Kémiai alapismeretek 4. hét

Másodlagos kötőerők H-híd kötés szilárd állapot

Kémiai alapismeretek 4. hét

Kristályrács típusok

Oldatok Példaszámolások 1. Példa 2. példa 3. példa

Horváth Attila Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Kémia Intézet, Szervetlen Kémiai Tanszék

2013. szeptember 24.-27.

1/14

c 2013/2014 I. félév, Horváth Attila

Elegyek

Kolligatív sajátságok

I

I

Másodlagos kötőerő: A molekulák között fellépő gyenge kölcsönhatás, ami az anyagi halmaz fizikai tulajdonságait befolyásolja. Semleges molekulák között jön létre, 2 fajtája van: van der Waals-féle kölcsönhatások: Dipól-dipól kölcsönhatás: Dipólusmomentummal rendelkező molekulák között létrejövő másodlagos kötés, amelyben az ellentétes részleges töltésű felei a molekuláknak egymás közelében igyekeznek elhelyezkedni. Pl.: (HCl, kondenzáció −85◦ C-on.) Energetikailag: 0,1−10 kJ/mol. 2 Dipól-indukált dipól kölcsönhatás: Egy poláris és egy apoláris molekula közt létrejövő kölcsönhatás úgy, hogy a poláris molekula enyhén polarizálja az apoláris molekulát. Pl.: HCl-Ar kölcsönhatás. Energia: 0.1−4 kJ/mol. 3 London-féle erők (pillanatnyi dipólus-indukált dipólus kölcsönhatás): Az elektronok mozgásából adódó pillanatnyi dipólus által létrehozott erő. Pl.: CH-ek. Energia: 4−40 kJ/mol 1

2/14


Másodlagos kötőerők H-híd kötés szilárd állapot Kristályrács típusok

Oldatok Példaszámolások 1. Példa 2. példa 3. példa Elegyek


I

Hidrogén-híd kötés: Nagy elektronegativitású atom nemkötő elektronpárja és egy másik molekula H-atomja között fellépő kölcsönhatás. Energia: 10−40 kJ/mol Intermolekuláris: Molekulák között fellépő H-híd kötés. Pl.: H2 O, HF, NH3 2 Intramolekuláris: Molekulán belül fellépő H-híd kötés. Pl.: orto-hidroxi-benzaldehid. 1

3/14

I

Következmény: magas op. fp.

I

Hangyasav fp-je: 100◦ C, míg metil-formiát fp.-je: 34◦ C.

I

o-hidroxi-benzaldehid (fp=1,5◦ C)[intramolekuláris], p-hidroxi-benzaldehid (fp=115,5◦ C) [intermolekuláris]

I

H-híd kötés biológiai jelentősége: RNS, DNS (bázispárok, T-A 2 db C-G 3 db H-híd)





I

I I

Kémiai kötések segítségével értelmezni tudjuk a szilárd anyagok fizikai tulajdonságait. Szilárd anyag (Molekulárisan szilárd, fémesen szilárd, ionosan szilárd, kovalensen szilárd). Op., fp. Magas: ionos, kovalens (NaCl, gyémánt) Változó: fémes (lsd.: Hg, W) 3 Alacsony: molekulárisan szilárd (szilárd CO2 ) 1 2

I

Keménység, ridegség Molekuláris: lágy, rideg (nem alakítható) Fémes: változó, formálható 3 Ionos: kemény, rideg 4 Kovalens: kemény, rideg 1 2

I

I

4/14

Elektromos vezetés: Fémek, jó vezetők. Kovalens, ionos általában nem vezetők (Kiv.: grafit). Ionosan szilárd anyagok olvadékaik, vizes oldataik jó vezetők. Oldhatóság: Fémesen és kovalensen szilárd vízben nem oldódnak, ionosan szilárd változó (Pl.: NaCl↔BaSO4 )





Másodlagos kötőerők

Kristályrács típusok

H-híd kötés szilárd állapot Kristályrács típusok

I

Köbös rács: Kocka alak. (Pl. NaCl, Cu)

I

Hasáb rács: Négyzet alapú hasáb. (TiO2 , Sn(fehér))

I

Ortorombos rács: Téglatest alak. (CaCO3 , BaSO4 )

I

Monoklin rács: Paralelogramma alapú egyenes hasáb. (Bórax, PbCrO4 )

Oldatok Példaszámolások 1. Példa

5/14

I

Hexagonális rács: Szabályos hatszög alapú egyenes hasáb. (grafit, ZnO)

I

Romboid rács: Romboéder. (HgS)

I

Triklin rács: Paralelepipedon alakú. (K2 Cr2 O7 , CuSO4 ·5H2 O)


2. példa 3. példa Elegyek


Oldatok

Másodlagos kötőerők H-híd kötés

I

I

I

Szolvatáció: Azon jelenségek összesége, mely azt eredményezi, hogy az oldószer molekulák körülveszik az oldott anyagot. Oldat: Olyan (általában) biner elegy, amelyben az egyik komponens mennyisége jelentősen kisebb (oldott anyag), mint a másiké (oldószer) vagy valami miatt kitüntetett szerepe van az egyik komponensnek. Koncentráció típusok: moldott anyag moldat 2 tömeg%-os összetétel: woa %=100·woa noldott anyag 3 móltört (anyagmennyiségtört): xoa = nösszes 4 mól%-os összetétel (anyagmennyiség %-os): xoa %=100·xoa 1

6/14

tömegtört: woa =


szilárd állapot Kristályrács típusok



5 6 7

8

9

10

7/14

Voldott anyag Voldat térfogat%-os összetétel: φoa %=100·φoa mol : moláris koncentráció (molaritás) dm3 noldott anyag c= Voldat h g i moldott anyag tömegkoncentráció : ρoa = 3 dm Voldat 3 dm 1 hígítás : V= mol c mol molalitás (Raoult koncentráció) : kg noldott anyag moa = moldószer térfogattört: φoa =





1. feladat: 100 g vízben 22,0 g CaCl2 oldható fel. Az oldat sűrűsége 1,15 g/cm3 . Mekkora a CaCl2 tömegtörtje, móltörtje, koncentrációja, tömegkoncentrációja, molalitása, hígítása, a tömeg%-os és mól%-os százalékos összetétele? Mr (CaCl2 )=111, Mr (H2 O)=18 Megoldások: mCaCl 22g 2 1 wCaCl2 = m = =0,1803 CaCl2 +mvíz 22g + 100g 2 wCaCl2 %=100·wCaCl2 =100·0,1803=18,03% 3 nCaCl2 =

mCaCl

2 Mr (CaCl2 ) mH O 2

g = 11122g/mol =0,198

víz

4 xCaCl2 %=100·xCaCl2 =100·0,0344=3,44 % 5 Voldat =

moldat 100g+22g ρoldat = 1,15g/cm3 =106,1 nCaCl 0,198 mol

cCaCl2 = Voldat2 = 0,1061 6 V= 1c = 1,866 7 ρCaCl2 =

8/14

1 =0,536 mol/dm3

mCaCl

8 mCaCl2 =

dm3

2

Voldat

cm3 =0,1061 dm3

=1,866 mol/dm3

dm3 /mol

22 g = 0,1061 =207,4 g/dm3 dm3

nCaCl2 0, 198mol = =1,98 mol/kg mvíz 0, 1kg


H-híd kötés szilárd állapot Kristályrács típusok

Oldatok Példaszámolások 1. Példa

mol

g nH2 O = Mr (H2 O) = 18100 g/mol =5,556 mol nCaCl mol 2 xCaCl2 = n = 0,198 0,198 +n mol+5,556 mol =0,0344 CaCl2

Másodlagos kötőerők

2. példa 3. példa Elegyek


2. feladat: Hány cm3 60,65 w%-os 1,51 g/cm3 sűrűségű kénsavoldatot kell bemérnünk 5 dm3 2,0 mol/dm3 koncentrációjú kénsavoldat elkészítéséhez? Mr (H2 SO4 )=98,08 Megoldás: I

I

I I

I

9/14

Szükséges nH2 SO4 =c·Voldat =2,0 mol/dm3 ·5 dm3 = 10,0 mol mH2 SO4 =nH2 SO4 ·Mr (H2 SO4 )=10,0 mol·98,08 g/mol= 980,9 g w% wH2 SO4 = =0,6065 100 mH2 SO4 980, 8 g moldat = = =1617,1 g wH2 SO4 0, 6065 moldat 1617, 1 g Voldat = = =1071 cm3 ρ 1, 51 g/cm3





cm3

mol/dm3

3. feladat: Hány 0,005 koncentrációjú ecetsavoldatot kell hígítani vízzel úgy, hogy 100 cm3 10−4 mol/dm3 koncentrációjú ecetsavoldatot kapjunk? Megoldás:


Oldatok Példaszámolások

I

Készítendő oldathoz szükséges ecetsav: nes,vég =ces,vég ·Voldat,vég =10−4 mol/dm3 ·0,1 dm3 = 10−5 mol.

I

Hígítás során az anyagmennyiség állandó!! Ezért: nes,vég =nes,kiind =10−5 mol

I

Voldat,kiind. =

10−5 mol nes,kiin = =2·10−3 dm3 = ces,kiin 0, 005 mol/dm3

2,0 cm3

10/14


1. Példa 2. példa 3. példa Elegyek


I

I I

Oldat: Speciális szilárd-folyadék vagy folyadék-folyadék, esetleg gáz-folyadék elegy, ahol az egyik anyag nagy feleslegben van a másik vagy többi anyaghoz képest, vagy az oldószernek (víz) kitüntetett szerepe van. Pl.: sóoldatok, kénsavoldat, ammóniaoldat. Gázelegyek: összetétel megadás parciális nyomásokkal. pi =xi p Folyadékelegyek: korlátozott elegyedés: Létezik olyan összetétel, ahol két különböző összetételű fázisra esik szét az elegy. (Pl.: víz-benzin) 2 korlátlan elegyedés: Bármilyen összetétel mellett homogén, egy fázisú marad az elegy. (Pl.: ecetsav-víz) 1

I

szilárd-folyadék elegy: Oldhatóság: Az a maximális mennyiségű anyag, melyet adott hőmérsékleten oldott állapotban lehet tartani. 2 Telített oldat: Adott körülmények között a maximális mennyiségű oldott anyagot tartalmazza. Újabb oldott anyag hozzáadása új fázis megjelenéséhez vezet. 1

11/14





I

Gáz-folyadék elegy: Henry törvény poldott a =KH ·xoldott a

I

Víz fázisdiagramja:




I

12/14

Olvadáspont görbe, Gőznyomás görbe, Szublimációs görbe c 2013/2014 I. félév, Horváth Attila

I

Kolligatív sajátságok: A híg oldatok azon tulajdonságai, amelyek csak a részecskeszámtól, nem pedig azok anyagi minőségétől függenek. 1

Tenziócsökkenés: Az oldószer gőznyomása nem illékony oldott anyag hozzáadására a Raoult törvény szerint változik: poldószer =p0oldószer ·xoldószer

Mivel ∆p = p0oldószer − poldószer = p0oldószer − p0oldószer xoldószer = p0oldószer · (1 − xoldószer ) = p0oldószer xoldott anyag 2 Fagyáspontcsökkenés: ∆Tfagy = ∆TM,fagy · moldott a , ahol ∆TM,fagy a molális fagyáspontcsökkenés. (Alkalmazás: hűtőfolyadékok, utak sózása, moláris tömeg meghatározása) ∆Tm,fagy moldott a Utóbbi: Moldott a = · ∆Tfagy moldószer

13/14





3

4

Forráspont-emelkedés: ∆Tforr = ∆TM,forr · moldott a , ahol ∆TM,forr a molális forráspont-emelkedés. Alkalmazás: hűtőfolyadékok, moláris tömeg meghatározás. ∆Tm,forr moldott a · Utóbbi: Moldott a = ∆Tforr moldószer Ozmózis: Az oldószer molekulák áramlási jelensége egy félig átersztő hártyán keresztül, ami arra törekszik, hogy az oldott anyag koncentrációját a hártya mindkét oldalán kiegyenlítse. I

Felismerés XIX. sz. eleje, első mérés Pfeffer 1877 (π=2/3 atm 1%-os cukoroldatban!)

I

magyarázat van’t Hoff (1885) π=cRT Alkalmazás: fiziológiás sóoldat: πoldat =πsejt (0,9 w%-os NaCl oldat), moláris tömeg meghatározás (különösen nagy moláris tömegek esetén!) moldott a RT Utóbbi: Moldott a = πV

I I

I

14/14





Kémiai alapismeretek 4. hét

Recommend Documents