Az izmok működéséhez rengeteg energiára van szükség. Ezt az energiát az izom, az izomban tárolt glikogén elégetésével fedezi. Az égéshez szükséges oxigént, egy mioglobin nevű fehérje tárolja az izomban. A mioglobin egy globuláris fehérje. Az izomban találhatók fiblrilláris fehérjék is, ilyen az aktin és a miozin, amelyeknek az izom összehúzódásában és elernyedésében van szerepük. 3.5.4.4.A tojás ESZT 96.04.23 TOJÁS KÉP A madarak tojása, lényegében szaporodást szolgáló petesejt. A tojás tartalmazza azokat a tápanyagokat, amelyre a fejlődő embriónak szüksége van. A tojás feltörése után különválasztható a tojásfehérje, ami majdnem tiszta fehérjéből (95%) albuminból és globulinból áll. A tojás sárgája a fehérjén kívül még zsírt és zsírszerű anyagokat(30-35%) tartalmaz. A zsírszerű anyagok közé tartozik a koleszterin és a lecitin. Mit tanultunk a koleszterin fogyasztás veszélyeiről?

A lecitin lényegében a glicerinnek két sztearinsavval és egy foszforsavval alkotott észtere. A foszforsavhoz egy amin is kapcsolódik. A tojásban a lecitin emulgeálószerként működik a zsír és a fehérjék között. A LECITIN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE 3.5.4.5.A tej és a tejtermékek TESZT 95.03.21 ALSÓ KÉP Diákkísérlet: A tej fehérjéinek vizsgálata Forraljunk fel egy fél főzőpohárnyi tejet. Hagyjuk lehűlni, majd szedjük le a tej fölét. Egy főzőpohárnyi tejhez öntsünk ugyanannyi vizet, majd csöpögtessünk hozzá 5m/m%-os


117

ecetsavoldatból annyit, hogy csapadék keletkezzen. Szűrjük le a csapadékot. A szűrletből öntsünk egy kémcsőbe és melegítsük, amíg csapadék válik ki belőle.

A tehéntej lényegében a kisborjú fejlődésére szolgáló, tápanyagokban gazdag folyadék.. A tejet a háziasítás során a többlet tej termelése tette alkalmassá az emberi fogyasztásra. A tehéntej összetétele nagy mértékben függ az állat takarmányozásától és az életmódjától. A tejfehérje legnagyobb része kazein. Amikor állás közben a tejben elszaporodnak a tejsavbaktériumok és a tejcukorból savat termelnek, a savanyodás hatására a kazein kicsapódik. Így keletkezik az aludttej. Ezt a folyamatot idéztük elő mesterségesen, amikor a tejbe ecetet csöpögtettünk. A tejüzemekben baktérium és gomba tenyészetek segítségével tejből készítik a kefirt és a joghurtot. A gombák alakítják ki a kefir és a joghurt aroma és ízanyagait. Az aludttejből készítik a túrót, ami lényegében a sav hatására kicsapódott kazein. Ez úgy történik, hogy a a kicsapódott kazeint szűréssel elválasztják a tejsavótól. A tejsavó is tartalmaz fehérjéket, hiszen a laktalbumin és a laktoglobulin sav hatására nem csapódik ki. Ezen utóbbi fehérjék csak melegítés hatására csapódnak ki. A tejsavó tartalmazza még a tej vitaminjait, ásványi anyagait és a tejcukrot. A tejben levő cukor a tejcukor vagy másnéven laktóz. A tejcukor összegképlete: C12H22O11 “ félkonstitúciós képlete: “ tudományos neve: laktóz

A tejcukor egy diszacharid. Egy glükózmolekulából és egy szintén hatszénatomos monoszacharidból, a galaktózból áll. Az édesítőképessége a répacukor édességének egyötöde. Elég sokan vannak, akik azért nem fogyaszthatnak tejet, mert szervezetükből hiányoznak a tejcukorbontó enzimek. Az ebben a betegségben szenvedők a tejfogyasztás után gyomor és bélbántalmakra, valamint puffadásra panaszkodnak. Számukra gyártják az ún. laktózmentes tejet. A frissen fejt tej mindig tartalmaz több-kevesebb baktériumot. Ennek kiküszöbölésére a tejet pasztőrözik. Honnan kapta a nevét a pasztőrözés eljárása?

A pasztőrözés alacsonyabb hőmérsékleten hosszabb ideig tart és rövidebb ideig eltartható tejet eredményez. Az ultrapasztőrözés magasabb hőmérsékleten rövidebb ideig tart és hosszabb ideig eltartható tejet eredményez. A túróból készítik a sajtot.

SAJT TESZT 95.02.17. A sajtkészítés fortélya is, a sör és a pezsgő készítéséhez hasonlóan a kolostorokból származik. Ki ne ismerné a Trappista sajtot, amelyet a trappista szerzetesek készítettek először. Az Eidami sajt, Hollandia Eidam városából, az Ementáli Svájc Bern kantonának Emm-völgyéről kapta a nevét. Igazi magyar sajt az Óvári, amelynek gyártását a harmincas években Mosonmagyaróváron kezdték meg. A sajtot úgy készítik hogy felmelegített tejet különféle baktériumtenyészetekkel beoltják. A tenyészetek minősége adja meg a sajt ízét, zamatát illatát. A keletkezett aludttejet szűrik, a kapott sűrű masszát formába öntik és érlelik. Mivel az érlelés ideje mára már lecsökkent ezért manapság színezékekkel érik el azt a sárga színt, amit régen az érlelés adott a sajtnak. A rockfort sajt készítését a legenda szerint úgy fedezték fel, hogy egy pásztor fiú Roquefort falu közeli barlangjába tette reggelijét, ami túró volt. Csak néhány hét múlva tért vissza a nyájával, mikorra a túrót kékeszöld penész járta át, és íze nagyon finom lett. A környékbeli szerzetesek tudomására jutott a dolog és megkezdték, az azóta világhírűvé vált sajt készítését.

A tej lényegében zsír a vízben típusú emulzió. Főként frissen fejt tejben jól láthatók a zsírcseppecskék. Az emulgeálószerek a tej fehérjéi, amelyek kapcsolatot teremtenek a zsírcseppecskék és a vízmolekulák között, így stabilizálják az emulziót. A frissen fejt tej zsírtartalma hosszabb állás közben elkülönül a vizes fázistól. Mivel a tejzsír sűrűsége kisebb a Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

118

víz sűrűségénél a zsír a tej tetején található, ez a tej föle. A tej fölét lefölözik és ebből készül a tejföl, a tejszín és a vaj. A tejszín és a vaj zsír a vízben típusú emulzió. Nézd meg a csomagoláson mekkora a tejföl és a tejszín zsírtartalma?

Az üzletben vásárolt tej zsírtartalmát a tejüzemben állítják be. Mekkora az üzletben vásárolt tej zsírtartalma? Ami a csecsemőnek a legjobb…

TESZT SZOPTATÁS 16.O. Ahogy a kisborjúnak a tehéntej a legmegfelelőbb táplálék, az újszülött és a csecsemő legjobb, legértékesebb tápláléka az anyatej. A tápszerek tehéntejet tartalmaznak. Hasonlítsuk össze az anyatejet a tehéntejjel a csecsemő szempontjából! Tulajdonságok fehérjetartalom m/m% kazein laktalbumin összesen aminosavak zsírtartalom zsírsavak zsírsavak mennyisége koleszterin tejcukor m/m% ásványi anyagok vas vitaminok víz

anyatej

tehéntej

0,5 0,5 1,0 elegendő

3 a csecsemő számára nem emészthető 0,5 3,5 kevés

telítetlen elegendő elegendő 7 elegendő jól felvehető formában elegendő elegendő

telített túl sok kevés 3 (kevés) túl sok nehezen felvehető, kevés nem mindig elegendő kiegészítés szükséges

A fentiekből látható, hogy a tehéntej még hígítva sem felel meg a csecsemő táplálására. Az anyatej megfelelő összetételben tartalmazza mindazokat a fontos tápanyagokat, amelyre a csecsemőnek szüksége van, nem is beszélve a szoptatás anya-gyerek kapcsolatot erősítő voltáról. A tehéntej vagy a tápszer túl korai fogyasztása károsíthatja a csecsemő bélnyálkahártyáját, és allergiás panaszokat okozhat.

TESZT CSECSEMŐ KÜLÖNSZ 16. O. 3.5.5. Mindennapi kenyerünk TESZT 95.10. 23. A búza, a rozs az ún. kenyérgabonák is tartalmaznak fehérjét és, mint már említettük jelentős mennyiségű keményítőt. GABONAMAGVAK ÖSSZETÉTELE TESZT 95 10.21. Hogyan készül a kenyér? A kenyérgabonát a malomban megőrlik, akkor kapják a teljes vagy Graham lisztet. Az őrleményt szitálják , ekkor különítik el a korpát és a lisztet. A szitálás során a liszt egyre fehérebb lesz, de egyre kevesebb élettanilag fontos nyomelemet, vitamint rostot tartalmaz. A liszt minőségénél fontos a sikértartalom. A sikér két fehérjéből gliadinból és gluteninből áll. Ez utóbbi fehérjét a lisztérzékeny emberek nem fogyaszthatják, ők csak gluténmentes lisztből készül kenyeret ehetnek. A sikér biztosítja, hogy a liszt jól felvegye a vizet és dagasztáskor rugalmas tésztát kapjunk. Ez azt jelenti, hogy a tészta képes legyen megtartani a benne keletkező gázokat. Kovászoláskor a lisztbe bedolgozzák a vizet, ekkor a cellulóztartalmú részek átnedvesednek, a cukor, az ásványi sók és a fehérjék egy része oldatba megy. A sikért alkotó fehérjékből


119

hálózat keletkezik. A dagasztás során a sikér vizet vesz fel és megköti azt, ilyenkor a tészta már nem ragad, hanem elválik az edénytől. A víztől és a melegtől működésbe lépnek a liszt enzimjei, a tejsavbaktériumok és a tésztához adott élesztőgombák ennek hatására megindul az erjedés. Az enzimek hatására a keményítő egy részéből cukor keletkezik. A cukrot az élesztőgombák alkoholra és szén-dioxidra bontják. A fejlődő szén-dioxid felfújja a tésztát. A tészta akkor lesz szép lyukacsos, és a kenyér elég magas, ha a sikérváz rugalmas és képes a keletkező buborékokat megtartani. A rozsliszt fehérjéi nem alkotnak sikérvázt, ezért a rozskenyér kevésbé rugalmas tésztájú, apró lyukakat tartalmazó lapos kenyér. A tejsavbaktériumok a cukor egy részét tejsavvá, más baktériumok egyéb aromaanyagokká alakítják. Ezek a keletkező anyagok együttesen alakítják ki a kenyér aromáját, ízét, zamatát, amely sütés közben alakul véglegessé. 3.5.6. Mi van még az élelmiszerekben? 3.5.6.1. Azok a nélkülözhetetlen vitaminok Ha a táplálékunk minden eddig megismert tápanyagot tartalmaz is, akkor sem biztosított a szervezet zavartalan működése. 1911-ben Funk lengyel kutató felfedezte, hogy a hántolt rizsen nevelt, görcsökben szenvedő galambok meggyógyulnak, ha a rizs héjából kivont anyag néhány mg-ját beadja nekik. Funk megállapította a gyógyító vegyület összetételét, ami egy aminszerű nitrogéntartalmú vegyületet azonosított. A vegyület elnevezésekor az amin szóhoz a vita=élet előtagot illesztette, mivel ez a vegyület az élethez elengedhetetlenül szükséges. Később felfedezték, hogy a vitamin szó nem egy, hanem számos vegyületet takar és a kutatók választ kaptak néhány súlyos betegség okára. Már tanultunk az A vitaminhiány okozta szürkületi vakságról és a növekedési zavarokról. Milyen anyagból keletkezik a szervezetben az A vitamin? Milyen élelmiszerekben fordul elő ez az anyag? Milyen betegséget okozhat a D vitamin hiánya? Régen mit adtak a gyerekeknek a D vitamin hiányának pótlására?

HIÁNYBETEGSÉGEK TÁBLÁZAT KÜLÖN VITAMINOK KÉP KÜLÖN A vitaminok a táplálékkal együtt kerülnek a szervezetünkbe. Fontos szerepet töltenek be a szervezet enzimeinek felépítésében. Ha az adott vitamin hiányzik a szervezetből, akkor az enzim nem képes felépülni és az enzim által katalizált reakció nem megy végbe, ami betegséget okozhat. Ezért rendkívül fontos , hogy mindenki életkorának és egészségi állapotának megfelelő mennyiségű vitamint fogyasszon. A vitaminok oldhatóságuk szerint két nagy csoportba oszthatók: zsírban oldódó A D E K

vízben oldódódó B1 B2 B6 B12 C fólsav nikotinsav-amid pantoténsav biotin


120

Miért fontos, hogy táplálékunk megfelelő mennyiségben tartalmazzon zsírokat, olajokat?

A vízben oldódó vitaminok feleslege vizeletürítéskor eltávozik a szervezetből. Így a vízben oldódó vitaminok pótlásáról gondoskodni kell. A zsírban oldódó vitaminok, csak kis mértékben ürül ki a szervezetből. A zsírban oldódó vitaminok hiányának megítélése és pótlása az orvos feladata, ezen vitaminok túladagolása komoly veszélyekkel járhat (pl. a D vitaminok túladagolása törékennyé teheti a csontokat. A C vitamin története A XVI sz. egyik félelmetes betegsége volt a skorbut. Ez a veszedelmes kór gyakran fordult elő tengerészek körében. Először csak levertek voltak, majd foghúsuk megduzzadt, szivacsossá, gyulladttá, vérzékennyé vált, fogaik kihullottak. Ízületeik begyulladtak, megmerevedtek és fájtak. Más betegségek is könnyen megtámadták legyöngült szervezetüket. A holland hajósok már a XVI. Sz-ban rájöttek, hogy a citromlé fogyasztása meggyógyítja a skorbutot. Egy magyar katonaorvos Kramer Henrik 1739-ben elsőként említi, hogy a savanyú káposztát sikeresen alkalmazta a skorbut ellen. A savanyú káposzta alkalmazását Cook kapitány világhírű útja tette ismertté és nevezetessé. Cook 60 tonnányi savanyú káposztát rakatott hajójára és intézkedett, hogy a legénység minden tagja minden nap fogyasszon belőle. A három éven át tartó hajóút során egyetlen tengerész sem betegedett meg skorbutban és a káposzta sem romlott meg. Pasutyin orosz orvos állapította meg, hogy a skorbutot vitaminhiány okozza. 1919-ben nevezték el a citromlében és a savanyú káposztában levő gyógyító hatású anyagot C vitaminnak.

SZENT-GYÖRGYI KÉPE A C vitamin szerkezetét és összetételét Szent-Györgyi Albert magyar kutató fedezte fel. Szent-Györgyi 1893-ban Budapesten született, orvosi diplomát szerzett, majd Pozsony, Prága, Berlin, Leiden, Groningen, Cambridge Rochester egyetemein dolgozott, végül 1930-ban hazatért és a szegedi orvostudományi egyetem tanszékvezetője lett. Itt folytatta szokat a kutatásait, amelyekért 1937-ben orvosi Nobel-díjat kapott. Ő máig az egyetlen magyar tudós, aki magyarországi kutatásiért kapta ezt a magas elismerést. Szent-Györgyi a szervezetben lejátszódó égési folyamtokkal foglalkozott. Az ő munkája is hozzájárult a citrát-ciklus teljes feltérképezéséhez. Mi a citrát-ciklus szerepe a sejtben? Szent-Gyögyi a növények légzését és a mellékvesekéreg működését tanulmányozta. Rájött, hogy a növények megbarnulnak, ha légzési rendszerüket megzavarják. Mi történik, ha a meghámozott almát állni hagyjuk? Szent-Györgyi egy savat, az ún. hexuronsavat tett felelőssé a folyamatért. Mivel ez a vegyület bizonyult a skorbut ellenszerének, átkeresztelte aszkorbinsavra (a=fosztóképző, a skorbut ellenszere). Majd a továbbiakban azt is kiderítette, hogy az aszkorbinsav azonos a Cvitaminnal. A tudós azt is felfedezte, hogy nemcsak a citromlé, a savanyú káposzta, hanem a Szeged mellett termesztett fűszerpaprika és zöldpaprikafélék jelentős mennyiségű C vitamint tartalmaznak.

Sajnos a C vitamin jelentős része főzéskor elbomlik. Ezért a zöldségeket kevés vízben tegyük fel és ne főzzük sokáig, mert a C vitamin jelentős része a főzővízben kioldódik. Amit lehet héjában főzzünk, mert ekkor sokkal több C vitamin marad a zöldségfélékben. Manapság rengeteg vitaminkészítmény kapható az üzletekben. Megfelelő, kiegyensúlyozott táplálkozás esetén nincs szükség vitaminpótlásra, hiszen a zöldség, gyümölcs, tej, tejtermék, húsfélék tartalmazzák a megfelelő mennyiséget. Ásványi anyagok Az élelmiszerek tartalmaznak ásványi anyagokat is, mert ezek szerepéről az elmúlt év során már tanultunk.


121

Mi a szerepe a szervezetben a vas, a kalcium, a magnézium, a cink, a nátrium és a fluorvegyületeknek?

A rejtélyes E számok Olvasd el a pudingpor összetételét! Olvasd el a majonéz összetételét! Olvasd el a szárított sütőélesztő összetételét! Olvasd el a Kakaós müzli szelet összetételét! Olvasd el a Tavaszi Grízgombócleves összetételét!

Az élelmiszerek összetételének ismertetésekor használt E betű az Európai Közösség tagországaiban használatos adalékanyagokat jelenti. Az utána írt háromjegyű számmal azonosítható a használt adalékanyag. Ezek között az adalékok között vannak mesterséges és természetes eredetű anyagok. Vannak adalékok, amelyek az élelmiszerek színét hivatottak kialakítani, ilyenek a színezékek, mint pl. a vanilía pudingpor E104 kinolinsárga (USA-ban betiltották) és az E 110 Gelborange nevű mesterséges színezékei (allergiát okozhat), valamint a müzli szelet E 150 barnaszínű karamell természetes eredetű színezéke. A tartósítószerek egy részéről már tanultunk a karbonsavakról szóló fejezetben. Ilyenek: E 200 E 201 E 202 E 203 E 210

szorbinsav nátrium-szorbát kálium-szorbát kalcium-szorbát benzoésav

E 211

nátrium-benzoát

E 236 E 260 E 270

hangyasav ecetsav tejsav

allergiát okozhat allergiát okozhat allergiát okozhat allergiát okozhat allergiát okozhat,aszpirinérzékenyeknél veszélyes lehet allergiát okozhat,aszpirinérzékenyeknél veszélyes lehet ártalmatlan ártalmatlan

Léteznek ún. avasodásgátló adalékok is, ilyenek pl. E 300 E 301-304

C vitamin C vitamin vegyületei

nem ártalmas nem ártalmas

Az emulgeálószerekről is beszéltünk már, ilyen adalék E 322

lecitin

nem ártalmas

Az élelmiszerek ízének kialakításához ízfokozó anyagokat, illetve a megfelelő pH kialakításához savanyítót használnak ilyen pl.: E 420 E 472c E 621

szorbit (édesítő) citromsav észterei nátrium-glutamát

átlagos fogyasztás ártalmatlan ártalmatlan csecsemőknek tilos asztmások és aszpirinérzékenyek nél fejfájást szívdobogást okozhat

Az előbbieken kívül vannak más sűrítő, zselésítő, csomósodást gátló anyagok. Sajnos nem minden terméken tüntetik fel a használt adalékanyagokat. Ez azért baj, mert egyes adalékanyagok mint az előzőekben láttuk allergiás megbetegedéseket okozhatnak az azt elfogyasztókban.

mit tanultunk eddig? Fehérjék


122

Egyszerű fehérjék csak aminosavakból álló fehérjék harmadlagos szerkezet másodlagos szerkezet elsődleges szerkezet példák

Összetett fehérjék nemcsak aminosavakból álló fehérjék pl.enzimek (fehérje + vitaminok)

fibrilláris

globuláris

vagy α hélix vagy β redő aminosav sorrend

α hélix és β redő

aktin, miozin, haj, selyem, inak

mioglobin, albumin, globulin, sikér, kazein

aminosav sorrend

1. Miért veszélyes a magas láz? 2. Hogyan lehet göndöríteni a hajat? 3. Hogyan keletkezik az aludttej? 4. Miért betegszenek meg az emberek vitaminhiányban? 5. Melyfehérjéket nevezzük teljesértékű fehérjék? 6. Mely élelmiszerek tartalmazzák a legtöbb fehérjét? 7. Mely élelmiszerek tartalmazzák a legtöbb vitamint? 8. Miért lesz magas a kenyér? 9. Mi túró? 10. Milyen anyagokból áll a tejsavó?? 11. Miért bírják ki az ízületek a terhelést? 12. Mi a zselatin? 13. Mi a hús biológiai és kémiai szempontból? 14. Milyen anyagokból áll a tojás? 15. Milyen anyagokat tartalmaz a tej?


123

3.6. A műanyag két arca 3.6.1. Műanyagok és műszálak Az ember törekszik arra, hogy a mindennapi életéhez szükséges tárgyait a célnak minél megfelelőbb és minél olcsóbb anyagokból állítsa elő. A A MŰANYAGOK OLYAN ÓRIÁSMOLEKULÁK, AMELYEKET VALAMILYEN CÉL ÉRDEKÉBEN, MESTERSÉGESEN HOZTAK LÉTRE. Eddigi tanulmányaink során megismertük már a gumit és a műgumit. Miből és hogyan készítik a gumit és a műgumit? Milyen monomerekből áll a gumi és a műgumi? Ki fedezte fel a műgumi gyártásának technológiáját?

Tanultunk a papírról és a selyemről is. Hogyan állítják elő a papírt? Miből áll a selyem?

A gumi esetében is láttuk már, hogy a kaucsuk mennyisége nem elégítette ki az igényeket, illetve nyersanyaga nem volt hozzáférhető, ezért kezdték el kikísérletezni a hozzá hasonló szerkezetű, könnyen előállítható műgumival. CHEM IN ACTION 99.O A selyem esetében is hasonló történt, hiszen a selyemhernyók által készített selyemszálak nehezen előállítható, drága holmik voltak. Hasonló tulajdonságú anyag előállításához fából cellulózt állítottak elő, amelyet megtisztítottak, majd szén-diszulfidban utána nátriumhidroxidban feloldották. Az oldás után egy sűrű folyadékot kaptak, ez a viszkóz. Ezt sűrű folyadékot egy kénsavval telt kádba nyomták, ahol az visszaalakult cellulózzá és szál formájában megszilárdult. Az elkészült szálat feltekercselték és szövetet készítettek belőle. Ha azonban a savban való áztatás előtt más anyagokkal keverik, akkor keletkezhet belőle műszivacs (mosdószivacs). Ha viszont egy vékony és hosszú nyíláson préselik át a viszkózt és így engedik a savas kádba, akkor celofán keletkezik belőle (befőzési celofán). VISZKÓZ KÉSZÍTÉSE 1897-ben Krische (ejtsd: krise) és Spitteler (ejtsd: szpiteller) túróból készített műszarut. A túrót először különböző adalékokkal alakíthatóvá tették, a kívánt formára préselték, majd formaldehidbe mártották, amitől az megszilárdult. Ebből az anyagból készítenek fésűket, gombokat. Az előzőekben említett műanyagok ún. természetes alapú műanyagok közé tartoznak, hiszen a műselyem, a műszarú a természetben megtalálható anyagokból készül. A későbbiekben a műanyaggyártás kiindulási anyaga is mesterségesen előállított anyag volt. Ezekből a monomerekből polimerizációval vagy polikondenzációval lehet óriásmolekulákat előállítani. Mit nevezünk polikondenzációnak és polimerizációnak?

A polimereknek, a kiindulási monomerek szerint két fajtájuk van: HOMOPOLIMEREKNEK NEVEZZÜK, HA EGYFÉLE MONOMERBŐL ÓRIÁSMOLEKULA KOPOLIMERNEK NEVEZZÜK, ÓRIÁSMOLEKULÁT

HA

KÉT

VAGY

TÖBB

MONOMER

ÉPÜL

FEL

AZ

ÉPÍTI

FEL

AZ

POLIMERIZÁCIÓVAL ELŐÁLLÍTOTT MŰANYAGOK Hogyan állítják elő az etént, propént és a benzolt?

PVC-t először 1835-ben állít elő acetilénből a francia Henri Regnault (ejtsd: rönyó). A keletkezett termék kemény és törékeny volt. 1935-ben fedezik fel, hogy különféle


124

lágyítószerekkel a PVC jól formálhatóvá tehető lesz. Manapság a sokkal olcsóbb etilénből kiindulva gyártanak PVC-t. Először az etilént klórgázzal reagáltatják: KLÓRGÁZ REAKCIÓJA ETÉNNEL Majd a keletkezett 1,2 diklór-etánt magas hőmérsékletre hevítik, amikor hidrogén-klorid távozik és vinil-klorid keletkezik. 1,2 DIKLÓR-ETÁN HEVÍTÉSE Hogyan lehetne acetilénből vinil-kloridot előállítani?

A vinil-benzol vagy másnéven sztirol benzolból és eténből állítható elő. VINIL-BENZOL VAGY SZTIROLELŐÁLLÍTÁSA A polikondenzációs műanyagok közül a legősibb a bakelit. 1939-ben fedezte fel Leo Baekeland (ejtsd: bekeland) belga származású, USÁ-ban élő kémikus. Az előállítás fenolból és formaldehidből indul ki: BAKELIT ELŐÁLLÍTÁSA A keletkezett monomerekből megfelelő hőmérsékleten, nyomáson, katalizátorok segítségével egy térhálós műanyag keletkezik. BAKELIT SZERKEZETE 1935-ben szintén az USÁ-ban Wallace Carothers (ejtsd: kerodörsz) a természetes selyem szerkezetét vizsgálva két vegyületet válogatott ki, amiből a selyemhez hasonló anyagot tud előállítani, így találta fel a nejlont. A két kiválasztott anyag az adipinsav és a hexametiléntetramin. Adipinsav összegképlete: C6H10O4 “ félkonstitúciós képlete “ tudományos neve: hexándisav Hexametilén-tetramin összegképlete: C6H16N2 “ “ félkonstitúciós képlete: “ “ tudományos neve: 1,6 diamino-hexán

NYLON KÉPZŐDÉSE Az adipinsavat és a hexametilén-tetramint a nejlonban amidkötések kötik össze. Az amidkötés megfelel a természetes selyemben az aminosavakat összekötő kötésnek, ezért gyakran poliamidnak is nevezik. A nejlont a második világháborúban az ejtőernyőselyem pótlására alkalmazták, mivel a háború miatt a japán selyemexport elmaradt. A nejlon mentette meg az amerikai pilóták életét. Tőlük származik a nejlon eredeti elnevezésének kissé gúnyos magyarázata: NYLON= Now You Lousy Old Nippons (No ti tetves vén japánok) 1936-ban Otto Bayer német kémikus egy új polikondenzációs műanyagfajtát, a poliuretánt állította elő. Vastag szálakat készítenek belőle, amelyekből horgászbotokat, teniszütőhöz húrt készítenek. Habosított formában a bútorok habszivacs betétét, hűtőszekrények szigetelését gyártják belőle. 1929-ben a leverkuseni (ejtsd: leverkuzeni) Bayer cég előállította az első poliésztergyantát. A poliésztergyanták kétértékű karbonsavak és többértékű alkoholok kondenzációjával keletkeznek. TERILÉN KÉPZŐDÉSE Az így keletkezett műszálakból szöveteket, pulóvereket készítenek. Ha a poliészter nem szálas, hanem térhálós akkor poliésztergyantáról beszélünk, amit csónakok autókarosszériák készítésére használnak. Diákkísérlet: Hogyan ismerjük fel a különféle műanyagokat?


125

Gyűjts össze műanyag flakonokat, nejlon zacskót, lyukas harisnyát, eltörött műanyag gyerekjátékot, műbőrt, hungarocellt, lyukas labdát, szigetelő anyagokat. Az alábbi útmutatás alapján próbáld eldönteni, milyen műanyagból készültek az összegyűjtött tárgyak. A kísérleteket ki műanyag darabokkal végezd el. Tölts meg egy üvegkádat vízzel, és próbáld ki, hogy úszik-e rajta a műanyag. Próbáld meggyújtani a műanyag egy darabját. Milyen lánggal ég? Milyen szaga van az égő műanyagnak? Próbáld körömmel megkarcolni! Próbáld eltörni!

MŰANYAGOK AZONOSÍTÁSA A műanyag edények használatakor tapasztalhatjuk, hogy vannak olyanok, amelyek meleg hatására lágyulnak. Ezeket hőre lágyuló műanyagoknak nevezzük. Az ilyen műanyagok szálas vagy lineáris szerkezetű műanyagok közé tartoznak. Ilyen pl. a polietilén. Ezzel szemben vannak az ún. hőre keményedő műanyagok, vagy másnéven duroplasztok. Az ilyen műanyagok térhálós szerkezetűek, pl. a bakelit. Mely eddig megismert műanyagok hőre lágyulók és melyek hőre keményedők?

3.6.2. Örömök és veszélyek a műanyagok hasznosításakor Mint az eddigiekből láttuk a műanyagok felfedezése az élet számos területén kiszorította az addig használt anyagokat. Gondoljunk csak pl. a csomagolástechnikára, ahol a polipropilén és a PVC helyettesítette a papírt, kartont és az üveget. Vagy a textiliparban a poliamid, a poliészter és a poliakrilnitril szálak helyettesítik a gyapjút és a gyapotot. A plexi az üveg és a porcelán kiváltója lett. És még sorolhatnánk … A világ műanyag termelése a műanyagok 1930-ban történt bevezetésétől az 1974/75-ös olajválságig ötévenként megduplázódott. Napjainkban a növekedés kb. 7-9%. MAGYAR MŰANYAGTERMELÉS ZÖLDKÖZNAPI 40.O. Vásárlás után számold meg, hány műanyagzacskó, flakon, stb. Kerül a szemétbe?

KUKA TESZT 96. 01. 39. A műanyagok elterjedését az alacsony előállítási és szállítási költségek segítették elő. A műanyagok termelésének és felhasználásának azonban vannak veszélyei is. 1. A műanyagok termeléséhez mérgező fémkatalizátorokat használnak. 2. Vannak olyan műanyagok, amelyek monomerjei veszélyes mérgek, ilyen pl. a sztirol. Ez a vegyület a szervezetbe kerülve gátolja a sejtosztódást, károsítja a vesét és a májat. 3. Veszélyes rákkeltő anyag a vinil klorid. 4. A hasznosítás veszélyei közé tartozik, hogy a műanyagok nagy része az előállítás után 815 évvel hulladékban kerül (van ami sokkal hamarabb). Ellentétben a papír, fa, gyapjú stb. hulladékokkal, gyakorlatilag nem bomlik le a természetben (kb. 10 000 év kell a lebomláshoz). Ha egy szeméttelep mellett elhaladunk láthatóvá válnak a flakonhegyek és sajnos az erdőkben is gyakran megtalálhatók az eldobált flakonok és zacskók. 3.6.3. A műanyagok újrahasznosítása ÖSSZEGYŰJTÖTT MŰANYAGHULLADÉK KÜLÖN A hulladék műanyagok környezetből való “eltűntetésére” az egyik lehetséges megoldás, hogy a műanyag hulladékot elégetik. Ez azonban rendkívül pazarló és veszélyes cselekedet. Pazarlónak azért nevezhető, mivel a műanyagok drága kőolajból és földgázból, mint nyersanyagból, sok energia segítségével állíthatók elő. Elégetéskor mindezen anyagok veszendőbe mennek. Ugyanakkor az égetés során mérgező anyagok szabadulhatnak fel. Ilyen pl. a PVC égetésekor felszabaduló klórozott vegyületek a dioxin és a sósav. A műanyaggyártás adalékanyagaiból felszabadulhatnak nitrogén-oxidok. Tehát az égetés nem jó megoldás. Sokkal nyersanyag és energiakímélőbb megoldás a műanyagok újrahasznosítása. A műanyagok újrahasznosításának első lépése a műanyagok fajtánkénti szétválogatása. Ez nagyon nehéz és körülményes munka, amelyet csak emberi erővel lehet elvégezni. A hőre Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

126

lágyuló műanyagokat minden előkészítés nélkül újra fel lehet dolgozni, és ez az eljárás kb. öt alkalommal ismételhető. A többi műanyagfajta előkezelést igényel. Az ilyen hulladékot először aprítják, szemcsésítik, majd a friss nyersanyagokhoz hasonlóan dolgozzák tovább. Ha a műanyaghulladékot nem tudják kézi erővel szétválasztani pl. autóroncsok, háztartási hulladékok esetén, akkor sűrűség alapján választják ki a szemétből. Ezeket a műanyagokat mossák, szárítják, majd aprítják és szemcsésítik. A kémiai bontást a nem olvasztható műanyagok esetén alkalmazzák. Ilyen eljárás a hőbontás, amelynek során légnemű termékek (metán, etán, etén stb.) és folyékony termékek (benzol, toluol) keletkeznek, kátrány, korom és kokszszerű anyagok maradnak vissza. A hőbontás során felszabaduló klórtartalmú vegyületek különleges eljárást igényelnek. Ne feledjük az újrahasznosítás szükségmegoldás. Hiszen ez is energiát igényel és a keletkező melléktermékek elhelyezéséről gondoskodni kell. Jobb megoldás, ha a műanyagok felhasznált mennyiségét csökkentjük. CHEM IN ACTION 107. O Gondolkodj el a műanyagok hasznosításán! Egy községben laktok, ahol a keletkező hulladék elhelyezése nagy gondot okoz. A szemét összetétele az utóbbi időben megváltozott, sok benne a műanyaghulladék. A régi szeméttelep megtelt és a község szemetét nem lehet más helyre szállítani. Az új szeméttelep létesítését a község lakói ellenzik. Mit lehet tenni? A probléma megoldása érdekében falugyűlést hívnak össze, amelyen részt vésznek. Játsszátok el a falugyűlést! Szerepvázlatok: vitavezető:csak a vitát vezeti, állást nem foglal, igyekszik mindenkinek egyaránt szót adni, polgármester: a problémát veti fel, tudja mennyi szemét keletkezik naponta, milyen a szemét összetétele, az új telep megnyitása mellett érvel szemét-probléma szakértője: szemétcsökkentési javaslatokkal áll elő, a szemétlerakó veszélyeire figyelmezetet község lakói:ellenzik a szemétlerakó létesítését helyi kereskedők, iparosok: számukra a kereskedelem megélhetést jelent, nem foglalkoznak a keletkező hulladékkal


127

3.7. Amire mindannyiunknak szüksége lehet; a gyógyszerek A kémia tudományának egyik -talán az emberek számára leginkább nagyrabecsült ága - a gyógyszerkémia, hiszen mindenkinek fájt már a feje, köhögött vagy lázas volt. Igazán csak ilyenkor tudjuk értékelni a gyógyszerek feltalálóinak munkáját. Az alábbiakban néhány olyan gyógyszer hatóanyagával ismerkedünk meg, amelyek a legismertebbek. 3.7.1. Úgy fáj, úgy ég… Már ősidők óta ismerték, hogy a fűzfa kérgének lázcsillapító hatása van. A XIX. sz-ban sikerült kimutatni, hogy a hatás a fakéreg szalicilsav tartalmának köszönhető. A gyógyászatban a szalicilsav használata csak azután terjedt el, miután Kolbe (ejtsd:kolbe) 1874-ben mesterségesen előállította a szalicilsavat. Mi a szalicilsav félkonstitúciós képlete? Hogyan és miből állítják elő a szalicilsavat? Mire használják a konyhában a szalicilsavat?

A szalicilsav ugyan csökkentette a betegek lázát és fájdalmát, de ugyanakkor elviselhetetlen hányingert idézett elő. Az egyik ilyen reumás fájdalmakban szenvedő beteg fia, dr. Felix Hoffmann a németországi Bayer gyárban dolgozott. 1897-ben rájött, hogyha nem tiszta szalicilsavat, hanem annak acetilezett származékát adják a betegnek, a kívánt hatás nagyobb lesz és a mellékhatások eltűnnek. A feltalált gyógyszer az Aspirin nevet kapta. ASPIRINT HIRDETŐ AUTÓ acetil-szalicilsav félkonstitúciós képlete

Az Aspirin a mai napig forgalomban van, néha Istopyrin fantázia néven árusítják. Az Aspirin másik, az ötvenes években felfedezett hatása, hogy gátolja a vérerekben a rögök képződését, ezáltal megelőzi a trombózist, illetve ha ez a vérrögképződés a szív koszorúereiben történik, a szívinfarktust. Aspirin származéka a Kalmopyrin. Ez lényegében az Aspirin kalcium sója. KALMOPYRIN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Ez a vegyület tárolás közben bomlik, ezért a tablettába szalicilsav és a kalcium-karbonát keverékét teszik. A tablettát vizes közegben feloldva kalmopyrin és szén-dioxid keletkezik. Próbálj feloldani egy kalmopyrin tablettát egy evőkanál vízben!

TESZT 96. 10 47.O. GYÓGYSZER KÉP 1883-ban Ludwig Knorr kísérletei során nem az a reakció ment végbe amire számított és egy azofén nevű vegyület keletkezett. AZOFÉN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Ennek a vegyületnek a dimetilezett származéka az a gyógyszer, amit Amidozofén néven hoznak forgalomba. Amidozofén tartalmú, de más hatóanyagot is tartalmazó tabletta még az Antineuralgica és a Quarelin, amelyeket a fejfájás, a Demalgon tablette, amelyet a fogfájás, Meristin tabletta, amely a menstruációs fájdalmak enyhítésére hivatott. Az Algopyrin is ebbe a csoportba tartozik, ennek a gyógyszernek a vízoldhatósága nagyobb mint az előzőeké. Vannak olyan fájdalomcsillapítók, amelyek hatóanyagát anilinből állítják elő. ANILIN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Milyen funkciós csoportot tartalmaz az anilin?

Ebből a vegyületből készítik a paracetamol nevű vegyületet, amely a Rubophen és a Panadol tabletták, kúpok és szirupok hatóanyaga. PARACETAMOL FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE


128

3.7.2. Ha köhögés kínoz Léteznek olyan gyógyszerek, amelyek hatóanyaga eredetileg valamilyen növényből készült (a szalicilsav is ilyen volt.). Ilyen pl. az ipekakuánából készült kivonat, amelyet szirup formájában köptetőnek adnak a gyerekeknek. Felnőttek számára ugyanezzel a hatóanyaggal készül a Libexin nevű készítmény. A hatóanyagot mamár szintetikusan állítják elő. 3.7.3. A gyomor és tájéka Milyen eddig tanult gyógyszert alkalmazánál gyomorégés ellen? Milyen eddig tanult gyógyszert alkalmaznál hasmenés esetén?

Egy másik, szintén recept nélkül kapható gyógyszer a Sulfaguanidin. Ez a gyógyszer a a bélcsatornába kerülő kórokozó baktériumokat pusztítja el. Hatóanyaga szulfonamid származék. SZULFONAMID FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE: A szulfonamidok felfedezése Gerhard Domagk (ejtsd: domak) nevéhez fűződik. Domagk Németországban született, majd orvosegyetemet végzett. Az első világháborúban egy járványkórházban teljesített szolgálatot. Megdöbbenéssel nézte végig, hogy az orvosok tehetetlenül állnak olyan betegségek előtt mint a tüdőgyulladás, az orbánc. Elhatározta, hogy életét és tudását annak szenteli, hogy megpróbáljon hatásos ellenszert találni a hálálos betegségek ellen. 1924-ben írott cikkében rámutat arra, hogy olyan vegyületeket kell találni, amelyek hatásosak a baktériális fertőzésekkel szemben. Végigvizsgálta a Bayer cég által előállított összes vegyületet és végül rátalált a megoldásra. A laboratóriumában dolgozott lánya is, aki egy alkalommal megszúrta magát. A fertőzés elkerülésére apja a már kikísérletezett szert adta be neki, és a lány meggyógyult. Kutatásaiért 1939-ben neki ítélték az orvosi Nobel-díjat, de Hiltler arra kényszerítette, hogy lemondjon a díjról. Csak 1947-ben vehette át Domagk a díjat, de a díj pénzbeli részétől elesett.

DOMAGK KÉPE GYÓGYSZ TÖRT 42.KÉP Az ülőmunkát végzők és az időskorúak betegségei közé tartozik a székrekedés. Emlékezz vissza, milyen ételeket kell fogyasztania a székrekedésben szenvedőknek? Milyen eddig tanult gyógyszert alakalmaznál székrekedés ellen?

A székrekedés enyhítésére fenolftalein tablettát szednek az abban szenvedők. A FENOLFTALEIN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE: Kísérleteinkben mire használjuk a fenolftalein oldatát?

3.7.4. Ha komolyabb baj van… Már az előzőekben is említettük a baktériumok okozta fertőzéseket. Ezek hatékony ellenszerei a szulfonamidok. Ezek a gyógyszerek nem alkalmazhatók minden betegség ellen. Ilyenkor írnak fel az orvosok antibiotikumot. Az antibiotikum elnevezés Selman Waksmantől (ejtsd: vóksmen) származik: “ az antibiotikumok olyan mikroorganizmusból származó anyagok, amelyek más mikroorganizmusok növekedését, illetve létét nagy hígításban gátolják.”

A penicillint tartják az első antibiotikumnak. Sir Alexander Fleming nevéhez fűződik a felfedezés, amit - mint talán minden nagy felfedezést - a véletlen segített elő. Történt, hogy Fleming londoni laboratóriumábanegy Petri-csészében éppen baktérimtenyészetet vizsgált. Ebben a csészében telepedett meg egy penészbgomba. Fleming legnagyobb meglepetésére a baktériumtelepet elpusztította a penészgomba. A történet 1928ból való. Fleminget meglepte, de felkészülten érte a megfigyelés, hiszen sokat olvasott más tudósok, így Pasteur (ejtsd: pasztőr) baktériumokkal végzett kísérleteiről. Felfedezése nem


129

vezetett azonnal gyógyszerhez, először meg kellett állapítani, melyik vegyület okozza a baktériumok pusztulását, majd el kellett különíteni a penicillin nevű vegyületet. Csak ezután kerülhetett sor a penicillin tudatos termeltetésére. Az USÁ-ban ún. gombakutató csoportokat hoztak létre abból a célból, hogy megtalálják azt a gombafajtát, amely a legnagyobb mennyiségben állítja elő a penicillint. 1943-ban egy szemétdombról származó penészes dinnyéből állították elő a legtöbb penicillint. Még több penicillint tudtak előállítani akkor, amikor rájöttek, hogy a keményítő-előállítás során keletkezett áztatóvíz táptalajhoz való adagolása megnöveli az előállított penicillin mennyiségét. Fleming 1945-ben Nobel-díjat és lovagi címet kapott felfedezéséért.

A PENICILLIN FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE: A penicillinszármazékok az R csoportban különböznek egymástól. Szükség is van az antibiotikumok változtatásra, hiszen a baktériumtörzsek is megváltoznak. Így az a gyógyszer ami régebben hatásosnak bizonyult, mára már hatástalanná válhat. Az antibiotikumok alkalmazásának vannak veszélyei is. Ha nem megfelelő időben és adagban alkalmazzák őket, akkor a baktérium szervezete hozzászokik az illető antibiotikumhoz és nem pusztítja el azt, a beteg nem gyógyul meg. Ezért veszélyes, ha valaki öngyógyszerezésként bekap egy-két antibiotikumot. Ugyancsak ezen okból veszélyes az emberi fogyasztásra szánt állatokat antibiotikumokkal kezelni. Egyes emberekben a penicillin allergiás tüneteket válthat ki, ilyenkor azonnal orvoshoz kell fordulni, aki más gyógyszert ír fel. 3.7.5. Ha nem jön álom a szemünkre Egy nehéz, rosszul sikerült nap vagy egy horror film megtekintése után előfordul, hogy csak forgolódunk az ágyban, de nem tudunk elaludni. Sokan nyúlnak ekkor gyógyszerhez. Már tanultunk olyan altatószerről, amelyet a gyógyászatban használnak, melyik az?

Számos vegyületet próbáltak altatóként alkalmazni, de a kellemetlen mellékhatások megnehezítették alkalmazásukat. 1895-ben Emil Fischer (ejtsd: fiser) fedezte fel az altatók egyik új csoportját. Karbamidból és malonilsavból egy új vegyületet állított elő, amelyet egy Barbara nevű lányról barbitursavnak nevezett el. Az új gyógyszert Verona városáról Veronalnak nevezték el, utalva a Rómeo és Júlia című dráma altatószerére VERONAL FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Később az R oldallánc változtatásával még hatásosabb altatókat pl. Sevenal állítottak elő. Az altatókkal kapcsolatban meg kell jegyezni , hogy a szervezet rendkívül hamar hozzászokik ezekhez az anyagokhoz, így egy idő után csak az adag emelése váltja ki a kívánt hatást. Az adag emelésének veszélye, hogy végső esetben halált okozhat. Az altatók szedésének másik veszélye, hogy hatásuk másnapra is áthúzódhat, és hátráltatja a másnapi tevékenységet pl. a dolgozat írását, gépkocsivezetést, stb. A rendszeres altató fogyasztás károsítja az egyészséget. Mit tehetünk, ha nem tudunk elaludni? h 1. 18 után ne fogyasszunk kávét, teát, Coca-Colát, mivel ezek élénkítőszert tartalmaznak. 2. Szellőztessünk lefekvés előtt és éjszakára ne fűtsük túl a szobát. 3. Lefekvés előtt ne nézzünk horror vagy akciófilmet. 4. Együnk könnyű vacsorát! 5. Ha nagy megrázkódtatás ér bennünket és ez nem hagy nyugodni, próbáljuk kibeszélni magunkból.

3.7.6. Azt hiszem a szívemmel baj van A szívműködés elégtelenségének egyik legszembetűnőbb tünete az ún. vízkór. Ez azt jelenti, hogy vizenyős, ödémás a beteg szervezete. Már régóta ismerik azt a növényt, amelyből hatásos szívgyógyszert készítenek. Ez a piros gyűszűvirág, latin nevén Digitális purpurea.


130

Egy másik, szintén növényi eredetű szívgyógyszer a sztrofantin. A Strophatus fajok kúszónövények, amelyekből Afrikában nyílmérget állítottak elő. A növények magjából előállított hatóanyag hasonló hatású volt, mint a digitalis fajok hatóanyaga, de hatása sokszorosa a digitális fajokénak és hatóideje sokkal rövidebb. DIGITÁLIS ÉS ÍSTROPHANTUS FAJOK HATÓANYAGA A szív koszorús ereinek elégtelenségét a gyors és erős értágító hatása miatt gyógyítja a Nitromint tabletta, ami glicerin-trinitrátot tartalmaz. A glicerin-trinitrát a glicerinnek három salétromsav molekulával képzett észtere: GLICERIN-TRINITRÁT KÉPZŐDÉSE A glicerin-trinitrátot helytelenül nitroglicerinnek is szokták nevezni. Mint az eddigiekből is kitűnik a gyógyszer lehet csodaszer, ha megfelelőt megfelelő időben és megfelelő mennyiségben alkalmazzuk. A gyógyszerből lehet méreg is öngyógyszerezés, túladagolás, lejárt szavatosságú gyógyszer alkalmazása esetén. A lejárt szavatosságú gyógyszer veszélyes hulladék, ezért ne dobd a kukába, hanem gyűjtsd össze és vidd el a gyógyszertárba, ott gondoskodnak a szakszerű megsemmisítésről. Csak olyan gyógyszert tartsál otthon, amiről tudod, mire alkalmazható: lázcsillapító, fájdalomcsillapító, hashajtó és gyomorfertőtlenítő gyógyszereket. A gyógyszert kisgyermekektől távol, elzárt helyen kell tartani!


131

3.8. Kábítószerek és hatásaik 3.8.1. Melyek a leggyakoribb kábítószerek? A görög mondavilág szerint Zeusz főisten légyölő galócából és ópiumból készült itallal frissítette magát. Az indiai mondák szerint Ramakrisna kender és maszlag keverékét szívta pihentetésül. A kendert már régóta ismerték, de eleinte a köszvény. a hidegrázás ellen használták. A porráőrölt kendervirágot sebek gyógyítására használták. A Római Birodalomban nagyobb ünnepeken a kendert kis tálkákban osztották szét a nép között. Európába a kenderből előállított sötétbarna, gittre emlékeztető gyanta, a hasis (haska, csoki) Napoleon hadjáratai során jutott el. A marihuána (fű, joint) a kender női ivarú virágzatának és leveleinek gyakran dohánnyal kevert őrleménye. A marihuána hatóanyagtartalma a hasis hatóanyagtartalmának egyötöde. A hasis a központi idegrendszerre van hatással, valószínűleg az agysejtek ingerületátvitelét zavarja meg, de pontos hatásmechanizmusát nem ismerik. Hatása: felszabadult viselkedés, nevetési rohamok, enyhe hallucinációk. A MORFIN KÉPLETE Az ópiumot a mák zöld gubójából kicsorduló tejnedvből állították elő a sumérok. Ők szállították az ópiumot az ókori Egyiptomba. Európába Ázsiából terjedt el. Fájdalomcsillapításra már a XVI.sz-ban Paracelsus alkalmazta. Az ópium hatóanyagát Friedrich Sertürner (ejtsd: szertürner) német gyógyszerész különítette el 1805-ben és Morpheusról, az álom görög istenéről morfinnak nevezte. Az elnevezést indokolja Sertürner kutyán végzett kísérlete, amikor a morfin álmosságot, szédülést és kábultságot idézett elő a kutyán. A morfin diacetilezésével állítják elő a heroint. Sertürner arra is fényt derített, hogy a morfin lúgos kémhatású vegyület. Ezt követően fedezték fel a többi hasonlóan növényi eredetű és lúgos kémhatású vegyületet. Lúgos kémhatásuk miatt kapta a vegyületcsoport az alkaloid nevet. KOKAIN KÉPLETE A kokaint a Dél-Amerikából származó kokacserjéből állítják elő. A spanyol hódítók találkozva az őslakosokkal arra lettek figyelmesek, hogy a földeken dolgozó indiánok a kokacserje levelét rágcsálták. Bevallásuk szerint ettől nem voltak éhesek és nehezen fáradtak el. A XIX. sz-ban Angelo Mariani (ejtsd: mariani) olyan italt állított elő, ami vízből és kokainkivonatból állt. 1885-ben John Sebastian Pemberton amerikai gyógyszerész forgalomba hozta a Coca-Colát. Ez az ital kokainból és a kóladió leveléből készült és cukorral ízesítették. 1907-ben ezt az italt káros hatásai miatt betiltották. A ma forgalomban levő CocaCola valószínűleg nem tartalmaz kokaint, de pontos összetétele üzleti titok. A kokain érzéstelenítő és doppingoló hatását azóta igazolták. Sigmund Freud (ejtsd: frajd) a pszichiátria megteremtője búskomor kisasszonyok és életunt arisztokraták kezelésére használta. Az LSD az első szintetikusan előállított kábítószer. Feltalálása Albert Hofmann nevéhez fűződik. Hofmann a Sandoz cég brüsszeli laboratóriumában gyógynövényekkel foglalkozott. Kollégái a rozson élősködő gombafajtából, az anyarozsból különítették a lizergsavat. Hofmann 1938-ban ebből az anyagból állította elő a lizergsav-dietil-amidot, rövidítve LSD-t. 1943-ban kiderítették, hogy a hallucinogén hatáson kívül serkenti a vérkeringést, a légzést és szokatlan nyugtalanságot okoz. Pszichiáterek kezdték alkalmazni, mivel felszínre hozta a szorongó vagy a neurózisban szenvedő beteg elfojtott emlékeit. Az LSD “csodagyereknek” indult ám rövid idő alatt “kezelhetetlen kölök” lett belőle.

-írta később Hofmann, aki a hetvenes évek elejétől végleg visszavonult és nem hajlandó nyilatkozni az általa tett felfedezésről. A morfium származékok, a kokain és az LSD fogyasztása átmenetileg (15-45 perc) magabiztosságot , nevetési rohamokat, fulladást, görcsöket, nyálfolyást, eszméletvesztést,


132

majd félelem és szorongásérzetet, látomásokat álmatlanságot okoz. Egyszeri fogyasztás után is testi és lelki függőséget idéznek elő, vagyis hajlamosítanak az újabb használatra. LSD SZERKEZETI KPLETE Az amfetamin vagy speed (ejtsd: szpíd) vagy extasy (ejtsd: eksztázi) az emberi szervezetben is megtalálható, természetes serkentő anyaghoz, az adrenalinhoz hasonló, mesterségesen előállított vegyület. Fokozott eufóriát okoz, növeli a teljesítményt, csökkenti a fáradtság és az éhségérzetet. Ez utóbbi hatásaiért sportolóknál doppingszerként és fogyasztószerként alkalmazzák. Az okozott hatás csak időleges, amit később álmatlanság, szorongás, alaptalan gyanakvás, öngyilkossági szándék válthat fel. Mint az előbbiekből kitűnik a kábítószerek fogyasztása rendkívüli veszélyeket rejt magában. Mivel mindegyikük a központi idegrendszerre hat, ezért megváltoztatja a fogyasztó viselkedését, cselekvéseit, érzékelését, olyan viselkedésre szánja el magát, amelyet “tiszta” állapotban nem tenne meg. A másik nagy veszély a hozzászokás. A “szerek” okozhatnak ugyan rövid ideig tartó feldobódottságot, magabiztosságot, de utána mély depresszió, szorongás, halálfélelem következik. A szervezet azonban már megízlelte a “szert”, hiányát érzi és ez újabb “szer” bevételére ösztönöz. Mint minden anyagnál itt is számolni kell az ún. mellékhatásokkal, a szív, a vese, stb. elégtelenséggel. 1995 tavaszán egy kazincbarcikai diszkóban egy tizenéves lány először próbálta ki az extasyt. A bevett “szer” hatására áttáncolta az éjszakát, a “szer” hatása miatt azonban nem észlelte, hogy szíve nem bírja tovább, ezért szívinfarktust kapott és meghalt. 1993 óta Magyarországon ő volt a hetedik.

A kábítószer függőség betegség, ami teljesen megváltoztatja a személyiséget, felemészti az anyagi javakat, tönkreteszi a családokat. Orvosi segítség nélkül nem lehet kigyógyulni ebből a betegségből. Segítséggel együtt is a gyógyulás hónapokat, súlyos esetekben éveket vehet igénybe, és a teljes gyógyulás csak ritka esetben valósítható meg. Ha a barátod bajban van fordulj a drogambulanciához! A kábítószer birtoklása büntetendő cselekmény. 3.8.2. Doppingszerek A dopping szó a délkelet-afrikai zulu-kaffer törzsek nyelvéből származik, akik ünnepeiken izgató pálinkát fogyasztottak. Az angolok 1889-ben jelentették meg először szótáraikban a dope szót, ami a versenylovak teljesítményét fokozó ópiumot és más narkotikumot jelentette. A Nemzetközi Olimpiai Bizottság (NOB) szerint a dopping a versenyzők által alkalmazott testidegen szerek vagy abnormális mennyiségű élettani vegyületek, más eszközök és módszerek használata abból a célból, hogy növeljék a versenyteljesítményt. Koffein A tea, a kávé, a kakaó, a Coca-Cola és a Red Bull energiaital elég sok koffeint tartalmaz. A koffein növeli az éberséget, csökkenti a fáradtságérzetet, e mellett azonban erős szívdobogást, nyugtalanságot és remegést idéz elő. KOFFEIN SZERKEZETE A sportolók számára tiltott mennyiség 4-5 kávé, vagy 2 liter kóla vagy 3-4 doboz Red Bull. Anabolitikus szteroidok Ezek fehérjeképző szereket jelentenek. Mint a nemi hormonok, ezek a vegyületek is a szteránvázas vegyületek közé tartoznak. Szerkezetében a tesztoszteron nevű férfihormonhoz hasonlítanak, ilyen a stanozol, metalon, nandrolon. A teljesítményt növelik ugyan, de főleg tizenéveseknél a csontok növekedése megáll, csökken a spermatermellés, fiúknál heresorvadás alakul ki. Nőknél elférfiasodást, a petefészek működésének és a menstruációnak


133

megszűnését, terméketlenséget eredményez. A fentiek alapján érthető, hogy az anabolitikus szteroidok használatát a NOB tiltja ANABOLITIKUS SZTEROIDOK HATÁSAI HVG 96 07 13 70.O. SZTERÁNVAZ Természetesen a sportolók sem fogyaszthatnak kábítószereket, alkoholt és nem is dohányozhatnak. Nikotin A cigarettázás először csak jópofa felnőttes dolognak tűnik, de később szenvedéllyé válhat. Ez annál is veszélyesebb, mert a cigaretta is tartalmaz egy alkaloidot, a nikotint. NIKOTIN SZERKEZETE Szomorú tény, hogy a cigarettából a nikotin egyharmada a füstbe távozik, így az is, aki nem dohányzik belélegzi ezt a rendkívül káros anyagot. A belélegzett nikotin 5%-a a száj nyálkahártyáján keresztül felszívódik. Ha azonban a füst a tüdőbe kerül, a nikotintartalom teljes mértékben megkötődik. A nikotin felfedezőjéről, Jean Nicot (ejtsd: niko)-ról kapta a nevét. Ez a színtelen olajszerű folyadék már 50 mg-os adagban is halálos. Mi a véleményed a kábítószerekről, doppingszerekről? (Az alábbi játékból kiderül) Szombat este van és egy diszkóban vagytok. A játék szereplői: Diszkó tulajdonosa: érdeke, hogy minél többen látogassák a diszkót, ne legyen összetűzése a rendőrséggel Kábítószerárus: érdeke, hogy minél több kábítószert adjon el, hiszen ebből él. Anikó: táncolni, ismerkedni akar, nem akarja kipróbálni a drogot, mert egy barátja függővé vált tőle Éva: Anikó barátnője, szintén ismerkedni jött, sokat hallott a drogokról, kíváncsi, szeretné kipróbálni Tamás: ismerkedni jött ő is. Ő már próbálta az extasyt. Karcsi: Tamással jött, de csak haverok, ő még nem próbált drogot és nem is akarja kipróbálni. A bejáratnál összetalálkoztok és megismerkedtek. Beszélgetni kezdtek, amikor odajön a kábítószerárus…


134

3.9. Robbanóanyagok Azok az anyagok tartoznak ide, amelyeket robbantási célra vagy lőfegyverekben a lövedékek kilövésére használnak. Trotil TROTIL FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE tudományos neve: 2,4,6 trinitro-toluol (TNT) Halványsárga színű, kristályos vegyület. Sem rázásra, sem enyhe melegítésre nem robban. Ha egy kb. 2kg-os kalapácsot 100 cm-ről ejtenek a kristályokra, akkor robban. A TNT-t toluolból nitrálással állítják elő. TOLUOL ELŐÁLLÍTÁSA A két világháborúban ez volt a legfontosabb robbanóanyag. Dinamit 1867 január 1-én gyártott a Nobel és társa cég először dinamitot. A dinamit hatóanyaga már jó ismerősünk, hiszen gyógyszerként hallottunk már róla. Tudományos neve: glicerin-trinitrát

A glicerin-trinitrát, köznapi nevén nitroglicerin olajszerű, nagyon mérgező, színtelen, szagtalan folyadék, A tiszta nitroglicerin rendkívül robbanékony, egy 2 kg-os súlyt 15 cm-ről ráejtve robban. Alfred Nobel svéd kémikus már régóta kísérletezett nitroglicerinnel. Rájött hogyha a nitroglicerint kiizzított kovafölddel és szódával keveri , akkor kevésbé robbanékony anyagot kap, ez a dinamit. 1896 december 10-én bekövetkezett halála után 31 millió svéd korona értékű vagyonának kamatait minden évben a Svéd Királyi Akadémia az arra érdemes tudósok között osztja szét. Nobel ezzel akarta ellensúlyozni, hogy találmányát nem csak békés célokra használták. DINAMIT ROBBANÁSAKOR LEJÁTSZÓDÓ FOLYAMAT Nitrocellulóz Az egyik legrégebben ismert szerves robbanóanyag a cellulóz nitrálóeleggyel történő nitrálásával keletkezik. Ezt a robbanóanyagot másnéven lőgyapotnak is nevezik. Tanári kísérlet: Készítsünk lőgyapotot! 3

3

100 cm -es főzőpohárban , hűtés közben óvatosan keverjünk össze 10 cm füstölgő 3 salétromsavat 20 cm tömény kénsavval. A lehűtött keverékbe szórjunk 1 g apróra tépett gyapotvattát. Kb. 10 percig hagyjuk állni a keverékben. Üvegbot segítségével vegyük ki a vattát és tegyük egy üvegtölcsér nyílásába, majd 5 percig folyassunk rá vizet. Szűrőpapír segítségével nyomjuk ki a felesleges vizet a lőgyapotból, majd száraz szűrőpapíron másnapig szárítsuk. A megszáradt lőgyapotot vaslapra helyezzük és kalapáccsal ráütve felrobbantjuk. (A lőgyapot szárazságát úgy ellenőrizhetjük, hogy egy gyufa fejét betekerjük lőgyapottal, majd lángba tartjuk. Ha a gyufa feje nem gyullad meg, akkor a lőgyapot száraz.

LŐGYAPOT KELETKEZÉSE A robbanóanyagok tárgyalásakor ne feletkezzünk meg arról, hogy ezek az anyagok nemcsak pusztításra használhatók. Gondoljunk pl. a metro vagy egy alagút építésére vagy egy bánya feltárására, mennyi emberi munkát takarít meg a robbanóanyag alkalmazása. Láthattunk, hogy a felsorolt robbanóanyagok készítése, ha nagy körültekintéssel is, de viszonylag egyszerűen elvégezhető. A robbanóanyagok használatára, miként a kés használatára is igaz, lehet vele kenyeret szelni, de embert is ölni az eredmény a felhasználó szándékától függ.


135

A következő fejezetben •

már nem találkozol új tudnivalókkal, hanem ellenőrizheted, mire emlékszel az elmúlt évben tanultak közül


136

Év végi önellenőrzés Az alábbi kérdések segítséget nyújtanak neked abban, hogy meggyőződhess arról, mennyire sajátítottad el az elmúlt évben tanultakat. A kérdések után olvasható számoknak megfelelő fejezetben ellenőrizheted, hogy helyesen válaszoltál-e a kérdésekre. Milyen anyagokat használnak? • a benzin előállításához • a gumi előállításához • hegesztéshez • molyirtónak • teflonserpenyő készítéséhez • hűtőszekrények hűtőközegeként • növényvédőszereknek • tartósítószereknek • fagyállónak • mesterséges édesítőszereknek • műanyagoknak • gyógyszereknek • kábítószereknek • robbanóanyagoknak Miből állítják elő és hogyan? • a bort, a sört és a pálinkát • a zsírt és az étolajat • a vajat • a margarint • a kristálycukrot • a keményítőt • a kenyeret • az ecetet • a papírt

3.2.2.1. 3.2.2.4. 3.2.3. 3.2.4. 3.3.1. 3.3.1. 3.3.2. 3.4.4. 3.4.2. 3.5.2.3. 3.6.1. 3.7. 3.8. 3.9.

3.4.1.1-4 3.5.1.2-3 3.5.1.5. 3.5.1.4. 3.5.2.2. 3.5.3.1. 3.5.5. 3.4.4.1. 3.5.2.3.

Milyen fontos tápanyagokat tartalmaz? 3.5.4.5. • a tej 3.5.5. • a kenyér 3.5.3. • a krumpli 3.5.4.3. • a hús Miből és hogyan állítják elő? • a PVC-t • a műselymet • a nejlont Dr. Kisfaludi Andrea_Felfedezőúton a kémia birodalmában_kézirat.docx

137

• a szalicilsavat • a teflont • a polipropilént • a bakelitet • a terilént Írd le az előállítások egyenleteit! Mi a különbség és mi a hasonlóság az alábbi vegyületek és keverékek között? 2.4. • a gyémánt és a grafit 3.5.3.1.-2 • a keményítő és a cellulóz 3.5.4.2. • a selyem, a haj és a cellulóz 3.5.1.1-2. • a zsír és az étolaj 3.2.2.1-2 • a benzin és a dízel-olaj 3.5.2.1. • a répacukor és a gyümölcscukor 3.4.1-2. • a glikol és a glicerin 3.5.2.1. • a szőlőcukor és a gyümölcscukor 3.5.1.4-5 • a margarin és a vaj 3.4.5-6 • a gyümölcsészterek és a viaszok 3.5.2.4. • a méz és a répacukor 3.4.1.1-2 • a bor és a pálinka 3.4.1.,3.4.3. • az acetaldehid és az aceton • a túró és a tejsavó Miért? • nem röpül ki az elektron az atomból • apoláris a szén-dioxid molekula • szilárd halmazállapotú a jódmolekula és gáz-halmazállapotú a klórgáz • vezetik a fémek az elektromos áramot • nem oldódnak a zsírok vízben • csapódnak ki a fehérjék melegítés hatására • hízik el az, aki túl sokat eszik • okoz betegséget a vitaminhiány • olvasztja meg a fémeket az acetilén lángja • lehet pálinkát desztillálásal készíteni • veszélyes, ha túl sokszor sütsz az étolajban • lehet dauerolni a hajat • tartósít az ecet és a hangyasav • szines a sárgarépa és a paradicsom • magas a gyémánt olvadáspontja • tetraéder alakú a metánmolekula • tisztít a szappan Milyen veszélye van? • a halonok és a freonok alkalmazásának • a növényvédőszereknek

2.3. 1.5.6. 2.1.1. 2.3. 3.5.1. 3.5.4.1. 3.4.4.3. 3.5.6.1. 3.2.3. 3.4.1.2. 3.5.1.9. 3.5.4.2. 3.4.4.1. 3.2.2.6. 2.4.1. 1.5.5. 3.5.1.8.

3.3.1. 3.3.2.


138

• • • • • • •

a túlzott alkoholfogyasztásnak a túlzott zsírfogyasztásnak a túlzott vitamin fogyasztásnak a kábítószer fogyasztásnak a műanyagok nem körültekintő alkalmazásának az élelmiszer adalék anyagok alkalmazásának a közlekedésnek

3.4.1.5. 3.5.1.6. 3.5.6.1. 3.8. 3.6. 3.5.6.2.


139

Függelék I. Az alábbiakban azokat a fogalmakat találod meg, amelyekkel az elmúlt évben ismerkedtél meg. A fogalmak után fel van tüntetve annak a fejezetnek a száma, ahol a fogalom jelentését és magyarázatát elolvashatod. addíció alapállapotú atom alhéj alkadién alkán alkatrién alkén anion apoláris kovalens kötés apoláris molekula atompálya datív kötés dipól-dipól kötés dipólus molekulák diszperziós kötés elektronaffinitás elsőrendű alkoholok étercsoport fehérjék szerkezetei fenol formil csoport főkvantumszám funkciós csoport geometriai izoméria gerjesztett atom gyümölcsészter hidrogénkötés hidroxi-vegyületek homológ sor homopolimer ionizációs energia karbonilcsoport karboxilcsoport kation konstitúciós izoméria kopolimer kötési energia kötéstávolság

2.2.1.3. 1.2.3. 1.2.1. 2.2.1.3. 2.2.1.3. 2.2.1.3. 2.2.1.3. 1.4.2. 1.5.4. 1.5.7. 1.2.1. 1.5.5. 2.1.1. 1.5.7. 2.1.1. 1.4.2. 3.4.7. 3.4.3. 3.5.4.1. 3.4.3. 3.4.1.5. 1.2. 3.4.1. 2.2.1.3. 1.2.3. 3.4.6. 2.1.1. 3.4.1. 2.2.1.1. 3.6.1. 1.4.1. 3.4.3. 3.4.3. 1.4.1. 2.2.1.3 3.6.1. 1.5.1. 1.5.1.

kötésszög krakkolás mágneses kvantumszám másodrendű alkoholok mellékkvantumszám, oktánszám oxidációs szám oxovegyületek pályaenergia pí-kötés poláris kovalens kötés polikondenzáció polimerizáció rácsenergia só spinkvantumszám szigma-kötés szubsztitúció viasz zsír,olaj


1.5.6. 2.2.1.3. 1.2.1. 3.4.7. 1.2.1. 2.2.1.3. 2.2.3 3.4.3. 1.2.2. 1.5.2. 1.5.4. 3.5.3. 2.2.1.3. 2.2.1. 2.2.2 1.2.1. 1.5.2. 2.2.1.1. 3.4.6. 3.5.1.

140

Függelék II. A kémia és a biológia határán Az alábbiakban egy olyan vegyületcsoportról olvashatsz, amely rámutat arra, hogy a kémia és a biológia között nincsen éles határvonal, ha az életben tapasztalható jelenségeket vizsgáljuk. Ha egy családban gyerek születik, már újszülött korában igyekszenek kitalálni vajon melyik szülőre fog hasonlítani, kinek van ilyen szeme, orra, szája, magas homloka, szép mosolya a családban. Hogyan is kerül a gyerekbe az a tulajdonság, amely meghatározza hogyan fog kinézni, lesz-e zenei tehetsége, hajlékony ízületei, mély hangja? A következőkben erre a kérdésre keressük a válasz egy kis kitérő után. Gregor Mendel(1823-1884) osztrák szerzetes vizsgálta először az öröklődés folyamatát. Kísérletében zöld szögletes és sárga kerek borsókat keresztezett egymással és kísérleteiből születtek a mendeli törvények. Mendel meg tudta mondani, hogy a sárga és zöld borsók keresztezéséből, milyen színű és formájú borsók, milyen arányban keletkezhetnek. Arról azonban, hogy a tulajdonságok öröklődésekor a sejtek szintjén mi történik csak sokkal később tudott választ adni a tudomány.

Sejtjeink magjában létezik egy vegyület, amely létezik egy vegyület, amelyben mindazok a tulajdonságok kódolva vannak, amelyekkel rendelkezünk. Ennek a vegyületnek a neve dezoxiribonukleinsav , rövidítve DNS. A vegyület a szerkezetét hosszú időn keresztül tanulmányozták és igyekeztek szerkezetét felderíteni. Végül 1953-ban az amerikai James Dewey Watson és az angol Francis Compton Crick alkotta meg a DNS molekula modelljét. Munkásságukat Nobel-díjjal jutalmazták. SALTER1S APPR 33.O ÉS GEN CHEM 958. O. KÜLÖN HVG 99 JUNI 12 A DNS molekula egy óriásmolekula, amely két egymással szemben álló szálból áll. A szálak spirálisan fel vannak tekeredve. A szerkezet egy megcsavart létrára emlékeztet, ezért is kapta a kettős spirál elnevezést. A DNS molekulák szálai háromféle molekula kondenzációjával képződnek: • 2-dezoxi-ribóz • foszforsav • nitrogéntartalmú aromás gyűrűs szerves bázis A 2-dezoxi-ribóz egy ötszénatomos monoszacharid. 2-DEZOXI-RIBÓZ ÁBRÁJA A nitrogéntartalmú aromás gyűrűs szerves bázis, nitrogéntartalmú heterociklusos vegyület. Ez azt jelenti, hogy az aromás gyűrű nitrogénatomot vagy atomokat tartalmaz. A nitrogéntartalmú heterociklusos bázisoknak két típusát különböztetjük meg, a piridin és a purin bázisokat. PIRIDIN ÉS PURINVAZ ÁBRÁJAŰ A DNS molekula kétféle pirimidin és kétféle purinbázist tartalamaz TIMIN, GUANIN, CITOZIN, ADENIN ÁBRÁJA A DNS molekulát felépítő három molekula az alábbiak szerint kapcsolódik össze ADENIN + DEZOXIRIBÓZ NUKLEOZID +FOSZFORSAV NUKLEOTID A nukleinsavak hidrolízisével nukleotidok képződnek. Mint már említettük a DNS két szálból áll. A két szál hidrogénkötéssel kapcsolódik egymáshoz. A legtöbb hidrogénkötés akkor tud kialakulni, ha adenin bázist tartalmazó nukleotid timin bázist tartalmazó nukleotiddal áll szemben, valamint a guanin bázist


141

tartalmazó nukleotid citozin bázist tartalmazó nukleotiddal áll szemben. Az első esetben két a második esetben három hidrogénkötés kialakulására nyílik lehetőség. A maximális számú hidrogénkötés kialakulásaadja meg a molekula stabilitását. HIDROGÉNKÖTÉS A-T C-G Az így felépülő két lánc spirálisan feltekeredik. A feltekeredett láncoz különféle másodrendű (dipól-dipól, diszperziós, ion-ion)kötések stabilizálják A DNS molekulák egy- egy jól körülhatárolt szakaszát génnek nevezzük. A génekben a bázissorrend jól meghatározott. Ezek a gének hordozzák magukban a tulajdonságainkat, vagyis azt , hogy magas , szőke hajú, szépen rajzoló botfülű egyénről van-e szó. Megtermékenyítéskor a petesejt és a hímivarsejt DNS taralma egy sejtbe kerül és ebből a sejtből fejlődik ki az újszülött szervezete. Az előbbiekből következik, hogy a születendő gyerek genetikai tulajdonságait a szülei génjei határozzák meg. Azt azonban, hogy ezekből a genetikai adottságokból végül milyen gyerek, majd felnőtt tulajdonságok alakulnak ki az egyrészt biológiai okokra, másrészt társadalmi okokra vezethető vissza. Erről biológia tanulmányaitok során olvashattok. Létezik egy másik fajta nukleinsav, amely a sejtek plazmájában található meg, neve ribonukleinsav, rövidítése RNS. Ebből a nukleinsavféleségből háromféle is van a sejtben. Az egyik a hírvivő, a másik a szállító, a harmadik a riboszómális RNS. Mindhárom RNS molekulának a sejtek fehérjeszintézisben van szerepe. Tehát ezeknek a molekuláknak A segítségével jöhetnek létre a DNS molekulában kódolt gének alapján az egyénre jellemző fehérjék. Az RNS molekula is óriásmolekula. Felépítése hasonlít a DNS molekulához, de csak egy szálból áll. Az RNS molekula is háromféle molekula kondenzációjával képződik. • ribózmolekulából • foszforsavól • nitrogéntartalmú heterociklusos szerves bázisból (uracil, citozin) az uracil hasonlóan a timinhez pirimidin vázú szerves bázis URACIL SZERKEZETE Az RNS molekulák ellentétben a DNS molekulákkal csak egy szálból állnak A nukleotidok egy másik megjelenési formája a sejtekben energiatároló szerepet ellátó molekula az adenozin-trifoszfát rövidítése ATP ATP MOLEKKULA FÉLKONSTITÚCIÓS KÉPLETE Ha a szervezetnek futáshoz, tanuláshoz, kapáláshoz energiára van szüksége, akkor ez a molekula adenozin-difoszfáttá vagy adenozin-monofoszfátttá bomlik. A bomlás során felszabaduló energia fordítódik az energiaigényes folyamatokra. ATP MOLEKUL ABOMLÁSA


142

(C) Minden jog fenntartva!

Recommend Documents