J. Balázs Katalin KÉMIA TANÁRI KÉZIKÖNYV évfolyam számára

KEMIA_7_JAV2

11/6/22

15:44

Page 1

J. Balázs Katalin

KÉMIA TANÁRI KÉZIKÖNYV

7.

7. évfolyam számára

Celldömölk, 2011

KEMIA_7_JAV2

11/6/22

15:44

Page 2

Szakmailag bírálta Rajkányi Lajosné országos szaktárgyi szakértô

AP–071531 ISBN 978-963-464-595-5

A kiadó a kiadói jogot fenntartja. A kiadó írásbeli hozzájárulása nélkül sem a teljes mû, sem annak része semmiféle formában nem sokszorosítható.

Kiadja az APÁCZAI KIADÓ Kft. 9500 Celldömölk, Széchenyi utca 18. Telefon: 95/525-000, fax: 95/525-014 E-mail: [email protected] Internet: www.apaczai.hu Felelôs kiadó: Esztergályos Jenô ügyvezetô igazgató

Tördelés és nyomdai elôkészítés KAJT-ART KFT.

Terjedelem: 21, 63 A/5 ív

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 3

Röviden a tankönyvrôl KÉMIA 7. Több évtizedes gyakorlógimnáziumi tanítási tapasztalatainkat felhasználva szemléletformáló, a gyakorlati élethez szorosan kapcsolódó tankönyvvel igyekeztünk a kerettantervi követelményeknek eleget tenni. A tankönyv egyes fejezetei hozzávetôlegesen egy-egy leckének (egy tanóra anyagának) felelnek meg. A leckék óraszám szerinti pontos felosztását a tanmenet tartalmazza, mely a tanári kézikönyvben található meg részletesen (heti másfél, évi 56 órára tervezve). Az általános iskola kémia tananyagában a következôket tartottuk szem elôtt: – a fizikai és kémiai változásokat megfigyelés után elsôsorban jelenség szintjén értelmezzük (a szerkezeti változásokkal történô magyarázatok inkább csak a kiegészítô tananyagban szerepelnek); – a kémiai ismereteket a mindennapi élethez szeretnénk közelebb hozni, így a háztartásban elôforduló anyagok, illetve gyakorlati vonatkozások sok helyen szerepelnek a tankönyvben; – elôtérbe kerülnek a környezetvédelmi és egészségvédelmi szempontok is. Ezeket az irányelveket figyelembe véve igyekeztünk minél több tudásszintre tagolni a tankönyvet, ezzel is biztosítva azt, hogy a tanár a tanulócsoport igényeihez, érdeklôdéséhez igazíthassa a megtanítandó kémia tananyagot: – a törzsanyagban kiemelten szerepelnek a legfontosabb fogalmak, definíciók; – a szorosabban vett törzsanyagtól elkülönítve találhatók a *-gal jelölt kiegészítô tananyagrészek. Ezek tanításával magasabb tudásszint érhetô el, illetve külön felkészítéssel, kizárólag az érdeklôdô diákok számára egy kicsit bôvebb ismeretanyagot lehet nyújtani (versenyre való felkészítés); – sok egyszerûen kivitelezhetô kísérlet leírását tartalmazza a tankönyv, amelyekhez lehetôleg a háztartásban is megtalálható anyagokat használják. Minden kísérlethez színes fotók tartoznak, melyekrôl jól látható a kiindulási állapot, és a változás utáni állapot is. Ez azt a célt szolgálja, hogy a tanuló otthon könnyebben felidézhesse az órán látott kísérleteket, illetve ha valamely kísérletet valamilyen oknál fogva nem tud bemutatni a tanár, a tanuló akkor is kapjon róla képet; – a törzsanyagtól jól felismerhetô módon elkülönítve szerepelnek az egyéb kiegészítô részek is: a tudománytörténeti ismeretek; a környezetvédelmi, egészségvédelmi vonatkozások; a praktikumra, a gyakorlatra vonatkozó megjegyzések. Ezek között szerepelnek olyan kísérletek is, amelyeket otthoni elvégzésre javasol a tankönyv, de természetesen ezeket szakkörön is el lehet végezni; – a fejezetek, leckék végén az azokra vonatkozó feladatok találhatók; – elôtanulmányok és tapasztalatok hiányában a hetedikes tanulóknak nincs még anyagismeretük. A különbözô anyagok ismeretét alapozzák meg az anyagismereti kiegészítôk. A kísérletekhez használt vagy az órán bemutatott fontosabb kémiai anyagokról rövid leírást, jellemzést találhatnak a megfelelô tananyagrész mellett; – a tankönyv tartalmaz egy kislexikont és egy névmutatót, hogy könnyebb legyen az eligazodás a könyvben, ezenkívül minden rövid fejezet után külön szerepelnek az új fogalmak is. A tankönyv egyszerû stílusával, érthetô nyelvezetével igyekeztünk alkalmazkodni a tanulók életkorához. Legfôbb célunk, hogy a gyerekek meglássák az egyes kémiai változások (kísérletek) gyakorlati jelentôségét, illetve a jelenség természetben való elôfordulását és értelmezését. Nagyon sok színes fotó és ábra gazdagítja a tankönyvet a megértés megkönnyítésére. Szeretnénk, ha a tankönyvet egyaránt szívesen forgatná tanár és diák, közös munkájuk során. Ezt a munkát segíti a tankönyvhöz tartozó munkafüzet és témazáró feladatlapok, a tanári kézikönyv, illetve a digitális interaktív tananyag is.

uKÉMIA 7. tanári kézikönyvu3

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 4

A tankönyvhöz tartozó segédletekrôl A munkafüzet A tankönyvhöz kapcsolódóan a munkafüzet is leckékre van osztva. Az egyes munkafüzeti leckék és a tankönyv kapcsolatát a tanmenet tartalmazza részletesen. Minden egyes lecke hét feladatot tartalmaz, melyek a következô feladattípusokból állnak: 1–5. feladatok: hagyományosnak mondható feladatok – tesztek, – igaz-hamis állítások, – kísérletelemzés, – rajzos feladatok, ábraelemzés, – mondatok kiegészítése, – számolási feladatok. 6. feladat: szövegértési feladatok – szakszöveg, – kísérlet leírása, – irodalmi szöveg (szakmai tartalommal), – ismeretterjesztô szöveg, – lexikoncikkely, – folyamatábra. 7. feladat: rejtvényes feladatok – labirintus, – keresztrejtvény, – képrejtvény, – szókép. *-gal azokat a feladatokat jelöltük, melyek nem kapcsolódnak közvetlenül a szorosabban vett tananyaghoz K = kiegészítô feladatok, kiegészítô óra). (K Újszerûnek mondhatók a munkafüzetben található szövegértési feladatok, melyek mindig az adott óra anyagához kapcsolódnak (irodalmi szemelvény, szakszöveg, ismeretterjesztô irodalom stb.). Fontosnak gondoljuk, hogy a tanulók elsajátítsák a kémia tudományának azt a nyelvezetét, mely szükséges például egy tudományos ismeretterjesztô mû megértéséhez. Regények, irodalmi mûvek szintén tartalmazhatnak természettudományos utalásokat, amelyek megértésében segíthetnek a szövegértési feladatok. A kémiát kicsit játékosabb formában is lehet gyakorolni a rejtvények segítségével. A lecke végén lévô rejtvény mindig kapcsolódik a lecke tananyagához.

A témazáró feladatlapok A tankönyv törzsanyaga négy témakörre van felosztva, és mindegyikhez A, B, C feladatlap tartozik. Ezek a feladatlapok megkönnyítik a tanár munkáját a számonkérésben, de használhatók gyakorlásra vagy összefoglalásra is. Egy témakör számonkérésénél vagy gyakorlásánál nem fontos kizárólag csak az egyik feladatlapot felhasználni, lehet „mazsolázni” a különbözô feladatokból, akár több feladatlap felhasználásával is.

4uKÉMIA 7. tanári kézikönyv

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 5

A tanári kézikönyv Segítséget kíván nyújtani a tanárok napi munkájához. Megtalálható benne az iskolai kémiai laboratóriumok munkájának megszervezésével, a mérgek kezelésével kapcsolatos teendôk rövid leírása, a balesetvédelemmel és elsôsegélynyújtással kapcsolatos tudnivalók. Tartalmazza a részletes tanmenetet, valamint a tananyag feldolgozását leckékre lebontva. Az egyes leckéknél megtalálhatók: – az óra céljának meghatározása, néhány praktikus ötlettel, tanáccsal; – a kísérlet elvégzéséhez szükséges anyagok és eszközök felsorolása; – háttér: a tananyagon túlmutató szakmai anyag, szakmai kiegészítés, ami a tanár számára fontos lehet az adott órán; – a tankönyvi feladatok megoldása; – a leckéhez tartozó munkafüzeti feladatok megoldása. Ezen kívül tartalmazza még a nagyobb tananyagrészek összefoglalására és számonkérésére szolgáló témazáró feladatlapok megoldásait is.

Kerettanterv a 7. osztályos kémiához A kémia tantárgy az általános iskola 7–8. évfolyamaiban elsôsorban az Ember a természetben mûveltségi területhez, de bizonyos vonatkozásokban a Földünk – környezetünk mûveltségi területhez is kapcsolódik. Figyelembe véve a NAT ajánlását az egyes mûveltségi területek százalékos arányára vonatkozóan, a kémia tantárgy 7. és 8. évfolyamon 1,5 óra/hét idôben tanítható az iskola pedagógiai programja, helyi sajátossága szerint (ez megfelel 55 tanítási órának egy tanév alatt).

Alapelvek, célok Legfôbb cél, hogy a tanulók egészséges személyiségükkel mûködjenek a saját életterükben. Legyenek kíváncsiak környezetükre, figyeljék meg a körülöttük zajló változásokat. A látott jelenségeket képesek legyenek leírni és a megfelelô szinten értelmezni. Fontos, hogy észrevegyék a saját mindennapi környezetükben bekövetkezô természeti – kémiai változások, és a laboratóriumban modellezett kísérletek közötti összefüggéseket. Hasonló jelenségek megfigyelésekor észrevegyék a hasonlóságokat és a különbségeket, képesek legyenek az általánosításra. Egyszerû, mindennapi anyagokkal végzett kísérleteket képesek legyenek önállóan, leírás (recept) alapján elvégezni, értelmezni. Ismerjék meg a környezetükben és a természetben leggyakrabban elôforduló szervetlen

anyagokat, és tudják ezeket különféle szempontok szerint csoportosítani. Legyen bepillantásuk abba, hogy az anyag szerkezete meghatározza az anyag tulajdonságait. Az anyagi világ szemlélésében legyen alapvetô a részecskeszemlélet. Érzékeljék a „kézzel fogható” világunk méreteihez képest rendkívül parányi mikrovilág méretviszonyait. Legyenek tisztában a részecskéket és a halmazt jellemzô tulajdonságok közötti különbségekkel. Értsék a fizikai és kémiai változások közötti különbségeket. A legegyszerûbb kémiai reakciókat egyenlettel is fel tudják írni, annak alapján végezzenek mennyiségi viszonyokra vonatkozó, egyszerû számításokat. A különféle, háztartásban is használt oldatok gyakorlati alkalmazását ismerjék meg. Végezzenek az oldatok összetételére vonatkozó számításokat, minél több gyakorlatból vett példán keresztül. A tanulók sokféle feladattípuson keresztül ellenôrizhessék tudásukat. Legyenek képesek az önfejlesztésre, önálló tanulásra, a különbözô ismeretek megtalálására, szelektálására, megértésére. Véleményalkotásukban vegyék figyelembe tudományos ismereteiket. Kapjanak képet a vegyipar jelentôségérôl, a sokféle vegyipari termék megjelenésérôl a hétköznapi életünkben. Átfogó cél a tanulók környezettudatos magatartásának kialakítása. Szemléletükben váljon meghatározóvá a természet tisztelete, a felelôsség, a környezeti károk megelôzésére való


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 6

Tudásukat többféle feladattípus segítségével kell ellenôrizni, amelyek segítik a kreatív, asszociatív gondolkodásmódot. Érteniük kell a tanulóknak, hogy a modell a valóságnak csak egy jellemzô részletét, egy meghatározó tulajdonságát ábrázolja. Érzékelniük kell a modell és a valóság méretarányait is. A modellalkotás egyik lehetséges formája a dramatizált szerepjáték, mely szintén közelebb viheti a tanulókat a jelenségek megértéséhez. Fejleszteni kell a szövegértést. Tudományos ismeretterjesztô szakirodalmat, szakmai szöveget (az adott szinten) érteniük kell a tanulóknak, és a szöveggel kapcsolatos kérdésekre tudniuk kell válaszolni. A tantárgyhoz kapcsolódó információkat a megfelelô módokon (könyvtár, internet) képesek Fejlesztési feladatok legyenek beszerezni, a multimédiás oktatási anyaA kémia tantárgy nemcsak a tantárgyhoz tartozó gokat pedig tudják használni. El kell sajátítaniuk azt a képességet, hogy táblátudományos ismereteket közvetíti, hanem alkalmat zatokat tudjanak használni, grafikonokat tudjanak ad a tanulók képességeinek fejlesztésére, ismereteik rendszerezésére, alkalmazására, természettu- értelmezni, illetve megadott adatok alapján grafikonokat tudjanak készíteni. dományos gondolkodásmódjuk alakítására. Gyakorlatot kell szerezniük egyszerû kémiai száFontos, hogy a tanulók képessé váljanak arra, hogy megfigyeléseiket szavakkal kifejezzék. Észre mítási feladatok elvégzésében. Érteniük kell a mól kell venniük, ha hasonló jelenségeket, változásokat fogalmát, tudniuk kell számolni az Avogadro-számlátnak. Meg kell tudniuk fogalmazni saját szavaikkal mal. Érzékelniük kell, hogy az a hatalmas mennyiséa hasonlóságokat és különbségeket, és ezt táblázat- gû részecske, amit az Avogadro-számmal kifejezünk, ba foglalni. Tudjanak levonni következtetéseket és éppen mérhetô mennyiségû anyagot jelent. A tananyag lehetôséget ad arra, hogy folyamatoáltalánosításokat. A tanult szervetlen anyagokban san használják a tanulók a már elsajátított szakkifeészre kell venniük a közös sajátságokat, és csoporjezések többségét, így elvárható, hogy hosszabb tátosítaniuk kell különbözô szempontok szerint. Gyakorlatot kell szerezniük a kísérletezésben, vú tudást eredményezzenek a kémiai ismeretek. a precíz, balesetmentes laboratóriumi munka elsajátításában. Ehhez a fokozott figyelmen és a szabálykö- Értékelés vetésen túl a tanulók manuális képességeire is szükség van. Ugyancsak a manuális készséget és térábrá- Szóbeli feladatok zolást fejleszti a kísérleti berendezésrôl készített egy- Az alapfogalmak lényegének és a köztük lévô szerû ábra, metszeti kép, illetve a molekulamodellek összefüggések megértésének ellenôrzésére irányukészítése. Ismereteiket az iskolán kívül is tudják alkal- ló frontális beszélgetés és feleltetés. mazni (otthoni, önálló kíséletek, megfigyelések). Jártasságot kell szerezniük a kémiai jelek felisme- Írásbeli számonkérés feladatlapok segítségével résében, alkalmazásában. A jelenségeket és ma- Egyszerû feleletválasztásos feladatok megoldása, gyarázatukat a tanult szakkifejezésekkel írják le. Is- rajzok részeinek felismerése, ábrák-folyamatábrák merniük kell a környezetünk és a természet leg- elemzése, egyszerû rajzok (pl. kísérleti berendegyakoribb anyagainak jellemzô sajátságait. Ismerjék zés) készítése, fogalmak önálló megfogalmazása, fel a veszélyes anyagokat környezetükben, és járja- jelenségek leírása, a megszerzett ismeretek alkalmazása egyszerûbb problémák megoldására. nak el körültekintôen. törekvés. Szerezzenek ismereteket az emberiség közös, globális problémáiról. Ismerjék meg a veszélyes anyagok helyes kezelését, a laboratóriumi munka biztonságos követelményeit. Magatartásukban alakuljon ki és erôsödjön meg a személyes biztonságra való törekvés. Igazodjanak el a tanulók a legegyszerûbb kémiai reakciótípusok között (égés, közömbösítés, egyesülés, bomlás). Ismerjék fel a kémiai jeleket, és tudják megfelelô módon használni, értelmezni. Ismerkedjenek meg a témához kapcsolódóan a kémia tudománytörténetével, kiemelkedô tudósok, feltalálók tevékenységével, munkásságával, kiemelve a magyar vonatkozásokat.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 7

gokból álló keveréket tudjanak fizikai módszerekkel szétválasztani! A tanult kémiai reakciókat csoportosítsák a tanult reakciótípusokba! A megismert anyagokat jellemezzék összetételük, fizikai és kémiai tulajdonságaik szerint, tudják, melyek közülük a környezetre és az élô szervezetre veszélyesek! Legyenek tisztában a környezetvédelem legégetôbb kérdéseivel! Ismerjék a légkört sújtó legfontosabb környezeti problémák okait, természettudományos magyarázatát! Tudatosan törekedjenek az Követelmény egészséges környezet kialakítására, illetve fenntarA tanulók sajátítsák el a biztonságos kísérletezés tására! szabályait, ismerjék a vegyszerek csomagolásán ta- Legyenek képesek munkalapok alapján egyszerû lálható veszélyességi jelek értelmét! Lássák át a ta- kísérletek és megfigyelések elvégzésére, az így nyert adatok áttekinthetô összefoglalására (pl. tábnult kísérletek elvégzésének menetét! A jelenségeket saját szavaikkal tudják leírni, a meg- lázat, grafikon), a mérési eredmények és egyéb adatok értelmezésére és egyszerû következtetéfigyeléseket ne keverjék össze a magyarázattal! Anyagszerkezeti ismereteik legyenek részecske- sek levonására! szemléletûek! Értsék, hogy az anyagok részecskék- Értsék az anyagmennyiség jelentését, tudjanak egybôl épülnek fel, a halmazállapot-változásokat és a szerû, arányosságon alapuló kémiai számításokat tanult szerkezeti változásokat le tudják írni a ré- végezni! szecskék mozgásával, energiájával, egymáshoz vi- Legyenek képesek az életkoruknak megfelelô szonyított helyzetével! Értsék a modell és a valóság nyomtatott és elektronikus sajtótermékek, könyközötti különbséget! Legyenek ismereteik az ato- vek és egyéb ismerethordozók értelmes használamok szerkezetérôl, ennek alapján tudjanak tájéko- tára: az információk megszerzésére, rendszerezézódni a periódusos rendszerben: ismerjék fel a ta- sére és alkalmazására! Legyenek képesek megszernult kémiai elemek helyét, vegyjelét, értelmezzék a zett ismereteiket a mindennapi jelenségek magyarázatában alkalmazni! rendszám jelentését! Tudjanak különbséget tenni kémiai és fizikai válto- Ismereteiket a szaknyelv használatával szóban és zás között, tudják értelmezni a kémiai és fizikai vál- írásban világosan, nyelvileg igényesen fogalmazzák tozásokat kísérô energiaváltozásokat! Ismert anya- meg!

Rövid összefoglaló írása ismeretterjesztô cikkek és/vagy könyvek alapján. A tanulók önálló és csoportos tevékenységének értékelése a tanulócsoport bevonásával. Az értékelés alapját képezhetik a kiselôadások, a megfigyelésekrôl, kísérletekrôl készült jegyzôkönyvek és poszterek, a számítógépes prezentációk bemutatása, valamint az ismeretterjesztô irodalom alapján készített rövid esszék stb.


8/14/09

9:40

Page 8

Tanmenetjavaslat

1.

2.

I.

I.

Az óra címe

Atom, diffúzió, atomtömeg, relatív atomtömeg, *füst

Kémiai elem, vegyjel

3. Mekkora egy atom?

4. Atom, elem, vegyjel

3.

4.

I.

I.

Új fogalmak

Óra

MF

TZ

Az óra címe

Az anyagok részecskékbôl épülnek fel

Új fogalmak

Kémiai elemekbôl készült tárgyak bemutatása. Önálló feladat: vegyjelek keresése

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás Kísérlet: Kálium-permanganát oldása vízben (diffúzió). Ammónia és hidrogén-klorid egymásra hatása

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás 1. Mivel foglalkozik A kémia mint tudo- Tanulókísérlet: Mûanyag hulladék megsemmisítése. a kémia? mányág. Kémiai kísérlet kivitelezése, Kísérletezés Balesetvédelem. a megfigyelés szempontjai. a kémiai A kísérletezés Önálló irodalmazás laboratórium- módszere. az alkimistákról, ban *Alkimisták környezetszennyezôdésrôl. 2. Laboratóriumi Különbözô eszközök Tanulókísérlet: eszközök és nevei. A láng szerkezetének vizsgálata. használatuk Világító láng, szúróláng A Bunsen-égô használata

Óra

II. Alapismeretek

MF

TZ

Nyelvújítás kori kémiai szakkifejezések (→ magyar irodalom)

Koncentráció más tantárgyakkal, kémiából már tanult anyaggal Tíznek a hatványai: rendkívül kis mennyiségek matematikai kifejezése (→ matematika)

Koncentráció más tantárgyakkal, kémiából már tanult anyaggal Az alkimisták elhelyezése a történelmi korokban (→ történelem)

Kiegészítô anyagrészek. Motiváció. Anyagismeret Kémiatörténet. Anyagismeret: hipermangán, ammónia, hidrogén-klorid, ammónium-klorid Kémiatörténet: magyar vonatkozások

Az atom és az elem, a részecske és a halmaz közötti összefüggés. A vegyjelek használata, írása

Az atomok méretének érzékeltetése. A részecskék mozgásának kísérleti igazolása és ennek gyakorlati következményei

Az óra célja

Az eszközök anyag és használat szerinti csoportosítása. Bunsenégô használata

Kiegészítô anyagrészek. Az óra célja Motiváció. Anyagismeret Kémiatörténet, Tudománytörténeti bevezetô. környezetvédelem A kémiai kísérletek módszerének megismerése, a fegyelmezett munka fontossága. Biztonságos kísérletezés

A rövidítések jele: TZ: témazáró feladatlap, MF: munkafüzet, *K: kiegészítô óra, FGY: feladatgyûjtemény (mf-ben) Nem tart.: nem tartalmaz

I. A kémia tárgya. Balesetvédelem

Kémia_7_Tanmenet_JAV2

8uKÉMIA 7. tanmenet

6. Mibôl áll egy molekula? Molekula, vegyület, képlet

*Játék a molekulákkal (kiegészítô, gyakorló óra) Összefoglalás Számonkérés

6.

I.

nem *K tart.

I.

TZ

7.

MF

Óra

Az óra címe

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás 7. A víz halmazál- Kémiai kötések, belsô Tanulókísérlet: lapot-változásai. energia, A jég olvadáspontjának Olvadás-fagyás olvadáspont, mérése. fagyáspont. Olvadáspont-fagyáspont Kristályrács táblázatok használata Új fogalmak

A munkafüzet feladatainak felhasználásával. A feladatlapok feladatainak felhasználásával.

Molekulamodellek Játékos modellezés készítése és rajzolása

Molekula, elemmole- Molekulák modellezése, kula, vegyületmoleku- különbözô molekulamodellek la, képlet. szemléltetése Kémiailag tiszta anyagok, összetett anyagok csoportja. Modell

Új fogalmak

Kiegészítô anyagrészek. Motiváció. Anyagismeret *A víz fagyásakor megnövekedett térfogatának szerkezeti magyarázata és következményei

A halmazállapotok és a halmazállapot-változások modellezése, bemutatása dramatizált szerephelyzetekkel, a már tanult részecskeszemlélet felhasználásával

Az óra célja

Koncentráció más tantárgyakkal, Kiegészítô anyagrészek. Az óra célja kémiából már tanult anyaggal Motiváció. Anyagismeret Hôvezetés (→ fizika) Kémiatörténet: Ismerkedés a periódusos rendszeraz elemek rend- rel. Tulajdonság és felhasználás szerezése, magyar közötti összefüggés. vonatkozások. Az anyagismeret bôvítése. Anyagismeret: Ismerkedés minél több elemmel fémek, nemfémek közvetlen tapasztalat útján. (kén, jód, klór, Fémek és nemfémek tulajdonsábróm, oxigén, gainak megkülönböztetése grafit) Játék a molekulamodel- Anyagismeret: Molekulák modellezése (a térbeli lekkel. szén-dioxid, viszonyok valósághû modellezése, A részecske és a halmaz metán a követelmény azonban csak közötti összefüggés gyanéhány molekula összetétele). korlása Néhány elemmolekula (H2, N2, O2) és vegyületmolekula (H2O, CO2). A modell és a valóság kapcsolata Munka gyurmával stb. Térlátás, térben gondolkodás (→ rajz, → kézimunka) fejlesztése, esztétikus munka. Gyakorlás

Koncentráció más tantárgyakkal, kémiából már tanult anyaggal Az energia-hômérséklet grafikon értelmezése (→ fizika). Kôzetek mállása, óceánok éghajlat-módosító szerepe (→ földrajz)

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás Fémek, nemfémek. Tanulókísérlet: Rideg, megmunkálha- Kémiai elemek vizsgálata. tó, fémfényû, hô- és A vegyjelek gyakorlása. elektromosáram-ve- Hôvezetés vizsgálata zetés

Page 9

A fizikai és kémiai változás

*K

5. A kémiai elemek csoportosítása

5.

I.

Az óra címe

Óra

9:40

MF

8/14/09

TZ


uKÉMIA 7. tanmenetu9

8.

9.

10.

11.

I.

I.

I.

I.

I.

MF

TZ

9:40

Lecsapódás, lepárlás, desztilláció, desztillált víz, párlat

Új fogalmak

Page 10

Összefoglalás Számonkérés

11. A víz bontása kémiai reakcióval. A kémiai változás

Otthoni kísérlet az exoterm- Energiaváltozás (→ fizika) endoterm folyamatokra. Fizikai változások a környezetünkben

Kísérlet: A víz desztillációja, A forrás-lecsapódás forráspont mérése. energiadiagram értelTáblázatok felhasználása egy mezése (→ fizika) anyag halmazállapotának megállapítására

Koncentráció más tantárgyakkal, kémiából már tanult anyaggal A légnyomás, nyomás. A forráspont függése a külsô nyomástól (→ fizika)

Kísérlet: Vízbontás. A fizikai és kémiai válMolekulák közötti Otthoni kísérlet: tozás összehasonlítása kémiai kötések, molekulákon belüli Kémiai változás a konyhában (→ kémia) (karamellizáció) kémiai kötések, kémiai változás (kémiai reakció). Durranógáz. *Elsôrendû és másodrendû kémiai kötések Az összefoglaló táblázatok és a munkafüzet feladatainak felhasználásával. A témazáró feladatlapok felhasználásával.

10. Fizikai változá- Fizikai változás, fizikai sok, energia-vál- tulajdonságok. tozások Endoterm és exoterm folyamatok. *Rendszer és környezet

9. Lecsapódás, desztilláció

Az óra címe

8/14/09

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás 8. Párolgás, forrás, Párolgás, forrás, for- Kísérlet: Jód szublimálása. szublimáció ráspont, szublimáció; A párolgás, forrás értelmezé*gázok nyomása se a molekulák mozgásával

Óra


10uKÉMIA 7. tanmenet A desztillálás mint szétválasztási mûvelet. Energiaváltozás forráskor

A párolgás és a forrás folyamata közötti különbség értelmezése. A forrás értelmezése a molekulák mozgásával.

Az óra célja

Fizikai változások értelmezése. Energiaváltozások a halmazállapotváltozások során, grafikus ábrázolással. A grafikonok értelmezése. Folyamatok összehasonlítása, besorolása, exoterm, endoterm folyamatok A fizikai és a kémiai változás köAnyagismeret: hidrogéngáz, oxigén- zötti különbség tisztázása. A kémiai változás lényege gáz

Kiegészítô anyagrészek. Motiváció. Anyagismeret Anyagismeret: jód. *A nyomás értelmezése a molekulák mozgásával. A forráspont függése a külsô nyomástól, és ennek gyakorlati következményei Kémiatörténet. Egészségvédelem. *A méréshiba figyelembevétele. Anyagismeret: denaturált szesz *Rendszer és környezet. *Az energiaváltozások elôjele

*K

nem *K tart.

*K

nem *K tart.

14.

13.

13.

II.

14.

12.

12.

II.

II.

Óra

MF

TZ

Keverékek



Új fogalmak

Page 11

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, Koncentráció más tantárgyakkal, Kiegészítô anyagrészek. Az óra célja gyakorlati vonatkozások, alkalmazás kémiából már tanult anyaggal Motiváció. Anyagismeret Keverékek Keverék, elegy, A mindennapi életbôl vett pélA keverék, elegy megkülönbözteoldat, oldószer, ol- dákon a keverék, elegy, oldat, tése a vegyülettôl. dott anyag oldószer, oldott anyag szemlélAz eddig megismert anyagok, tetése ill. a háztartásból ismert anyagok csoportosítása A keverékek Szûrés, szûrlet, Önálló feladat: különbözô Gyakorlati vonat- Probléma megoldására szétválasztása bepárlás keverékek szétválasztásának kozások nevelés (a szétválasztás megtermegtervezése. vezése) Tanulókísérlet: Só és homok keverékének szétválasztása. Otthoni kísérlet: Mák és cukor szétválasztása A keverékek *adszorpció, Egészségvédelem. Érdekes kísérletek. Minimális *Tanulókísérlet: *Festékelegyek szétválasztása *kromatográfia Gyakorlati vonat- anyagszükséglettel elvégezhetô (filctoll, klorofill festékanyagainak) (kiegészítô kozások szétválasztási mûveletek szétválasztása. tanulókísérleti óra) *Égô cigaretta anyagainak adszorpciója A levegô A levegô állandó és Kísérlet: A levegô összetételé- A légkör (→ földrajz) Földtörténet, A levegô összetétele, a tanult változó összetevôi. nek vizsgálata. Kördiagram érkémiatörténet. molekulák (O2, N2, CO2, H2O) gyakorlása *Csapadék (kémiai telmezése. Anyagismeret: nitrogéngáz, értelemben) Tanulókísérlet: A kilélegzett szén-dioxid-gáz, levegô vizsgálata nemesgázok, meszes víz *A légkörrel *Globális Otthoni kísérlet: Légzôszervi megbete- Környezetvédelem, Környezetvédelmi vonatkozások kapcsolatos kör- felmelegedés, A levegô portartalmának vizs- gedések (→ biológia) egészségvédelem megbeszélése, adatok értékelése. nyezetvédelmi *üvegházhatás, gálata. A tanulók figyelmének ráirányítáproblémák *CO-mérés, *szmog Légszennyezettségi adatok fisa a környezeti kérdésekre megbeszélése gyelése a médiában (kiegészítô forrásfeldolgozó óra)

9:40

Az óra címe

8/14/09

II.

19.

19. Az oldatok kémhatása. Indikátorok

Sav, lúg, savas, semleges, lúgos kémhatás. Indikátorok, pH-érték

A számításokban való jártasság kialakítása

*Vizek szennye- Ismerkedés a különbözô kémhazôdése, víztakaré- tású oldatokkal. Indikátorok kosság használata

Kémiatörténet. Anyagismeret: sósav, hamuzsír

A gyakorlati élet- A pontos összetételû oldatok kébôl vett feladatok szítésének jelentôsége. Számolási feladatok

Különbözô oldhatóságú anyagok vizsgálata. Grafikonok szerkesztése, grafikonok, táblázatok értelmezése, használata

Az oldékonyság minôségi viszonyainak bemutatása

Kiegészítô anyagrészek. Az óra célja Motiváció. Anyagismeret Anyagismeret: Oldatok készítése. nátrium-hidroxid. Az oldódás jelenségének értelEgészségvédelem mezése

Vitaminok (→ biológia) *„Hasonló a hasonlóban oldódik” elv értelmezése. Gyakorlati vonatkozások. Környezetvédelem (kôolajszennyezés) Grafikonok szerkeszté- Gyakorlati se (→ matematika) vonatkozások

Koncentráció más tantárgyakkal, kémiából már tanult anyaggal Exoterm, endoterm folyamatok (→ fizika). Bizonyos oldószerek mérgezô hatása (kábítószerek) (→ biológia)

%-számítás, arányosság (→ matematika). Mértékegységek és átszámításuk (→ fizika) %-számítás, arányosság (→ matematika). Mértékegységek és átszámításuk (→ fizika) Kísérlet: Vizes oldatok kémha- Növényi indikátorok tása. (→ biológia) Növényi indikátorok készítése. pH-skála szemléltetése

Tanulókísérlet: Kálium-nitrát, nátrium-klorid vízben való oldhatóságának változása a hômérséklettel. Grafikus ábrázolás. Otthoni kísérlet: Átkristályosítás Az oldatok Tömegszázalék m/m%, Két különbözô folyadék 18. 18. töménysége térfogatszázalék V/V%, összeöntésekor a térfogatok g (oldott anyag) / dm3 nem adódnak össze (oldat) (modellezés) Oldatok összetételének FGY *K Kémiai számítások számítása (gyakorlóóra)

II.

II.

16.

II.

17. Az oldhatóság Oldhatóság, telített és függése a és telítetlen oldat. hômérséklettôl *Oldhatósági grafikon. *Az oldódás sebessége

15.

II.

17.

MF

Új fogalmak

Page 12

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás Ismerkedés a gyakorlati életben 15. Oldatok készí- Oldódás, híg oldat, tése tömény oldat. használt oldatokkal. *Hidrátburok Tanulókísérlet: Rézgálicoldat készítése. Az oldódás folyamatának modellezése. Kísérlet: Az oldódást kísérô hôváltozások vizsgálata 16. Az oldékonyság Oldékonyság, vízold- Tanulókísérlet: Különbözô anyaható, zsíroldható gok oldása különbözô oldószerekben. Következtetések levonása

9:40

Az óra címe

8/14/09

TZ

Óra



20.

9:40


20. A természetes vizek

8/14/09

24.

III.

*K

23.

III.

nem tart.

22.

III.


*K *A nemesgázok (kiegészítô óra)

24. Az atomok elektronszerkezete és a periódusos rendszer

23. Az elektronszerkezet

22. Az atommag

21. Az atom felépítése

21.

III.

Az óra címe

Óra

MF

TZ

Cikkek, szakirodalom felhasználása

Az összefoglaló táblázatok és a munkafüzet feladatainak felhasználásával. A témazáró feladatlapok felhasználásával.

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, Koncentráció más tantárgyakkal, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás kémiából már tanult anyaggal Atom, atommag, Atommodellek értelmezése Elektromos töltések – + elektron e , proton p , kölcsönhatása, neutron no, viszonyított atomszerkezet (relatív) tömeg és töltés. (→ fizika) *Atommodellek Rendszám, tömegszám, Izotópok, radioaktivitás izotópok; (→ fizika) *deutérium, *trícium, *magerôk Telített és telítetlen Kísérlet: Lángfestés. Elektromos töltések elektronhéj, vegyérték- Az elektronszerkezet kükölcsönhatása, atomok elektron, atomtörzs. lönbözô ábrázolása gerjesztett állapota *Gerjesztett állapotú, (→ fizika) *alapállapotú atom Fôcsoport, periódus, A periódusos rendszer periódusos rendszer, használata a fôcsoportok kémiai nevei, nemesgáz-elektronszerkezet Új fogalmak

Vizek védelme, a víz körforgása (→ biológia). Barlangok, cseppkövek keletkezése, a víz körforgása (→ földrajz) Az összefoglaló táblázatok és a munkafüzet feladatainak felhasználásával. A témazáró feladatlapok felhasználásával.

Tengervíz, édesvíz, ivóvíz, ásványvíz, esôvíz, talajvíz; *savas esôk

Page 13

III. Anyagszerkezet

II.

II.



A periódusos rendszer egyes csoportjainak elnevezése, az atomok elektronszerkezete. A periódusos rendszer kiépülési elvének értelmezése Történeti visszapil- A nemesgázok alkalmazása lantás, magyar felfedezôk: Bródy Imre

Kémiatörténet, kiegészítô érdekességek

Kiegészítô anyagrészek. Az óra célja Motiváció. Anyagismeret Tudománytörténet, szemléltetése. Hangsúlyozott az az atommodellek atom, az atom-mag parányi volta, fejlôdése a tömeg- és térfogatviszonyok az atomban Az atom sokirányú Izotópok gyakor- Az atommag, az izotóp atomok lati alkalmazása. megismerése. Hangsúlyozott A radioaktivitás. az atommagok változatlansága Magerôk a kémiai reakciók során Lángfestés értel- Az elektronszerkezet kiépülése, mezése az elektronhéj fogalmának bevezetésével, ennek értelmezése

Természetes vizeink védelme, ennek fontossága. Oldat, vegyület, fogalmak és a halmazállapot-változások gyakorlása

8/14/09

9:40

nem tart.

III.

III.

III.

TZ

Óra

Az óra címe

Elektrosztatikai vonzás (→ fizika)

Az ionok keletkezésének magyarázata a nemesgáz-elektronszerkezet alapján, grafikonok, ábrák, modellek segítségével

Az óra célja

Anionok, kationok Az ionok keletkezésének magyatáblázata rázata a nemesgáz-elektronszerkezet alapján, grafikonok, ábrák, modellek segítségével Anyagismeret: Ionvegyületek képlete a töltésmagnézium-oxid egyenlôség alapján. A kristályos anyagok belsô rendjének szemléltetése. Ionvegyületek képletének szerkesztése. Ismerkedés néhány fontosabb ionvegyülettel *A kovalens kötés A molekulák kialakulásának mint elsôrendû magyarázata a kovalens kötés kémiai kötés. létrejöttével. *Az elektronvonzó A molekulák elektronszerkezete képesség értelmezése. *Többszörös kovalens kötések kialakulása Molekularácsos A halmaz és részecske tulajdonanyagok tulajdon- ságainak összefüggése. ságainak értelme- Modellezés zése

Koncentráció más tantárgyakkal, Kiegészítô anyagrészek. kémiából már tanult anyaggal Motiváció. Anyagismeret *Egyszerû ionok mérete. Anyagismeret: konyhasó, kôsó

28. Kovalens kötés Kovalens kötés, apoláris *Az elsôrendû kémiai és poláris kovalens kötés, kötések (→ kémia) kötô elektronpár, *nem kötô elektronpár, *többszörös kovalens kötés, *elektronszerkezeti képlet, *elektronvonzó képesség (elektronegativitás) *K *K *Molekulák *Apoláris molekulák Molekulák modellezése Elektrosztatikai vonzás po laritása, a közötti gyenge másod(→ fizika) másodrendû rendû kötés, kémiai kötés. *dipólus-dipólus másod*Molekulará rendû kötés, csos kristályok *hidrogénkötés, (szakmai kiegészítô óra) *molekularács Összefoglalás Az összefoglaló táblázatok és a munkafüzet feladatainak felhasználásával. Számonkérés A témazáró feladatlapok felhasználásával.

28.

MF

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás 25– 25. Egyszerû ionok Ion, egyszerû ion, elekt- Kísérlet: Nátrium és klór ronleadás, elektronfelvé- reakciója. keletkezése I. 26. tel, anion, kation. Atomok és ionok elektron*Egyszerû ionok mérete szerkezetének összehasonlítása Kísérlet: Kalcium égése. 26. Egyszerû ionok keletkezése II. Atomok és ionok elektronszerkezetének összehasonlítása 27. 27. Ionrácsos Ionkötés, ionkristály, ion- Kísérlet: Magnézium égése. kristályok kristályok képlete Magnézium és jód reakciója. Kristályrácsmodell szemléltetése Új fogalmak

Page 14

IV. Kémiai kötések



8/14/09

9:40

Page 15

Az óra címe

Új fogalmak

32. A gyors égés II.

31– 31. A gyors 32. égés I.

Az óra címe

IV.

Óra

MF

TZ

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás Kísérlet: A szén égése. Vegyjelek, képletek használata. Modellezés. A kémiai változás energiadiagramja

Tökéletes égés, Kísérlet: A metán égése. nem tökéletes égés, Modellezés. tûzoltás. A gyors A változás energiadiagramja égés feltételei

Égés, egyesülés, oxidok

Új fogalmak

VI. A kémiai változások

Redoxireakciók

Koncentráció más tantárgyakkal, kémiából már tanult anyaggal Tíz hatványai (→ matematika)

Koncentráció más tantárgyakkal, Kiegészítô anyagrészek. kémiából már tanult anyaggal Motiváció. Anyagismeret Kémiai változás Kémiatörténet, (→ kémiai) az oxidációs elméletek története, Lavoisier. Energiahordozók. Az égési folyamatok gyakorlati jelentôsége Anyagismeret: földgáz, metán

Az égés folyamatának sokoldalú vizsgálata: atomokkal és molekulákkal modellezve, energetikai szempontból és vegyjelekkel is jelölve. A reakcióegyenlet írásának elôkészítése Tûzoltás, gyakorlati útmutatás a tûzoltáshoz. A reakcióegyenlet írásának elôkészítése

Az óra célja

Kiegészítô anyagrészek. Az óra célja Motiváció. Anyagismeret Az Avogadro-szám A mól mint az anyagmennyiség nagyságának érzé- mértékegysége. keltetése A tömeg és a moláris tömeg megkülönböztetése A mól jelentésének (nagyszámú részecske) érzékeltetése Arányosság, %-számítás Kémiai számítások A kémiai jelek mennyiségi jelen(→ matematika) a moláris tömeg tése. A kémiai számítások ismerete alapján megalapozása Kémiai számítások a moláris tö- Arányosság, %-számítás Gyakorlás meg ismerete alapján (→ matematika)

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás Moláris tömegek bemutatása

Az összefoglaló táblázatok és a munkafüzet feladatainak felhasználásával. A témazáró feladatlapok felhasználásával.

A vegyjel, a képlet mennyiségi jelentése

29. Az anyagmeny- Anyagmennyiség, nyiség mérték- mól, Avogadro-szám, egysége a mól moláris atomtömeg, moláris molekulatömeg

Óra

30. A kémiai jelek mennyiségi értelmezése Kémiai IV. számítások FGY (kiegészítô, gyakorlóóra) Összefoglalás III. Számonkérés

30.

29.

III.

III.

MF

TZ

V. Mennyiségi ismeretek



33.

34.

35.

IV.

IV.

IV.

Az óra címe

9:40

35. A kémiai egyenlet

34. Egyesülés és bomlás

33. A lassú égés. Az égés mint redoxireakció

Óra

8/14/09

FGY *K Kémiai számítások (gyakorlóóra)

MF

TZ


16uKÉMIA 7. tanmenet Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás Rozsdásodás

Kémiai egyenlet és Modellezés rendezése. A tömegmegmaradás törvénye

Oxidálószer, oxidáció, redukálószer, redukció, redoxireakció. *Elektronátadás a redoxireakciók során Bomlás Kísérlet: Cink és kén reakciója. Higany-oxid bomlása. Modellezés

Új fogalmak

Page 16

Arányosság, mértékegységek (→ matematika)

Koncentráció más tantárgyakkal, Kiegészítô anyagrészek. kémiából már tanult anyaggal Motiváció. Anyagismeret *A redoxireakciók értelmezése elektronátadással. Anyagismeret: szén-monoxid Durranógáz Tûzijátékok. (→ kémia) Hômérsékletjelzô festékek. *Redoxireakciók magyarázata elektronátmenettel Arányosság, egyenlôség Kémiatörténet (→ matematika) magyar vonatkoMól, moláris tömeg, zásai Avogadro-szám felhasználása (→ kémiai) Az egyesülés és bomlás folyamatának értelmezése. Az egyesülés fogalmának kibôvítése (nem csak az égés egyesülés). A reakcióegyenlet írásának elôkészítése A kémiai jelek mennyiségi jelentése és a kémiai egyenletek alapján számítások végzése. Mintafeladatok megoldása. A tömegmegmaradás törvénye, a reakcióegyenlet rendezésének szabályai Kémiai számítások a reakcióegyenlet mennyiségi jelentése és a mol-fogalom alapján

A gyors égés és lassú égés összehasonlítása

Az óra célja

MF

Óra

36.

36. A közömbösítés

összesen 56 óra

2 óra 14 óra 52 óra

+ *8 kiegészítô óra

A kiegészítô órákat szakkörön, külön foglalkozás keretében, versenyfelkészítésre is fel lehet használni (ld. szakköri tematikajavaslat).

A kiegészítô órák közül tetszôlegesen lehet válogatni a tanulók érdeklôdésének megfelelôen.

heti 1,5 óra

gyakorlás összefoglalás, számonkérés

36 óra

A Brønsted-féle sav-bázis elmélet

Koncentráció más tantárgyakkal, Kiegészítô anyagrészek. kémiából már tanult anyaggal Motiváció. Anyagismeret Anyagismeret: nátrium-hidroxid, lúgkô; meszes víz; kalcium-klorid; szódabikarbóna A Brønsted-féle sav-bázis elmélet

Az összefoglaló táblázatok és a munkafüzet feladatainak felhasználásával. A témazáró feladatlapok felhasználásával. A munkafüzet feladatainak alapján.

Hidroxidion, proton- Kísérlet: felvétel. A sav-bázis Ammónia-szökôkút kísérlet. reakciókról általában. Modellezés A kémhatás és a pH

Oxóniumion, proton Kísérlet: leadása Sósavszökôkút kísérlet. Modellezés

Új fogalmak

Kísérlet, modellezés, szemléltetés, gyakorlati vonatkozások, alkalmazás Közömbösítési reak- Kísérlet: ció, sav-bázis reakció, Sav és lúg kémiai reakciója bázis, só (kísérletsorozat)

Page 17

Összesen új anyagot feldolgozó óra (ebbôl tanulókísérletes 9 + *1 óra)

nem *K *K *A sav-bázis reakciók atomtart. (2 óra) szerkezeti értelmezése. Savak (szakmai kiegészítô óra) *K *A sav-bázis nem reakciók tart. atom-szerkezeti értelmezése. Bázisok (szakmai kiegészítô óra) VII. Összefoglalás IV. Számonkérés *VIII. *K Év végi össze foglalás

IV.

9:40

Az óra címe

8/14/09

Sav-bázis reakciók

TZ



A sav-bázis reakciók atomszerkezeti értelmezése (protonátmenet)

A sav-bázis reakciók atomszerkezeti értelmezése (protonátmenet)

A sav-bázis reakció értelmezése (protonátmenet nélkül)

Az óra célja

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 18

Szakköri tematikajavaslat a tankönyv és a munkafüzet alapján Vastaggal jelöltük azokat a gyakorlatokat, amelyeknek leírása megtalálható a tankönyvben, a munkafüzetben vagy a tanári kézikönyvben. A többi kísérlet, feladat javaslatként szerepel. Szakköri óra

Téma

1. 2. 3. 4.

Hulladékkezelés Diffúzió Kémiai elemek Molekulák modellezése

5. 6. 7. 8. 9.

Olvadás Olvasztás, ötvözés Illékonyság, párolgás Szublimáció Energiaváltozás vizsgálata

Kísérlet, módszer Plakátkészítés A hidrogén diffúziósebességének vizsgálata egyszerû eszközökkel Anyagismeret, játék. Kémiai elemek csoportosítása (interaktív) Modellkészítés (MF. *K), játék. Molekulapakoló (interaktív) és molekulamemori (interaktív) Naftalin olvadáspontjának mérése Ólomöntés, forrasztóón készítése Különbözô anyagok illékonyságának vizsgálata Koffein vizsgálata kávéból Szódabikarbóna, illetve kristálycukor vízben való oldása (TK. 31. o.)

Változások csoportosítása (interaktív) Karamell készítése (TK. 34. o.) 10. Kémiai változás 11. Anyagok csoportosítása Anyagdominó (interaktív) Égô cigaretta anyagainak adszorpciója (TK. 40. o.) 12. Adszorpció Tintaoldat elszíntelenítése aktív szénnel Filctoll színanyagainak szétválasztása (TK. 40. o.) 13. Kromatográfia Zöld levél színanyagainak szétválasztása (TK. 40. o.) Pirospaprika színanyagainak szétválasztása (TK. 40. o.) A levegô portartalmának vizsgálata (TK. 46. o.) 14. A légkörrel kapcsolatos környezetvédelmi problémák Plakátkészítés 15. Oldatok Pontos összetételû oldatok készítése különbözô eszközökkel 16. Oldékonyság Vízben oldódó és zsírban oldódó anyagok vizsgálata Majonéz és tartármártás készítése (TK. 53. o.) 17–18. Oldhatóság hômérsékletfüggése Átkristályosítás mint tisztítási mûvelet (TK. 57. o.) Szaloncukor és citrommáz készítése (TK. 57. o.) 19. Oldatok töménysége Érdekes számolási feladatok a gyakorlati életbôl 20. Az oldatok kémhatása. Indikátorok Kísérletek indikátoroldattal (TK. 63. o.) 21. Természetes vizek vizsgálata Vízvizsgálat gyorstesztekkel „Ki vagyok én?” játék (Tanári kézikönyv 111. o.) 22. Kémiai fogalmak gyakorlása Taszító és vonzó hatás vizsgálata 23. Elektromos kölcsönhatás (TK. 119. ábra, Tanári kézikönyv 97. o.) vizsgálata


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

Szakköri óra

9:58

Page 19

Téma

24. 25.

Atomszerkezet Molekulaszerkezet

26. 27. 28. 29. 30. 31. 32.

Ionvegyületek Kísérlet fehérfoszforral Gyors égés feltételei Kémiai reakciók Kémiai reakciók Közömbösítés Mit tanultunk eddig?

Kísérlet, módszer

Atomjáték (interaktív) Molekulák elektronszerkezeti modellezése (többszörös kötések, molekulapolaritás) Dramatizált szerepjáték a kötéspolaritások kialakulására (Tanári kézikönyv 125. o.) Ionképletíró (interaktív) „Lidércfény” elôállítása (Kémia 8. TK.) „Tûzoltási” kísérletek Színes csillagszóró és tûzijáték készítése Szökôkút kísérletek (TK. 117., 120. o.) Sav-bázis titrálás Játékos vetélkedô. Társasjáték (interaktív)

A laboratóriumi munka megszervezése 2001. január 1-jén hatályba lépett a kémiai biztonságról szóló 2000. évi XXV. törvény és annak végrehajtási rendeletei. A régi rendeleteket felváltja az európai uniós követelményekhez alkalmazkodó új törvény és a hozzá kapcsolódó 12 rendelet, nem kis változtatásokat jelentve a szabályozásban, jelentôsen növelve a tanárok és az igazgatók felelôsségét. A törvény elôírja e jogszabályok beépítését a tantervekbe, kötelezôvé teszi érvényesítését az oktatásban. Ez elsôsorban a kémiatanár feladata lesz. Az alap – a 2000. évi XXV. törvény a kémiai biztonságról – általánosságban fogalmazza meg, hogyan kell mûködni biztonságosan a kémiai anyagokkal, vegyszerekkel, kémiai eljárásokkal stb. Válogatás a rendeletekbôl: – 189/2000. (XI. 8.) Korm. rendelet: A kémiai terhelési bírság alkalmazásának részletes szabályairól, – 188/2000. (XI. 8.) Korm. rendelet: A kémiai biztonság területén mûködô tárcaközi bizottság mûködésének részletes szabályairól, – 44/2000. (XII. 27.) EüM rendelet: A veszélyes anyagokkal és a veszélyes készítményekkel kapcsolatos egyes eljárások, illetve tevékenységek részletes szabályairól, – 25/2000. (IX. 30.) EüM-SzCsM együttes rendelet: A munkahelyek kémiai biztonságáról, – 8004/2000. EüM rendelet: Az Európai Unióban osztályozott veszélyes anyagok jegyzéke (az iskolai gyakorlathoz válogatott jegyzék a feliratozáshoz és a biztonsági adatlaphoz szükséges adatokkal). A rendeletek közül elsôsorban a 44/2000. (XII. 27.) EüM rendeletet szabályozza a veszélyes anyagok kezelésével kapcsolatos eljárásokat. A rendelet az iskolai kémiai laboratóriumok mûködését külön nem szabályozza. Tartalmazza a veszélyes anyagok és veszélyes készítmények veszélyesség szerinti osztályozásának szempontjait, a veszélyszimbólumokat és jeleket, az R és S mondatok, valamint az R számok és S számok körét, továbbá a rendelkezésre álló adatok alapján a veszélyesség megítélését fizikai, fizikai-kémiai és kémiai, mérgezô (toxikológiai) és környezetkárosító tulajdonságaik szerint, illetve ezeknek a jellemzôknek a figyelembevételével a felcímkézés módját.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 20

A) Veszélyszimbólumok és jelek

T+ erôsen mérgezô (very toxic)

T mérgezô (toxic)

Xn gyengén mérgezô, ártalmas (noxious)

C korrozív, maró (corrosive)

Xi ingerlô (irritant)

F+ rendkívül gyúlékony, tûzveszélyes (extremely flammable)

F könnyen gyulladó, tûzveszélyes (highly flammable)

E robbanásveszélyes (explosiv)

O oxidálószer (oxidizing)

Értelemszerûen, ha egynél több figyelmeztetô veszélyjel van hozzárendelve egy anyaghoz, akkor a nagyobb, erôsebb hatású veszélyjel feltüntetése szükségtelenné teszi a kisebb hatású jelet: → a T+, illetve T veszélyjel mellett nem kötelezô az Xn, Xi és C veszélyjelek feltüntetése; → a C veszélyjel mellett nem kötelezô az Xn, Xi veszélyjelek feltüntetése; → az E veszélyjel mellett nem kötelezô az F+, F és az O veszélyjel feltüntetése.

B) A veszélyes anyagok veszélyeire, kockázataira utaló R mondatok R1 Száraz állapotban robbanásveszélyes R2 Ütés, súrlódás, tûz vagy más gyújtóforrás robbanást okozhat R3 Ütés, súrlódás, tûz vagy egyéb gyújtóforrás rendkívüli mértékben növeli a robbanásveszélyt R4 Nagyon érzékeny, robbanásveszélyes fémvegyületet képez R5 Hô hatására robbanhat


R6

Levegôvel érintkezve vagy anélkül is robbanásveszélyes R7 Tüzet okozhat R8 Éghetô anyaggal érintkezve tüzet okozhat R9 Éghetô anyaggal érintkezve robbanásveszélyes R10 Gyúlékony R11 Nagyon gyúlékony R12 Rendkívül gyúlékony

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 21

R13 Rendkívül gyúlékony cseppfolyósított gáz R14 Vízzel hevesen reagál R15 Vízzel érintkezve nagyon gyúlékony gázok képzôdnek R16 Oxidálóanyaggal érintkezve robbanásveszélyes R17 Levegôn öngyulladó R18 A használat során robbanásveszélyes/gyúlékony gáz-levegô elegy keletkezhet R19 Robbanásveszélyes peroxidokat képezhet R20 Belélegezve ártalmas R21 Bôrrel érintkezve ártalmas R22 Lenyelve ártalmas R23 Belélegezve mérgezô (toxikus) R24 Bôrrel érintkezve mérgezô (toxikus) R25 Lenyelve mérgezô (toxikus) R26 Belélegezve nagyon mérgezô (toxikus) R27 Bôrrel érintkezve nagyon mérgezô (toxikus) R28 Lenyelve nagyon mérgezô (toxikus) R29 Vízzel érintkezve mérgezô gázok keletkeznek R30 A használat során nagyon gyúlékonnyá válik R31 Savval érintkezve mérgezô gázok képzôdnek R32 Savval érintkezve nagyon mérgezô gázok képzôdnek R33 A halmozódó (kumulatív) hatások miatt veszélyes R34 Égési sérülést okoz R35 Súlyos égési sérülést okoz R36 Szemizgató hatású R37 Izgatja a légutakat R38 Bôrizgató hatású R39 Nagyon súlyos és maradandó egészségkárosodást okozhat R40 Maradandó egészségkárosodást okozhat R41 Súlyos szemkárosodást okozhat

R42 Belélegezve túlérzékenységet okozhat (szenzibilizáló hatású lehet) R43 Bôrrel érintkezve túlérzékenységet okozhat (szenzibilizáló hatású lehet) R44 Zárt térben hô hatására robbanhat R45 Rákot okozhat (karcinogén hatású lehet) R46 Öröklôdô genetikai károsodást okozhat (mutagén hatású lehet) R47 Születési-fejlôdési rendellenességeket okozhat (teratogén hatású lehet) R48 Hosszú idôn át hatva súlyos egészségkárosodást okozhat R49 Belélegezve rákot okozhat (karcinogén hatású lehet) R50 Nagyon mérgezô a vízi szervezetekre R51 Mérgezô a vízi szervezetekre R52 Ártalmas a vízi szervezetekre R53 A vízi környezetben hosszantartó károsodást okozhat R54 Mérgezô a növényvilágra R55 Mérgezô az állatvilágra R56 Mérgezô a talaj szervezeteire R57 Mérgezô a méhekre R58 A környezetben hosszantartó károsodást okozhat R59 Veszélyes az ózonrétegre R60 A fogamzóképességet károsíthatja R61 A születendô gyermekre ártalmas lehet Az R24, R26, R27, R39, R40, R41, R42, R43, R45, R46, R49, R60, R61 mondatokkal jellemzett veszélyes anyagok gyakorlatilag nem fordulnak elô iskolai kémiai laboratóriumban (bár ezt nem tiltja a rendelet).

C) A veszélyes anyagok biztonságos használatára utaló S mondatok S1 S2 S3 S4 S5

Elzárva tartandó Gyermekek kezébe nem kerülhet Hûvös helyen tartandó Lakóterülettôl távol tartandó ... alatt tartandó (a folyadékot a gyártó határozza meg) S6 ... alatt tartandó (az inert gázt a gyártó határozza meg) S7 Az edényzet hermetikusan lezárva tartandó

S8 S9 S 10 S 11 S 12 S 13

Az edényzet szárazon tartandó Az edényzet jól szellôztethetô helyen tartandó – – Az edényzetet nem szabad lezárni Élelmiszertôl, italtól és takarmánytól távol tartandó S 14 ...-tól/tôl távol tartandó (az összeférhetetlen anyago(ka)t a gyártó határozza meg)


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 22

S 15 Hôhatástól távol tartandó S 16 Gyújtóforrástól távol tartandó – Tilos a dohányzás S 17 Éghetô anyagoktól távol tartandó S 18 Az edényzetet óvatosan kell kezelni és kinyitni S 19 – S 20 Használat közben enni, inni nem szabad S 21 Használat közben tilos a dohányzás S 22 Az anyag porát nem szabad belélegezni S 23 A keletkezô gázt/füstöt/gôzt/permetet nem szabad belélegezni (a gyártó határozza meg) S 24 A bôrrel való érintkezés kerülendô S 25 Kerülni kell a szembejutást S 26 Ha szembe kerül, bô vízzel azonnal ki kell mosni, és orvoshoz kell fordulni S 27 A szennyezett ruhát azonnal le kell venni S 28 Ha az anyag a bôrre kerül, ...-val/vel bôven le kell mosni (az anyagot a gyártó határozza meg) S 29 Csatornába engedni nem szabad S 30 Soha nem szabad vízzel keverni S 31 – S 32 – S 33 A sztatikus feltöltôdés ellen védekezni kell S 34 A rázkódás és súrlódás ellen védekezni kell S 35 Az anyagot és az edényzetét megfelelô módon ártalmatlanítani kell S 36 Megfelelô védôruházatot kell viselni S 37 Megfelelô védôkesztyût kell viselni S 38 Ha a szellôzés elégtelen, megfelelô légzôkészüléket kell használni S 39 Szem-/arcvédôt kell viselni S 40 A padlót és a beszennyezôdött tárgyakat ...val/vel kell tisztítani (az anyagot a gyártó határozza meg) S 41 Robbanás vagy tûz esetén a keletkezô gázokat nem szabad belélegezni S 42 Füst- permetképzôdés esetén megfelelô légzésvédôt kell viselni S 43 ...-val/vel oltandó (az anyagot a gyártó határozza meg). Ha a víz használata veszélyes,

S 44 S 45 S 46

S 47 S 48 S 49 S 50 S 51 S 52 S 53 S 54 S 55

S 56

S 57 S 58 S 59

S 60

„Víz használata veszélyes” mondatot is hozzá kell tenni Rosszullét esetén orvoshoz kell fordulni. Ha lehetséges, a címkét meg kell mutatni Baleset vagy rosszullét esetén orvost kell hívni. Ha lehetséges, a címkét meg kell mutatni Lenyelése esetén azonnal orvoshoz kell fordulni, az edényt/csomagolóburkolatot és a címkét az orvosnak meg kell mutatni ... °C feletti hômérsékleten nem tárolható ...-val/vel nedvesen tartandó (az anyagot a gyártó határozza meg) Csak az eredeti edényzetben tárolható ...-val/vel nem keverhetô (az anyagot a gyártó határozza meg) Csak jól szellôztetett helyen használható Nagy felületû, tartózkodásra alkalmas helyiségekben nem használható Kerülni kell az expozíciót – használatához külön utasítás szükséges Az üzemszerû szennyvízkezeléshez az illetékes hatóság jóváhagyása kell Csatornába vagy felszíni vizekbe juttatása elôtt a rendelkezésre álló jobb kezelési eljárást kell alkalmazni Csatornába vagy a környezetbe juttatni nem szabad. Az anyagot a kijelölt gyûjtôhelyre kell vinni A környezetszennyezés elkerülésére megfelelô edényzetet kell használni Veszélyes hulladékként kell ártalmatlanítani A hulladékanyag visszanyeréséhez/újrahasznosításához a gyártótól/forgalmazótól kell tájékoztatást kérni Az anyagot és/vagy edényzetét veszélyes hulladékként kell ártalmatlanítani

Az S4 mondattal jellemzett használati utasítás az iskolai gyakorlatban nem fordul elô (bár a rendelet ezt külön nem tiltja).

D) A veszélyes anyagok feliratozása, címkézése A címkének fel kell hívnia a figyelmet a veszélyes anyagok elôírásszerû kezelésével járó valamennyi potenciális veszélyre, amíg ezek abban a formában vannak, amelyben forgalomba kerültek; ez azonban nem feltétlenül azonos azzal a formával, amelyben egy anyag végsô felhasználásra kerül (pl. higítva), és ilyenkor a címke nem feltétlenül nyújt az anyagról teljes körû tájékoztatást. A legnagyobb veszélyt jelentô


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 23

tulajdonságokat szimbólumokkal kell jelezni; ezekrôl és az egyéb veszélyes tulajdonságokból adódó veszélyekrôl a kockázatot jelzô mondatokkal (R mondatokkal), a szükséges óvintézkedésekrôl pedig a biztonságos kezelésre utaló mondatokkal (S mondatokkal) kell tájékoztatást adni.

E) Minden vegyszernek, veszélyes anyagnak van biztonsági adatlapja A – – – – – – –

biztonsági adatlap tartalmazza: az anyag nevét; a veszélyességi jelét és szimbólumát; a rá vonatkozó R és S mondatok sorszámát; magyar azonosítási számát és EU-számát (csak veszélyes anyagoknál); gyártó vagy forgalmazó nevét, címét; baleset esetén az elsôsegélynyújtás módját; az anyag leírását. A veszélyes anyagok címkézéséhez szükséges adatok beszerezhetôk a biztonsági adatlapokról, melyek az interneten is hozzáférhetôek. Néhány elérési lehetôség: www.reanal.hu www.sulinet.hu

F) Az iskolai kémiai laboratóriumok törvényes mûködéséhez szükséges teendôk 1. Minden vegyszeres edény címkéjén jól látható módon fel kell tüntetni a vegyszer – pontos nevét; – veszélyességi jelét (biztonsági adatlap alapján); – ha oldat formájában tároljuk, akkor az oldat pontos összetételét és készítésének idejét (az elkészítés idejébôl következtethetünk arra, hogy mennyire megbízható adat a feltüntetett összetétel). 2. Minden vegyszert megfelelô módon kell tárolni. Néhány példa az iskolai gyakorlatból: – a vízzel nem oltható gyúlékony anyagokat fémszekrényben elkülönítve kell tárolni (pl.: alkálifémek, benzin); – a bomlékony savakat elkülönítve kell tárolni (pl.: sósav, salétromsav); – az illékony, tûzveszélyes szerves oldószereket szintén elkülönítve tároljuk (pl.: aceton, alkoholok, toluol stb.); – illékony anyagokkal ne legyenek tartósan egy légtérben sem a diákok, sem a tanárok (a vegyszeres szekrény ne a tanulói vagy tanári teremben legyen elhelyezve), és jól megoldható legyen a szellôzés is. 3. Az iskolai kémiai laboratóriumokban célszerû kiakasztani a megfelelô helyre az R és S mondatok sorszámozott listáját, hogy az anyag használata során ez mindenki számára elérhetô információ legyen. 4. Minden vegyszer biztonsági adatlapjának elérhetônek kell lennie. Érdemes ezeket a beszerzés után egy külön dossziéban összegyûjteni. 5. Minden vegyszerrôl méregkönyvet kell vezetni. Ez azt jelenti, hogy az adott vegyszer használatakor a felhasznált mennyiséget folyamatosan regisztrálni kell.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 24

Minta a méregkönyv vezetéséhez: Nyilvántartás mérgezô hatású anyagokról (méregfajtánként) Anyag neve:…………………………………. 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Sorszám

Beszerzés ideje

Beszerzett mennyiség

Felhasználás ideje

Felhasznált mennyiség

Készlet mennyiség

Felhasználó neve

Aláírás

Megjegyzés

6. A veszélyes anyagokkal végzett tevékenység ÁNTSZ-hez történô bejelentése kötelezô. A szertárban lévô összes veszélyes anyag számbavétele után a 44/2000. (XII. 27.) EüM rendelet 13. számú mellékletének bejelentô lapján kell a veszélyes anyagokról az ÁNTSZ-hez bejelentést tenni. 7. Gondoskodni kell a veszélyes hulladékok szakszerû kezelésérôl is. Az irányelv az legyen, hogy minél kevesebb veszélyes hulladék keletkezzen a kísérletezés során, tehát célszerû ezt is figyelembe venni egy kísérlet megtervezésekor. Olyan anyagok, melyek a vizet nem veszélyeztetik kis mennyiségben vagy higítva, a lefolyóba önthetôk. A lefolyóba önthetô, a vizet nem veszélyeztetô anyagok

Kis mennyiségben vagy higítva a lefolyóba önthetô, a vizet gyengén veszélyeztetô anyagok

metanol, butanol, etanol, acetaldehid, hidrogén-peroxid, a nátrium-, kálium-, kalcium- és dietil-éter, hangyasav, ecetsav, magnéziumvegyületek karbamid, többsége szervetlen savak, foszfátok

A vizet és az élôvilágot veszélyeztetô anyagok, a csatornába engedhetô mennyiségekre nézve be kell tartani a határértékeket ammónia, klór, formaldehid, fenol, naftalin

A veszélyes hulladékokat megfelelô módon kell gyûjteni, tárolni és megsemmisíteni. Az alapelv az, hogy gyúlékony folyadékokat nem szabad mûanyag edényben tárolni, illetve figyelembe kell venni az együtt nem gyûjthetô anyagokat. Ehhez célszerû négy gyûjtôedényt használni. Savak, lúgok gyûjtése

Mérgezô szervetlen anyagok gyûjtése

Halogénmentes szerves anyagok gyûjtése

Halogéntartalmú szerves anyagok gyûjtése

10 literes polietilén tartály, melynek tartalmát a 7-es pH beállítása után a lefolyóba lehet önteni (nehézfémsókat nem tartalmazhat)

Kisebb méretû polietilén tartály, melynek tartalmát ártalmatlanítani kell (szakemberrel veszélyes hulladékként el lehet szállíttatni)

Nagyobb üvegedény, melynek tartalma megfelelô körülmények között elégethetô (akár a szertárban, fülke alatt)

Kisebb üvegedény, melynek tartalmát szakszerûen kell megsemmisíteni (veszélyes hulladékként elszállítható)


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 25

A tananyag feldolgozása leckékre lebontva 1. óra: Mivel foglalkozik a kémia? Kísérletezés a kémiai laboratóriumban Az elsô kémiaóra legfontosabb célja, hogy felkeltsük a gyerekek érdeklôdését a tantárgy iránt. Az ilyen korú gyerekeket legjobban a kísérletek érdeklik, különösen, ha ôk végezhetik. Ezért rövid, érdekes bevezetés után (meg fogjuk tanulni, hogy miért kísérleteztek annyit az alkimisták, miért cseppfolyós a víz, miért lesz világossárga a tea, ha citromot teszünk bele, hogyan mûködik a gázálarc stb.) térjünk rá a kísérletezésre. Be lehet vezetni egy nagyon egyszerû, látványos tanári kísérlettel, amely az év során majd egyébként is bemutatásra kerül, például: egy kémcsôbe fenolftaleines savoldatot, a másik kémcsôbe ugyanolyan térfogatú, töményebb lúgoldatot teszünk, a két színtelen oldat összeöntése után a keletkezô oldat ciklámenpirosra változik. Elôre lehet a gyerekeknek vetíteni, hogy év végéig ezt a kísérletet meg fogják tudni magyarázni. A tanulók kísérletezése elôtt beszéljünk a balesetvédelemrôl, amit kellô komolysággal adjunk elô, így a tanulók is komolyan fogják venni. Az elvégzendô tanulókísérlet a kémiai megismerés módszerét szemlélteti a tejfölöspohár elégetésén keresztül: a probléma felvetése, feltételezés, a kísérlet megtervezése, következtetések levonása. A mûanyag égésének vizsgálatát borszeszégôvel is elvégezhetjük. Ha Bunsen-égôvel dolgoztatunk, célszerû, ha nem a gyerekek gyújtják meg az égôt, hiszen a Bunsen-égô meggyújtásának módja a következô órán szerepel. Egy égônél akár 4 csoport is dolgozhat, mert a kísérlet legfeljebb 1 percig tart. A tejfölöspohárból csak nagyon kis darabokat gyújtsunk meg, mert kellemetlen szagú gázok és kormozó pernye keletkezik az égés során! Egy vízzel teli pohárba mártva elolthatjuk az égô mûanyagot. A kísérlet elvégzése után beszélgessünk a hulladékkezelés problémájáról! Tudják-e a gyerekek, hogy mi lesz azzal a mûanyaghulladékkal, amit kidobnak otthon a szemétbe? (A mûanyagok nagy része a természetben nem bomlik le, vagy csak nagyon lassan, a hulladékégetôben megsemmisítve a levegôt szennyezô égéstermékek keletkeznek, így fontos a keletkezô füstgázokat is tisztítani.) Az óra elôkészítése Anyag Tanári kísérlethez, pl.:

fenolftalein, sósavoldat, a sósavoldatnál töményebb NaOH-oldat

Tanulókísérlethez (csoportonként)

tejfölöspohár

Interaktív tananyag

Eszköz kémcsôállvány, 2 db kémcsô

olló, fémcsipesz vagy tégelyfogó, gyufa, Bunsen-égô vagy borszeszégô, vízzel teli fôzôpohár Képek, ábrák: 1. 6. ábra: Veszélyességi jelek (5. o.)

Háttér Alkímia, alkimisták Az ókorban és a középkorban a gazdagságot fôleg az arany jelentette, így nem csodálkozhatunk azon, ha az alkimistákat vonzotta az „aranycsinálás”. Az alkimisták gyakorlott kísérletezôk voltak, kémiai eljárásokat, módszereket tökéletesítettek. Sajnos, a korai idôk alkimistáitól kevés feljegyzés maradt fenn. Ritka kivételnek számítanak a leydeni és a stockholmi papiruszok. Ezeket a görög nyelvû dokumentumokat 1828-ban találták Egyiptomban, egy thébai sírban. A papirusztekercsek egy része a leydeni, más része a stockholmi múzeumba került, innen kapták a nevüket. Mindkét irat valószínûleg a III. századból származik,


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 26

de feltehetôen korábbi leírások másolata. Festékek, drágakôutánzatok, különféle fémek elôállításával, megmunkálásával foglalkoznak. A leydeni papiruszon található egy aranyhamisítás leírása: „Ólmot és aranyat finom porrá dörzsölj el úgy, hogy két rész ólomra egy rész arany jusson, és keverd össze(…) Egy rézgyûrût a keverékkel fedj be, majd hevítsd. Ismételd néhányszor, míg a tárgy a kellô színt felveszi. Nehéz a csalást észrevenni, mivel a próbakô tiszta aranyat jelez. A hô az ólmot elpusztítja, de az aranyat nem.” Hulladékkezelés Az elszállított hulladék 90%-át hulladéklerakókban helyezik el, ahol szigorú szabványok szerint szabályozzák, hogy a környezetre ne váljon veszélyessé, a talajba, talajvízbe ne szivárogjanak el veszélyes, mérgezô anyagok. Sajnos ma Magyarországon kevés olyan hulladéklerakó mûködik, amely minden elôírásnak megfelel, így a hulladéklerakók veszélyeztethetik az ivóvízbázisokat. A „szemétégetés” a másik módszer, amivel a hulladéktól meg lehet szabadulni, de a keletkezô salak és pernye, illetve különbözô égéstermékek szintén veszélyeztethetik a környezetet. Az egyik legveszélyesebb égéstermék a levegôbe kerülô dioxingáz, amely akkor is keletkezik, ha egyszerûen a szabadban elégetjük a háztartási hulladékot. A szerves hulladék kezelésére jó módszer a komposztálás, ez még nem terjedt el nagymértékben Magyarországon. A szelektív hulladékkezelés sem ismeretlen hazánkban, azaz a különgyûjtés és újrahasznosítás. A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelések: Mûanyaghulladék megsemmisítése Milyen színû lánggal ég? Világító lánggal ég. Megolvad-e égés közben? Megolvad, a széle pedig elszenesedik a tejfölöspohár-darabkának. Kormoz-e a láng? Kormozó lánggal ég. Valamilyen szag érezhetô-e égés közben? Kellemetlen szagú égéstermékek, gázok keletkeznek. Égés után milyen anyag marad vissza? Megolvadt, elszenesedett anyag. A munkafüzet feladatainak megoldása (1.) 1. Meg kell ismernünk az anyagok tulajdonságait, hogy felhasználhassuk azokat, és meg tudjuk ítélni, melyiket mire lehet felhasználni, melyik anyag tápláló, melyik mérgezô, melyik veszélyes stb. 2. a) A kémiai kísérletezés közben azért fontos a rend és a fegyelem, mert a kémiai laboratóriumban maró, mérgezô, robbanásveszélyes, tûzveszélyes anyagok is találhatók. b) A kémiai laboratóriumban nem szabad enni, mert az élelmiszerre vegyszer kerülhet, ami különbözô mértékben, de veszélyes lehet. c) Fontos, hogy megtanuljuk az egyszerû kísérletek elvégzésének módját, mert így balesetmentesen kísérletezhetünk. 3. 4. a mûanyag égéstermékének vizsgálata 1. a nagy mennyiségû mûanyaghulladék felhalmozódása problémákat okoz 3. meg kell vizsgálni, hogy elégethetô-e a mûanyaghulladék (pl. tejfölöspohár) 5. hogyan lehet megoldani, hogy a mûanyag égéstermékében lévô káros anyagok ne jussanak a levegôbe 2. meg kell tervezni, hogy milyen körülmények között égethetô el a mûanyaghulladék (pl. tejfölöspohár) 4.

A tárgy rajza

Anyaga

Tulajdonságai

tányér

porcelán

vízben nem oldódó szilárd anyag, törékeny, színezhetô, hirtelen hôváltozásra elreped

fakanál

fa

faragható, vízben nem oldódik, merev (nem hajlítható), a hôt nem vezeti (nem melegszik fel, ha forró ételbe tesszük), éghetô szilárd anyag

rézhuzal

réz

szilárd, hajlítható, vízben nem oldódik, elektromos áram vezetéséhez használják

26uKÉMIA 7. munkafüzet

KEMIA_7_JAV2

5.

*6.

*7.

8/14/09

9:58

Page 27

A vegyszer neve Hajlakk

Veszélyességi jele F+

A jel jelentése rendkívül gyúlékony, tûzveszélyes

Fehérítôszer

Xi

ingerlô (irritant)

Vízkôoldó

Xi

ingerlô (irritant)

Dezodorspray

F

könnyen gyulladó, tûzveszélyes

Rozsdaoldó

Xi

ingerlô (irritant)

Korszakok

Az alkimisták mûködési helye

Mûködésük ideje

1. korszak

Görög alkimisták (Alexandria)

i. e. IV. század

2. korszak

Arab alkimisták

VII–VIII. század

Gyakorlati-technológiai ismereteket eredményezett

3. korszak

Európa Roger Bacon

XIII–XIV. század

A kísérletezô tudományt hangsúlyozva a gyakorlati megfigyelés fontosságára hívta fel a figyelmet

4. korszak

Európa

XIV–XV. századtól

Az alkímia a fejlôdéshez már nem járult hozzá: mind misztikusabbá vált

Mûködésükre jellemzô módszerek, kutatásuk célja A kísérleti-gyakorlati ismereteket fejlesztették, eszközeiket és módszereiket tökéletesítették

Vegyipar.

2. óra: Laboratóriumi eszközök és használatuk Bemutatjuk a különbözô laboratóriumi eszközöket, és megbeszéljük, hogy mit mire lehet használni, milyen anyagból készült. A térfogatmérô eszközöket feltölthetjük vízzel (vagy színes oldattal), „jelre állítjuk”. A gyerekek megtanulják a Bunsen-égô használatát. Nagyon fontos, hogy pontosan betartsák a meggyújtás sorrendjét. Ha nincs az iskolában Bunsen-égô felszerelésére alkalmas gázcsap, akkor használjunk borszeszégôt, és annak mûködését beszéljük meg. A láng szerkezetének vizsgálatára alkalmas tanulókísérletet végzünk, tapasztaljuk, hogy a láng szélén magasabb a hômérséklet, mint a láng magjában (rövid ideig tartsuk csak a lángba a hurkapálcát, mert különben teljesen elszenesedik.) Ennek alapján megbeszéljük, hogy a láng felsô egyharmadában érdemes melegíteni valamit, nem a láng magjában. Az óra elôkészítése Anyag víz vagy színes oldat

Eszköz kémcsô, kémcsôállvány, csipesz, tégelyfogó, kémcsôfogó, Bunsen-állvány, gömblombik, állólombik, vasháromláb, lángelosztó, fôzôpohár, Erlenmeyerlombik, mérôlombik, mérôhenger, gázfelfogó henger, üvegkád, Bunsen-égô, borszeszégô

Tanulókísérlethez

hurkapálca

Bunsen-égô vagy borszeszégô, gyufa


Kísérletek: 1. Bunsen-égô meggyújtása 2. Láng szerkezetének vizsgálata 3. Borsszeszégô meggyújtása Játékok, feladatok: 1. Eszközök csoportosítása 2. Bunsen-égô meggyújtása Képek, ábrák: 2–7. 12–17. ábra: Eszközök; A láng részei (9. o.)

Laboratóriumi eszközök bemutatásához


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 28

Háttér Laboratóriumi eszközök A gömbölyû aljú üvegedények közvetlen lánggal is melegíthetôk, mivel a hô ebben az esetben minden irányban egyformán, egyenletesen tud szétterjedni, így nem alakul ki nagyobb hômérséklet-különbség az üvegedény falában, ami a repedést okozza. Az üveg egyébként rosszul vezeti a hôt, és nincs meghatározott olvadáspontja (amorf szerkezetû). A térfogatmérô eszközöknél a „jelre állítás” során a víz meniszkuszát (görbült felületét) úgy állítjuk be, hogy a görbület legalsó része illeszkedjen éppen a vonalra. Ehhez szemmagasságban kell a jelre állítást végezni, apró cseppenként adagolva a vizet. Vannak kifolyásra és betöltésre kalibrált (hitelesített) térfogatmérô eszközök. A kifolyásra kalibrált edény esetén akkor kapjuk az edényen feltüntetett térfogatot, ha belôle a folyadékot átöntjük valamilyen más edénybe (a térfogatmérô edényben maradt pár csepp folyadékkal nem kell külön számolnunk), pl.: térfogatmérô henger. A betöltésre kalibrált edény esetén akkor kapjuk az edényen feltüntetett pontos térfogatot, ha éppen jelre állítjuk a folyadékszintet, pl.: mérôlombik. A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelések: A láng szerkezetének vizsgálata Hol perzselôdött meg a hurkapálca, amikor a láng csúcsába tartottuk? Ott perzselôdött meg, ahol a láng érte, egy helyen. Hol perzselôdött meg a hurkapálca, amikor a láng alsó egyharmadába tartottuk? Csak a láng két szélén perzselôdött meg. Feladatok 1. A gömbölyû aljú üvegeszközöket (kémcsô, gömblombik). 2. Beosztással rendelkezô térfogatmérô edények (mérôhenger, mérôlombik) segítségével. 3. A kémcsô alja a láng felsô egyharmadánál legyen, mert ott a legmagasabb a láng hômérséklete. A kémcsövet „áthúzzuk” a lángon, nehogy hirtelen felmelegedve kiforrjon. 4. 2. Bunsen-égô világító lángja, 1. borszeszégô lángja, 3. Bunsen-égô szúrólángja! A munkafüzet feladatainak megoldása (2.) 1. 4. megnyitjuk a gázcsapot 1. a levegônyílást elzárjuk 5. a levegônyílás eltekerésével beállítjuk a lángot 3. az égô gyufát a gázkivezetô csôhöz tartjuk 2. meggyújtjuk a gyufát 2.

Üvegedények

Erlenmeyer-lombik, fôzôpohár, gázfelfogó henger, mérôlombik, kémcsô, gömblombik, üvegkád

Fából készült eszközök

kémcsôfogó

Fémbôl készült eszközök

tégelyfogó, lángelosztó, Bunsen-állvány

3. Ha a Bunsen-égô levegônyílása el van zárva, akkor nem kormoz/kormoz a láng, ilyenkor világító lángnak/szúrólángnak nevezzük. A világító lánggal/szúrólánggal magasabb hômérsékletet lehet elérni. 4. A láng részei: köpeny (kb. 1000 ˚C) – a szénrészecskék égnek világító burok (kb. 900 ˚C) – a szénrészecskék izzanak a láng magja (800 ˚C) 5. Melegíthetjük: a hôálló (pl. jénai) üvegbôl készült tálakat, edényeket. Nem szabad melegíteni: a vékony, nem hôálló üvegbôl készült üvegpoharakat, üvegtálakat, tányérokat. *6. Mely században élt Bunsen? A XIX. században. Mely egyetemeken tanított Bunsen? A boroszlói egyetemen, a heidelbergi egyetemen. Milyen kutatási témákon dolgozott Bunsen? A szerves kémiával is foglalkozott, ötletes laboratóriumi eszközeit ma is használjuk (pl. a Bunsen-állványok, Bunsen-égôk), az alkálifémek lángfestését is kutatta. Milyen újításokat vezetett be Bunsen? A gázvilágítás elterjedésével újfajta melegítô készüléket talált fel. Kivel kötött Bunsen szoros barátságot kutatói munkája során? A fizikus Gustav Kirchhoffal. *7. Térfogatmérô henger, borszeszégô, Bunsen-égô, csipesz, Erlenmeyer-lombik, talpas lombik, gömblombik, mérôlombik, kémcsô.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 29

3. óra: Mekkora egy atom? Az óra célja, hogy megértsék a tanulók, hogy az atomok világa (mikrovilág) más dimenzió, mint a makrovilág. Az óra bevezetése olyan jelenségek megfigyelésével kezdôdik, melyek felvetik a következô kérdést: mivel magyarázhatjuk, hogy az oldott anyag látható módon keverés nélkül elôbb-utóbb elkeveredik az oldószerben, vagy kétféle gáz „magától” elkeveredve szilárd anyagot (füstöt) eredményez a gáztérben (ha nyitott, tömény ammónium-hidroxidot tartalmazó edényt és nyitott, tömény sósavat tartalmazó edényt közelítünk egymáshoz, kellô közelségben már képzôdik füst). Kísérletezés közben figyeltessük meg a kísérletben használt anyagokat és jellemezzük (ld. Anyagismeret)! (Vigyázzunk, mert a tömény ammónium-hidroxidnak nagyon kellemetlen, köhögésre ingerlô szaga van, ha szükséges, szellôztessünk használata közben!) A részecskék önkéntes elkeveredô mozgásának leírása (diffúzió jelensége). Megbeszéljük a tanulókkal, hogy mivel nem láthatunk bele az anyagok szerkezetébe, így csak közve tett módon tudunk következtetni a szerkezeti tulajdonságokra, változásokra, és a különbözô jelenségek megfigyelései ezeket a feltételezéseinket visszaigazolhatják. (Ma már vannak olyan módszerek, amelyekkel akár molekulákat, atomokat is „láthatóvá” tehetünk, ezzel még inkább megerôsítve tudományos elképzeléseinket.) Az ókori Démokritosz is csak közvetett módon, gondolati úton jutott el a tovább már nem bontható, legkisebb részecske, az atom fogalmához. Dalton már kísérletezô tudós volt, és kísérleteibôl vont le következtetéseket. Érzékeltessük a tanulókkal, hogy mennyire parányi egy atom. Az „atomi mérettartomány” nagyságrendekkel kisebb méreteket jelent, mint amit mi valaha is megtapasztalhattunk, éppen ezért nehéz elképzelni. Néhány példa az atomok méretének érzékeltetésére: – egy 1 cm hosszú vonalra 100 millió darab atom fér el; – ha annyi darab tojást vennénk, ahány szénatom elfér a markunkban, akkor nagyobb lenne a tojások tömege, mint a Föld tömege; – egy kb. 2,2 cm élhosszúságú tömör alumíniumkockában (kb. 27 g) több alumíniumatom van, mint ahány hajszála van a Földön jelenleg élô összes embernek. Ezek alapján az is beláttatható, hogy az atom tömege is rendkívül parányi, ezért számolunk relatív atomtömegekkel. Hasonlítsuk össze a tankönyv táblázata segítségével, Dalton kísérleti mérései alapján és a mai, pontosabb módszerekkel megállapított relatív atomtömegeket! Az óra elôkészítése Anyag víz, kálium-permanganát

Eszköz gázfelfogó henger vagy fôzôpohár, vegyszeres kanál

Ammónia és hidrogén-klorid egymásra hatása

tömény ammónium-hidroxidoldat, tömény sósavoldat

2 db gázfelfogó henger, üveglap a gázfelfogó hengerek lefedésére


Kísérletek: 4. Kálium-permanganát oldása vízben 5. Ammónia és hidrogén-klorid reakciója Animációk: 1. Gázrészecskék diffúziója 2. Részecskék diffúziója folyadékban (egyféle anyag) 3. Részecskék diffúziója folyadékban (kétféle anyag) Képek, ábrák: 8. 20. ábra: Démokritosz (11. o.) 9. 22. ábra: Dalton (12. o.) 10. 25. ábra: Atomok sora (13. o.)

Kálium-permanganát oldása vízben


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 30

Háttér Az ókori atomelméletek Az ókori görög rabszolgatartó társadalomban a fizikai munka alantasnak számított, így a kísérletezés is. A görög filozófusok gondolati úton jutottak el „felfedezéseikhez”, például az atomelmélethez. A görögök által elképzelt „atomok” azonban teljesen mások, mint a mai elképzelésünk, ôk úgy képzelték, hogy minden anyagnak külön-külön atomjai vannak, például a húsnak hús-atomjai, a fának fa-atomjai stb. (Démokritosz). A középkorban az atomelmélet feledésbe merült, és csak a XVIII. században Dalton vizsgálatai mutattak rá újra, most már a mai elképzeléseinkhez közelebb álló elméletként. A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelések: Kálium-permanganát oldása vízben Mennyi idô elteltével lesz az egész folyadék egyenletesen egyforma színû? Mérési adat (ha óra elején végezzük el a kísérletet, akkor óra végéig megközelítôen homogénné válik az oldat). Milyen lesz a színe? Rózsaszín-lila a beletett kálium-permanganát mennyiségétôl függôen. Kísérleti megfigyelések: Ammónia és hidrogén-klorid egymásra hatása Milyen változást tapasztalsz? A két hengerben fehér füst képzôdik. (A fehér füstöt az ammónium-klorid (NH4Cl) mikrokristályai alkotják. A füsthöz többnyire a „fekete” füst képzete fûzôdik, ami lebegô korom (szén) részecskéket jelent.) Feladatok 1. A részecskéknek ezt, a külsô hatás nélkül, a mozgásuk következtében létrejövô elkeveredô mozgását diffúziónak nevezzük. 2. Nagy úrnak azért nem volt igaza, mert a diffúzió következtében idôvel a szennyezô anyag az egész tavat beszennyezte (persze a diffúzió következtében hígul is a szennyezôdés). 3. A relatív atomtömeg eredetileg azt mutatta meg, hogy egyetlen atom tömege hányszor nehezebb egy hidrogénatom tömegénél (mai definíció szerint: a 12C-izotópatom 1/12-ed részénél), vagyis – mint az elnevezése is mutatja – egy viszonyszám (arányosságot fejez ki). A munkafüzet feladatainak megoldása (3.) 1. a) Az araszom távolsága: ha 15 cm, az araszomon akkor 15 ·100 millió, azaz 1500 millió = 1,5 milliárd (1,5 ·109 ) db atom fér el. b) Egy atom átmérôje: 15 cm/1500 000 000 vagy 1 cm/100 000 000 = 0,000 000 01 cm = 10-8 cm = 10-10 m c) 1 g/3,75 · 1022 = 2,66 · 10-23 g 2. Az anyag részecskéinek mozgása következtében létrejövô elkeveredô mozgást, a diffúziót. 3. Hányszor nagyobb egy aranyatom tömege, mint egy hidrogénatomé? 197-szer nagyobb. Hányszor nagyobb egy vasatom tömege egy szénatom tömegének 1/12 -ed részénél? 56-szor nagyobb. Hányszor nagyobb egy alumíniumatom tömege, mint egy hidrogénatomé? 27-szer nagyobb. Hányszor kisebb a hidrogénatom tömege a szénatoménál? 12-szer kisebb. 16 – – = –4– -szor nagyobb az oxigénatom tömege. Hányszor nagyobb egy oxigénatom tömege, mint egy szénatomé? 12 3 4. a) A hidrogéné (Dalton mérési adata: 1,0, mai érték: 1,01), jele Daltonnál: b) A foszfor (Dalton mérési adata: 9, mai érték: 30,97), jele Daltonnál: *5. Démokritosz atomelmélete Dalton atomelmélete Az atom oszthatatlanságának szempontjából

oszthatatlan parányi részecskék

oszthatatlan parányi részecskék, melyeket nem lehet egymásba átalakítani

Hányféle atom létezését képzelte el?

ahányféle anyag van, és a különbözô anyagok atomjai különbözô méretûek és változatos alakúak

annyiféle atom van, ahányféle kémiai elem

Milyen módszer segítségével jutott el atomelméletéhez?

kísérletek nélkül, pusztán gondolati úton jutott erre az eredményre

kísérleti adatokat és mérési eredményeket összegyûjtve

i. e. IV. sz.

a XIX. század eleje

Mikor alkotta meg atomelméletét?

*6. Milyen jelenséget szemléltet ez az írás? A diffúzió jelenségét. Mit jelképeznek a táncosok? A táncosok a levegô, illetve a víz részecskéit/molekuláit (a közeg részecskéit) jelképezik. A szétguruló labdák a cigarettafüst, illetve tinta részecskéit (a diffundáló anyag részecskéit) jelképezik. Abban az esetben, ha tintát csepegtetünk vízbe, mik lennének a „táncosok”? A vízmolekulák. Mik lennének a „labdák”? A tinta festékszemcséi. *7. Elkeveredés, idegen kifejezéssel: diffúzió.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 31

4. óra: Atom, elem, vegyjel Az óra szakmai anyagának a lényege, hogy a tanulók megértsék az atom és az elem fogalma közötti különbséget: az atom az a parányi részecske, amely önállóan vagy molekulákká összekapcsolódva létezik, része az anyagi halmaznak. A kémiai elem pedig egy anyagi halmazt jelent. A periódusos rendszer részletesen csak az atomszerkezeti résznél szerepel, de már most használjuk, és a tanulóknak a leggyakrabban említett elemek vegyjeleit meg kell ismerniük, illetve meg kell találniuk a periódusos rendszerben. A kémiai elemek kapcsán gyakorolhatjuk a legismertebbek nevét, vegyjelét. Bemutathatunk kémiai elemekbôl készült tárgyakat: alumíniumkanál, grafitrúd, vasszög, rézdrót, ólomsörét, kéndarabka, aranygyûrû, ezüstlánc, aktívszén-tabletta stb. (minden esetben elmondhatjuk, hogy ez a tárgy csak alumíniumatomokból, csak ezüstatomokból stb. áll; az elemek tulajdonságait csak a következô órán vizsgáljuk). A periódusos rendszerben való eligazodást játékosan is gyakorolhatjuk: ki találja meg legelôször az adott elemet, mi a rendszáma (sorszáma), ki talál 1 perc alatt legtöbb A-val, H-val, T-vel kezdôdô vegyjelû elemet, mi ezeknek a magyar neve stb. Kémiatörténeti érdekességekkel kelthetjük fel a gyerekek érdeklôdését: régebben hányféle jelölést használtak a különbözô elemek jelölésére, Magyarországon a nyelvújítás során milyen neveket adtak a kémiai elemeknek, illetve a ma használatos elnevezéseket miért célszerû használni. Feladatként adhatjuk, írják össze a gyerekek, hogy például a réznek mi volt a jele Daltonnál (tankönyv 23. ábra), az alkimistáknál (tankönyv 30. ábra), és a mai jelrendszerrel; vagy mi a Zn vegyjelû elem latinul (tankönyv 2. táblázat), hogy hívták a nyelvújításkor, illetve mi a mai neve. Az óra elôkészítése Kémiai elemek bemutatásához

Anyag alumíniumkanál, grafitrúd, vasszög, rézdrót, ólomsörét, kéndarabka, aranygyûrû, ezüstlánc, aktívszén-tabletta (Carbo activatus)


Képek, ábrák: 11. 31. ábra: Irinyi (15. o.)

Eszköz

Háttér A vegyjel bevezetésének szükségessége Az alkimisták körében nem volt az anyagoknak egységes jelölése, ahány mûvelôje volt a kémiának, annyiféle jelet, nevet használtak. Látványos példája ennek a XIX. századi Magyarország, ahol a nyelvújítás korában törekedtek valamiféle rendet teremteni. Az elemek 1807 1829 1829 1845 mai neve Nyulas Ferenc Schuster János Bugát Pál, Irinyi János Fuchs Albert Arzén Maszlag Himany Mireny Mireny Foszfor Foszfortárgy Villó Vilany Vilany Hidrogén Víztárgy Gyúló Köneny Vizeny Szilícium Kovaföld Kovó Kovany Kovany Nátrium Széksó Szikany Szikeny Volfrám Farkasnyál Farkasnyál Seleny Volfrámany A ma használatos vegyjeleket 1814-ben Berzelius vezette be. A tankönyvi feladatok megoldása Feladatok 1. Az anyagok legkisebb, kémiai módszerekkel tovább már nem bontható parányi egysége az atom. Az elem az egyféle minôségû atomok halmaza. (Az atomszerkezetrôl késôbb lesz csak szó, ezért próbáljuk pontosítani a fogalmat az „egyféle minôség” szóval.)


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 32

2. Az elemek nemzetközileg egységes jelölését tette lehetôvé és egyértelmûvé, így mindenhol ugyanazt az elemet értik egy vegyjelhez tartozónak. 3. Cérium: Ce, cézium: Cs, kadmium: Cd, kalcium: Ca, kalifornium: Cf, klór (chlorum): Cl, kobalt (cobaltum): Co, króm: Cr, kûrium: Cm, réz (cuprum): Cu, szén (carboneum): C, antimon (stibium): Sb, kén (sulphur): S, ón (stannum): Sn, stroncium: Sr, szkandium: Sc. A munkafüzet feladatainak megoldása (4.) 1. Azt jelenti, hogy az arany csak egyféle minôségû atomok (aranyatomok) halmaza. 2. hélium: He, berillium: Be, kalcium: Ca, lítium: Li, bór: B, kálium: K, fluor: F, bróm: Br, ón: Sn, nátrium: Na, bizmut: Bi, ólom: Pb 3.

Vegyjel

Ar Au Ag As Al

Név

Rendszám

argon arany ezüst arzén alumínium

18 79 47 33 13

Vegyjel

Cr Co Cu Ca Cl

Név

Rendszám

króm kobalt réz kalcium klór

24 27 29 20 17

*5. A foszfort azért nevezték régen „vilany”-nak, mert a finom eloszlású fehérfoszfor sötétben világít. Felhasznált szakirodalom: Balázs Lóránt: A kémia története I. 467. old. (Nemzeti Tankönyvkiadó, 1996). 1829-ben Schuster Jánosnál „villó” szerepel, 1829-ben Bugát, Irinyi, Nendtvich, majd 1845-ben Fuchs Albert „vilany”-nak nevezi. *6.

Milyen szempont alapján nevezték el az adott elemeket?

1. Néphit szerint 2. Bányászattal kapcsolatos tapasztalat alapján 3. Mitológiai eredetû 4. Tulajdonságok alapján 5. A felfedezô hazájáról 6. A városról, ahol felfedezték 7. Tudósokról 8. Bolygók, csillagok után

A megnevezett elemek vegyjelei

Co Ni Ta, Ti Ne, Br, Ag Am, Ga, Ge, Po Hf Cm, Es, No He, Pu, Se, Te, U

*7. Nátrium.

5. óra: A kémiai elemek csoportosítása Az óra célja, hogy a gyerekeket a kémiai elemek tulajdonságaival ismertessük meg, vagyis az anyagismeretüket gyarapítsuk. Ezért jó, ha minél több elemet megnézhetnek, kézbe vehetnek, meghajlíthatnak stb. Minél több kémiai elemet mutassunk be, és adjunk meg különbözô szempontokat, ami szerint csoportosíthatják ezeket a tanulók (színük, fényük, halmazállapotuk, megmunkálhatóságuk). A kémiai elemek sorába vehetjük pl.: a levegôben lévô oxigéngázt is (ezt ismerhetik a gyerekek, állandóan „körülöttünk van”), és ennek tulajdonságait is besorolhatjuk. Az elemek bemutatásához jól használhatjuk az interaktív tananyag óravázlatát. Vizsgáljuk meg egy jó hôvezetô fém (alumínium) és egy szilárd nemfém (grafit) hôvezetése közötti különbséget! A grafit a nemfémek között a legjobb hôvezetô, de az alumínium és a grafit hôvezetése között jól észlelhetô a különbség. Ha forró vízbe mártjuk ezeket, akkor egy ideig érzékelhetô, hogy az alumíniumhuzal hamarabb és jobban felmelegszik. (Grafitrudat szerezhetünk egy „kibelezett” ceruzaelembôl is.) Végül a megismert kémiai elemeket tulajdonságaik alapján osszuk két csoportra: fémekre és nemfé mekre, és jellemezzük ezeket a csoportokat!


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 33

Az óra elôkészítése Kémiai elemek bemutatásához Hôvezetés vizsgálatához

Anyag az elôzô órán bemutatott tárgyak, higany, magnéziumszalag, jód

Eszköz

grafitrúd, alumíniumhuzal, forró víz fôzôpohár Óravázlatok: 1. A kémiai elemek bemutatása és csoportosítása Játékok, feladatok: 3. Kémiai elemek csoportosítása Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 1. 17. oldal megfigyelés táblázata 2. Munkafüzetbôl: 1. 13. oldal *7 feladat Képek, ábrák: 12. 35. ábra: Nemfémes elemek (17. o.) 13. 36. ábra: Fémes elemek (17. o.)


Háttér Az elemek magyar elnevezései A tudomány nyelve sok évszázadon keresztül a latin volt. A nemzeti nyelveknek a tudomány különbözô területein való térhódítását a polgári fejlôdés hozta magával. Boyle az angol polgári forradalmat követô években angolul írta kémiai munkáit. Lavoisier a francia forradalom elôtti években francia nyelven közölte kémiai nézeteit. Magyarországon ez a folyamat viszonylag lassan indult meg. A természettudományok közül a kémia aránylag késôn szólalt meg magyarul. A magyar kémiai szaknyelv megteremtésére az elsô jelentôs lépéseket Nyulas Ferenc (1758–1808), illetve Kováts Mihály (1762–1851) orvosok tették 1800-ban. Késôbb, 1829-ben Schuster János (1777–1838), a pesti egyetem kémiaprofesszora dolgozta ki egységes elvek alapján. A fémes és nemfémes elemeket elnevezésükben is élesen elválasztotta egymástól. A fémek mind „-any” szóvéget kaptak, amit még az ôsi magyar elnevezések végére is rákényszerített. Így lett a rézbôl „rézany”, a vasból „vasany”, az ezüstbôl „ezüstany”. A nátrium neve a sziksóból „szikany”, a káliumé a hamuzsírból „hamany”, a telluré „földany” stb. Tôle származik a higany elnevezés is. A nemfémek nevét úgy alkotta meg, hogy azok „ó”-ra vagy „ô”-re végzôdjenek. A szó alapját általában az elem sajátságára utaló melléknév képezte, pl.: a hidrogén „gyúló”, a klór „zöldlô”, a bróm „bûzlô”, a jód „iboló”, a foszfor „villó” stb. A XIX. század közepén Bugát Pál (1793–1865), Irinyi János (1817–1895) és Nendtvich Károly (1811–1892) módosította a magyar kémiai mûnyelvet. Ôk nem tettek különbséget a fémek és a nemfémek elnevezésében, valamennyi elem nevének képzésénél az „-any”, illetve „-eny” végzôdést alkalmazták. A tankönyvi feladatok megoldásai

Vizsgálandó anyagok Alumínium Grafit (szén) Vas Réz Higany Magnézium Ólom Kén Jód Arany Ezüst

színe ezüstfehér sötétszürke sötétszürke vöröses ezüstös szürkés sötétszürke sárga sötét sárga ezüst

A megfigyelés szempontjai fénye halmazállapota 25 ˚C-on fémes fény kicsit fénylik fémes fény fémes fény fémes fény fémes fény fémes fény nem fénylik kicsit fénylik fémes fény fémes fény

szilárd szilárd szilárd szilárd folyékony szilárd szilárd szilárd szilárd szilárd szilárd

hajlítható-e igen nem igen igen – igen igen nem nem igen igen

Kísérleti megfigyelések: Hôvezetés vizsgálata c) az alumíniumkanál melegebb lesz rövid idô alatt: az alumínium jobban vezeti a hôt, mint a szén. Általában a fémek jobban vezetik a hôt (és az elektromosságot), mint a nemfémek.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 34

Feladatok 1. Pl. vasaló, kávéfôzô, rozsdamentes vagy alumínium fôzôedények, evôeszközök stb. 2. A jó hôvezetô képességét (és a kémiai ellenálló képességét, illetve az ötvözhetôséget is). 3. Könnyû megmunkálhatóság, az arany és az ezüst különösen jól megmunkálható fémek. Ezenkívül az arany és az ezüst nem korrodálódik (nemesfémek), tetszetôs a színük és a fényük. 4. Az alumínium kis sûrûsége miatt sokkal könnyebbek az alumínium alkatrészek. Leginkább azonban nem a tiszta alumíniumot, hanem ötvözeteit használják, amelyek kis sûrûségük mellett nagy szilárdságúak is. 5. A kén ez a nemfémes elem. Sárga, szilárd halmazállapotú, rideg anyag. A munkafüzet feladatainak megoldása (5.) 1. Mindegyik kémiai elem azonos atomok halmaza. Periódusos rendszer. 2. Megmunkálhatók Fe, Cu, Al, Mg, Pb, Au, Ag

Ridegek C, S, I

4.

Nemfémek

Fémek Az anyagok mely csoportjába sorolhatók? Színük, fényük

a kémiai elemek csoportjába

Szobahômérsékleten milyen halmazállapot jellemzô rájuk? Milyen a megmunkálhatóságuk?

szürke (kivétel a Cu és az Au) fémes fényûek

különbözô színûek (kén: sárga, szén: fekete, bróm: barna stb.)

szilárd halmazállapot (kivéve a Hg)

mindhárom halmazállapot elôfordul

jól megmunkálhatók: nyújthatók, kalapálhatók, hajlíthatók

ridegek

jól vezetik a hôt és az elektromos áramot

nem vezetik (kivéve a szén módosulatát, a grafitot)

Fe, Ag, Al

C, S, I

Milyen a hô- és elektromos vezetésük? Néhány példa

5. a) A „kakukktojás”: Hg. A szempont: halmazállapot (a Hg cseppfolyós). b) A „kakukktojás”: C (grafit). A szempont: nemfémes elem. c) A „kakukktojás”: Cu. A szempont: szín (a réz vöröses színû). *6. Melyik kémiai elem felfedezésében vett részt Hevesy? A hafnium. Ennek az elemnek a vegyjele: Hf. Melyik évben kapott Nobel-díjat? 1943. Mikor vehette át? 1944. Melyik kémiai elem vizsgálatával foglalkozott még? Rádium. Ennek az elemnek a vegyjele: Ra. Mely városokban, illetve mely országokban tanult, dolgozott? Tanulmányait Budapesten, Berlinben, majd Freiburgban végezte, Freiburgban, Dániában és Svédországban dolgozott. Nézz utána, hogy honnan származik a hafnium elnevezése! Koppenhága régi latin neve Hafniae. *7. Nemfémes elemek: C, S, N, Kr.

K

S Z É N


N I K K E L

T R

N Á T R I U M

O PTO

M A G N É Z I U M

É

N

R

Á

N

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 35

6. óra: Mibôl áll egy molekula? Molekula, vegyület, képlet Tisztázni kell, hogy a vegyületmolekula és a vegyület, illetve az elemmolekula és az elem között ugyanolyan viszony van, mint az atom és az elem között: a molekula önálló, parányi kémiai részecske, míg a vegyület anyagi halmaz, pl. a vegyületmolekulák halmaza. Ha a gyerekek megértették az elôzôek alapján az anyagok szerkezetét, felépítését, akkor világossá válnak az anyagok csoportosítására vonatkozó kategóriák is. Ezeket egy kis táblázatban össze is foglalhatjuk. Kémiailag tiszta anyagok Egyszerû anyagok Kémiai elemek azonos atomok azonos elemmolekulák építik fel építhetik fel

Összetett anyagok Vegyületek azonos vegyületmolekulák építhetik fel (amelyek különbözô atomokból állnak)

A másik fontos dolog, amit a tanulóknak tisztán kell látni, hogy mi a viszony a modell és a valóság között: a modell soha nem a teljes valóságot mutatja, csak a valóság néhány kiragadott részletét, jellegzetességét. A modellezés szemléleti kérdéseivel foglalkozó bemutatóóra látható az interaktív tananyagban, mely nem csak egy részecske modellezését, hanem egy anyagi halmaznak, illetve egy jelenségnek (a víz halmazállapot-változásának) modellezését is értelmezi. Az óra elôkészítése Anyag

Molekulák modellezéséhez


Eszköz molekulamodellek (pálcika- és térkitöltôs modellek) H2, N2, O2, Cl2, S8, P4, H2O, CO2, NH3, CH4 Játékok, feladatok: 4. Molekulapakoló (virtuális modellkészlet) Modellek: 5. Molekulamemori Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 2–4. 21. oldal 4–6. fealdatok 2. Munkafüzetbôl: 2. 16. oldal 1. feladat Táblázatok a tankönyvbôl: 1. 3. táblázat: Molekulák áttekintése (19. o.) Kísérletek: 36. A víz halmazállapot-változásai – bemutatóóra Képek, ábrák: 14–17. 40–43. ábrák: Elem- és vegyületmolekulák (19. o.) Animációk: 21. Térkitöltéses molekulamodellek

Háttér A molekulák alakja, térszerkezete A többatomos molekulák térszerkezetét igen egyszerûen írja le az elektronpár-taszítási elmélet, amely kimondja, hogy a központi atomtörzset körülvevô elektronpárok (kötô és nemkötô elektronpárokat is figyelembe véve) egymástól a lehetô legtávolabb helyezkednek el. A kettôs kötést mint megnövekedett térigényû egyszeres kötést kell figyelembe venni. Központi atomnak tekintjük azt az atomot, amelyhez a legtöbb kötô elektronpár tartozik (a legnagyobb vegyértékû atom, a molekulában a legtöbb kötést létesíti). A központi atomhoz kapcsolódó atomokat, atomcsoportokat ligandumoknak nevezzük. A molekula alakját az atomok egymáshoz viszonyított elrendezôdése adja. Kötésszögnek a kapcsolódó atomok kötésirányai által bezárt szöget nevezzük. A kötésszöget a kettôs kötés és a nemkötô elektronpárok nagyobb térigénye, esetleg egyes atomok vagy atomcsoportok nagy térigénye szintén befolyásolhatja. A táblázat összefoglalja a molekulák térbeli elrendezôdésének függését a kötô és nemkötô elektronpárok számától (X: a kötô elektronpárokat, E: a nemkötô elektronpárokat, A: a központi atomot jelöli):


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 36

Az elektronpárok térbeli elrendezôdése lineáris

Molekula típusa AX2

A molekula térszerkezete (pálcikamodell) lineáris (bot alakú)

Példák BeCl2, CO2

180˚

AX3

síkháromszög

síkháromszög

BH3, SO3

120˚

AX2E

síkháromszög

V alak

SnCl2, SO2

kb. 120˚

AX4

tetraéderes

tetraéderes

CH4, CCl4

109,5˚

AX3E

tetraéderes

háromszög alapú piramis

NH3, PH3

<109,5˚

AX2E2

tetraéderes

V alak

H2O, H2S <109,5˚

AX5

háromszög alapú bipiramis háromszög alapú bipiramis vagy négyzetes piramis vagy négyzetes piramis ∝

AX3E2

háromszög alapú bipiramis

β

PCl5

∝: 120˚ β: 90˚

síkháromszög

ClF3

120˚

AX2E3

háromszög alapú bipiramis

lineáris (bot alakú)

XeF2

180˚

AX6

oktaéderes (négyzetes bipiramis)

oktaéderes (négyzetes bipiramis) 90˚-os kötésszögek


SF6

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 37

A tankönyvi feladatok megoldása 2. a) a térkitöltôs molekulamodell valósághûen ábrázolja a molekula összetételét, az atomok kapcsolódási sorrendjét, az atomok egymáshoz viszonyított méretét, a molekula alakját. b) a pálcikamodell a valóságnak megfelelôen ábrázolja a molekula összetételét, az atomok kapcsolódási sorrendjét, az atomok kapcsolódásának irányát (a kémiai kötések irányát, a kötésszöget), utal a molekula alakjára. 3. A molekulák képlete megmutatja, hogy milyen és hány atomból épülnek fel. 4.

5.

Elemek

Vegyületek

Br2, S8, H2, Al

MgO, FeS, NH3

Elemmolekulák

Vegyületmolekulák

Cl2, O2, I2

CO2, CO, CH4

6. szén-dioxid: c), 2., B) metán: f), 1., D) oxigén: b), 6., C) kén: e), 4., A) víz: a), 3., E) ammónia: d), 5., F)

1.

A A) B) C) D) E)

munkafüzet feladatainak megoldása (6.) Igaz F) Hamis (CO2) Hamis (két hidrogénatom és egy oxigénatom) G) Igaz Igaz H) Hamis (Cl2 molekulák) Igaz I) Igaz Igaz *J) Hamis (1:3)

2. Mi a különbség az elemmolekula és a vegyületmolekula között? Amelyben azonos atomok létesítenek egymással kémiai kötést, azok az elemmolekulák, ha különbözô atomok kapcsolódnak össze kémiai kötéssel, azok a vegyületmolekulák. Mit nevezünk kémiailag tiszta anyagnak? Kémiailag tiszta anyagok azok, amelyek halmazában csak egyféle, azonos részecskék (atomok, elemmolekulák, vegyületmolekulák) találhatók, illetve bennük az összetevôk aránya mindig állandó. Milyen anyagok sorolhatók az összetett anyagokhoz? Amelyeket többféle elem épít fel, mint például a vegyületek. 3. A vízmolekulát két hidrogénatom és egy oxigénatom építi fel, ez egy vegyületmolekula, halmaza összetett anyag. 4. A modellek néhány kiragadott szempontból a valóságnak megfelelôen, erôsen felnagyítva jelenítik meg a molekulákat. Mit hangsúlyoz ki a molekulából a pálcikamodell? A molekulák pálcikamodellje a valóságnak megfelelôen ábrázolja a molekula összetételét, az atomok kapcsolódási sorrendjét, az atomok kapcsolódásának irányát (a kémiai kötések irányát), a kötésszöget, utal a molekula alakjára. Mit nem ábrázol a pálcikamodell? Például az atomok egymáshoz viszonyított méretét. Mit hangsúlyoz ki a molekulából a térkitöltôs modell? A molekulák térkitöltôs modellje valósághûen ábrázolja a molekula összetételét, az atomok kapcsolódási sorrendjét, az atomok egymáshoz viszonyított méretét, a molekula alakját. Mit nem ábrázol a térkitöltôs modell? Például a molekulán belüli kémiai kötéseket. 5. a) A „kakukktojás”: CO2. A szempont: a CO2 vegyületmolekula. b) A „kakukktojás”: CO2. A szempont: a molekulát alkotó atomok száma: a CO2 háromatomos molekula. c) A „kakukktojás”: I2. A szempont: halmazállapot (a jód szilárd halmazállapotú, a többi gáz). *6. A kísérlethez feltétlenül szükség van-e írásvetítôre? Nincs feltétlenül szükség. Milyen elôkészületet kell elvégezni a kísérlet bemutatásához? 50 g glicerint és 50 g folyékony mosogatószert keverjünk össze 1 dm3 vízzel. Milyen kémiai részecskét szemléltet egy buborék? Egy atomot szemléltet. Milyen molekulamodelleket ír le a kísérlet? Írd le a képletüket! A hidrogénmolekula (H2), vízmolekula (H2O), metánmolekula (CH4) modelljét.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 38

Rajzold le az a) és b) feladatban leírt buborék-modelleket! a)

*7.

A

K L Ó R

M M E T Á N J

Ó

S Z É N D I O X I D

V I Z E

A R G O N

O

b)

N

*K óra: Játék a molekulákkal (kiegészítô, gyakorlóóra) Az óra célja, hogy a gyerekek térszemléletét elmélyítsük. Látniuk kell, hogy a síkban rögzített ábrázoláshoz képest a molekulák térben foroghatnak, nincs „alsó” és „felsô” részük. A molekulák a valóságban is állandóan mozognak. Dolgozzunk a munkafüzet útmutatása alapján! Az óra elôkészítése Anyag színes gyurma, színes pingponglabda, hurkapálca, fogpiszkáló, ragasztó

A molekulamodellek készítéséhez


Eszköz kés, olló, vonalzó

Játékok, feladatok: 4. Molekulapakoló (virtuális modellkészlet) 5. Molekulamemori Modellek Kitöltendô feladatok: 2. Munkafüzetbôl: 2. 16. oldal 1. feladat Táblázatok a tankönyvbôl: 1. 3. táblázat: Molekulák áttekintése (19. o.) Képek, ábrák: 14–17. 40–43. ábrák: Elem- és vegyületmolekulák (19. o.) Animációk: 21. Térkitöltéses molekulamodellek

A munkafüzet feladatainak megoldása (*I/K) *1.

C

D

A B H

G E

*2.

F

1.: G, d, (V) 2.: A, a, (E)


3.: F, b, (V) 4.: C, b, (E)

5.: D, f, (V) 6.: B, e, (V)

7.: E, c, (E)

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 39

Összefoglalás A munkafüzet segítségével ismételjük át a tanult eszközöket, anyagokat, fogalmakat! Eszközök kémcsô, kémcsôállvány, csipesz, tégelyfogó, kémcsôfogó, Bunsen-állvány, gömblombik, álló lombik, vasháromláb, lángelosztó, fôzôpohár, Erlenmeyer-lombik, mérôlombik, mérôhenger, gázfelfogó henger, üvegkád, Bunsen-égô, borszeszégô Anyagok

alumínium, grafit, vas, réz, higany, magnézium, ólom, kén, jód, arany, ezüst *kálium-permanganát, *ammónia, *hidrogén-klorid, *szén-dioxid, *metán

Fogalmak

atom, diffúzió, relatív atomtömeg, kémiai elem, vegyjel, fémek, nemfémek, molekula, elemmolekula, vegyületmolekula, képlet, kémiailag tiszta anyagok, egyszerû és összetett anyagok, modell *füst

A munkafüzet feladatainak megoldása 1. A) 1. A) 2.

C) 3. A) 4.

A) 5. B) 6.

2.

C) 7. A) 8.

D) 9. B) 10.

Nemfémes elem

Fém

Vegyület

Szobahômérsékleten gáz-halmazállapotú

Kétatomos molekulát képez

H2, Cl2, I2, Ne, Br2, C, P4, S8

Ca, Hg, Au

CO2, HCl, NH3, H2O, CH4

CO2, H2, Cl2, Ne, HCl, NH3, CH4

H2, Cl2, I2, Br2, HCl

3. atom molekula elem vegyület daltoni atommodell

• • • • •

• • • • • •

kémiai részecske azonos atomokból álló halmaz oszthatatlan részecske vegyjellel jelölhetjük képlettel jelölhetjük különbözô atomokból álló részecske lehet

4. Csoportmunkára alkalmas feladat:

Fémek

Nemfémek

a) réz, vas, alumínium, ón, nikkel

jód, oxigén, kén, nitrogén, hidrogén

b) Ag, Mg, Na

Ar, Br, C

5.

fôzôpohár

kémcsô

üvegkád

Erlenmeyer-lombik

talpas lombik


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 40

*6. ANYAGISMERET higany • grafit • bróm • klór • kén • alumínium • ólom • hidrogén-klorid • hipermangán • arany • *7.

M

1. A T O M

L

• sárga, szilárd anyag • • • • • • • • • 2. B U N S E N

3. Ó K O R

U

sötétszürke nemfémes elem, jól vezeti az áramot barna színû folyadék zöldessárga, szúrós szagú gáz ezüst színû folyadék fehéresezüst színû, jól megmunkálható, kis sûrûségû fém (könnyûfém) sötétszürke színû, puha, nagy sûrûségû fém (nehézfém) sárgás színû, jól megmunkálható fém vizes oldata lila színû színtelen, szúrós szagú gáz

4. A L K I M

A

I S T Á K

7. óra: A víz halmazállapot-változásai. Olvadás-fagyás Az óra célja, hogy a tanulók megismerkedjenek a víz olvadásával és fagyásával jelenség szintjén, majd a víz példáján keresztül a gázok, a folyadékok és a kristályok szerkezetével általánosságban: a részecskék mozgásával, energiájával, a rendezettséggel, a részecskék között ható kölcsönhatások erôsséggével, illetve az olvadás és fagyás folyamatának a lényegével. Hangsúlyozni kell, hogy a halmazállapot-változás során a vízmolekulákban nem történik változás, csak a vízmolekulák közötti kölcsönhatás változik, illetve a részecskék energiája, mozgáslehetôsége. Minél többféle kristályrács modellt mutassunk be, és tudatosítsuk, hogy mindegyikben szabályos rend uralkodik, de hogy milyen a rend, az az adott anyagra jellemzô (más a jég kristályrácsa, mint a jód kristályrácsa)! Játékosabb, kreatívabb gyerekekkel játékos formában dramatizálni lehet a halmazállapot-változásokat és az ezzel kapcsolatos belsô energiaváltozásokat (a kémiai szerepjáték is egyfajta modellezés; itt most nem a molekulák összetétele, alakja a hangsúlyozni kívánt szempont, hanem a molekulák mozgása, energiatartalma). Az interaktív tananyagban szereplô bemutatóórában megtekinthetô. Dramatizált játék (Réz Gáborné dr. nyomán)

Tanár: Én vagyok az energiaforrás, tôlem kapjátok a megfelelô mennyiségû energiát. Egy fontos szabályt jegyezzetek meg: ha felemelem a kezem, akkor minden energiát elvonok, amit a játék folyamán adtam! Ti modellezitek a vízmolekulákat, minden gyerek egy vízmolekula. (Lehet tisztázni azt is, hogy a molekulák nem hangoskodnak.) Most hideg vagyok (mondja „nagyon szigorúan”), kevés energiát adok, és rendet várok! Osztály vigyázz! (A gyerekek rendezett sorokban a padok mellett felállnak.) A helyét senki nem hagyhatja el, de azt megengedem, hogy ott „rezeghettek”!


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 41

(A gyerekek dülöngélnek a helyükön.) Most tehát szabályos rendbe rendezôdtek a vízmolekulák, és a helyükön rezgô mozgást végeznek. Ez a szilárd jég modellje.

Tanár: Több energiát adok, gyorsabb mozgást engedélyezek, nagyobb kitéréssel dülöngélhettek. Most olvad meg a jég. Még több energiát adok: az egész osztályteremben sétálhattok, de csak úgy, hogy mindig valamelyik társadat megérinted. A terem falát is meg lehet érinteni. Hogy mindig meg tudj érinteni valakit, nem távolodhatsz el nagyon a többiektôl. (A gyerekek bejárják az egész osztálytermet, miközben mindig más-más gyerekkel, illetve a fallal érintkeznek.) Most tehát meghatározott térfogatban a vízmolekulák egymás mellett elgördülnek. Ez a folyékony víz modellezése. Nagyobb a belsô energiája, mint a jégnek. Tanár: Még több energiát adok ennek a vízmolekula-halmaznak. Még nagyobb mozgásteret engedélyezek: szabad futkosni, de csak egyenes vonalban, és ha valakivel ütközöl, akkor más irányban folytasd az utad egyenes vonalban, a következô ütközésig! Szabad a falhoz is ütôdni, sôt, akár a plafonra is fel lehet ugrani! (A gyerekek követik az utasítást, valószínûleg a plafonra nem fog felugrani senki, de ugrálhatnak.) Most tehát a vízmolekulák egyenes vonalú mozgást végeznek addig, míg egymással vagy az edény falával nem ütköznek, kitöltik a rendelkezésükre álló teret. Ez a gázhalmazállapot modellje. Még nagyobb a belsô energiája, mint a víznek. A tanár felemeli a kezét. (Ha a gyerekek figyeltek, akkor erre mindenki szabályos rendbe rendezôdve a helyére megy. Az óra elôkészítése Kísérlethez


Anyag Eszköz fôzôpohár, hômérô jég (desztillált vízbôl), desztillált víz Óravázlatok: 2. A víz halmazállapot-változásai 3. Fizikai változások (elsô rész) Animációk: 4. Vízgôz molekuláinak diffúziója 5. Folyékony víz molekuláinak diffúziója 6. Jégkristály molekuláinak rezgése Kísérletek: 36. A víz halmazállapot-változásai – bemutatóóra Táblázatok a tankönyvbôl: 2. 4. táblázat: Vegyületek olvadás- és forráspontja (23. o.) Képek, ábrák: 18. 48. ábra: Jég olvadása (22. o.) 19. 49. ábra: Olvadás energiadiagramja (22. o.)

Háttér Folyadékokról és szilárd anyagokról A folyadékmolekulák között viszonylag nagyobb mértékû kölcsönhatás lép fel, amely egymás mellett képes tartani a részecskéket. A folyadékok térfogata meghatározott, összenyomhatatlanok (illetve rendkívül nagy nyomás hatására nyomhatók csak össze kis mértékben), felveszik az edény alakját. Az egyes részecskék „gördülô” mozgást végeznek: az egyik részecske helyére (a molekuláris méretû „lyuk”-ba) belegurul egy másik részecske. A szilárd halmazállapotú anyagokban a részecskék között olyan erôs a kölcsönhatás, hogy nemcsak a térfogatuk állandó, hanem az alakjuk is. A szilárd anyagok lehetnek amorf és kristályos szerkezetûek. Az amorf anyagokban a részecskék elrendezôdése nem szabályos, vagy csak kisebb szabályos körzetek vannak. Az amorf anyagok olvadáspontja nem egy meghatározott hômérsékleti érték, hanem olvadáspont-tartománnyal jellemezhetô. Ilyen amorf anyag pl. az üveg. uKÉMIA 7. tanári kézikönyvu41

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 42

A kristályos anyagokban a részecskék szabályos rendben, „kristályrácsban” helyezkednek el, a rácspontokon lévô részecskék rezgômozgást végeznek. A rezgômozgás kilengése (amplitúdója) a hômérséklettôl függ. A rácsenergia az az energia, amely szükséges ahhoz, hogy 1 mol kristályos anyagot szabad részecskékre bontsunk. Mértékegysége: kJ/mol. Elôjele: pozitív. Például a NaCl rácsenergiája (Erács,NaCl) megegyezik a NaCl(sz) = Na+(g) + Cl–(g) reakció reakcióhôjével. A kémiai irodalomban a rácsenergiát az ellentétes folyamatra is definiálják: a rácsenergia az az energia, amely felszabadul akkor, ha 1 mol kristályos anyag a szabad részecskékbôl keletkezik. Ilyenkor a rácsenergia elôjele negatív. Kristályos anyagokban, ha a rácsenergiát befektetjük (az olvadáspont hômérsékletén), a rezgômozgást végzô részecskék akkora energiára tesznek szert, hogy összeomlik a kristályrács, az anyag folyadékká alakul. Mivel minden részecske azonos energiával rendelkezik, az olvadáspont elérésekor egyszerre omlik össze a kristályrács, az olvadáspont adott hômérsékleti érték. Olvadáshô: az a hômennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 mol kristályos anyag, az olvadáspont hômérsékletén, folyadékká alakuljon. Mértékegysége: kJ/mol. Amint a definícióból következik, ez a hômennyiség nem emeli az anyag hômérsékletét, hanem a belsô energiáját növeli, arra fordítódik, hogy a kristályrácsban rendezetten elhelyezkedô molekulák elhagyják a rácspontot. A víz molekularácsos kristályban kristályosodik, melynek rácspontjain molekulák vannak, és közöttük másodrendû kötések hatnak. A nemesgázok kristályrácsa is molekularácsnak tekinthetô, annak ellenére, hogy a rácspontokon atomok vannak, ugyanis a nemesgázatomok között gyenge diszperziós kölcsönhatás hat.

A víz „kirívó” fizikai állandóinak jelentôsége a természetben A folyékony víz (óceánok, tengerek, tavak) az éghajlat szabályozásában is fontos szerepet játszik. Moláris hôkapacitása ugyanis kiugróan nagy: 75 J/molK. Ez lehetôvé teszi, hogy nappal és nyáron jelentôs mennyiségû hôt vegyen föl, amelyet azután éjszaka és télen a levegôbe bocsát anélkül, hogy saját hômérséklete jelentôsen megváltozna. A párolgási és fagyási hôje is nagyobb, mint a folyadékokra jellemzô szokásos értékek, ennek következtében a trópusokon elpárolgott és a sarkok irányába áramló vízgôz nagy mennyiségû hôt szállít, amely azután a magasabb szélességeken keletkezô felhô- és csapadékképzôdéskor felszabadul. A víz sûrûsége 4 ºC-on maximális, tehát a jég sûrûsége kisebb (térfogata nagyobb), mint a folyékony vízé, ez lehetôvé teszi, hogy a tavak ne fagyjanak be fenékig. A víznek nagy a felületi feszültsége, amely alapvetôen befolyásolja a felhôcseppek viselkedését is, és e nagy felületi feszültséget egyes vízi élôlények ki is használják (pl.: a molnárka tud futni a víz felületén). A víz nagy felületi feszültségébôl adódik az ún. hajszálcsövesség is (kapilláris hatás, a kapillárisban magasabbra megy fel a vízszint, nem mutatja a közlekedôedényekre jellemzô törvényszerûséget). A víz említett „kirívó” jellemzôinek hátterében a vízmolekulák között fellépô viszonylag erôs hidrogénkötés áll (ld. késôbb). A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelések: A jég olvadáspontjának mérése A leolvasott érték: 0 °C körüli érték. A pontatlanság okai (hibaforrások) lehetnek: nem desztillált vízzel dolgozunk, nem standard körülmények között (25 °C, 0,1 MPa), a hômérôk nincsenek kalibrálva, nem pontosan szemmagasságban olvassuk le a hômérôt stb. Feladatok 1. Az olvadásponton minden molekula éppen akkora mozgási energiára tesz szert, hogy kiszakad a kristályrácsból, így az addig rendezett kristályrács összeomlik, a rezgômozgást a molekulák gördülô mozgása váltja fel. 2. A naftalinmolekulák között fellépô kémiai kötések nagyobb energiával rendelkeznek. Ez abból tûnik ki, hogy több energiát kell befektetni (magasabb hômérsékletre kell felmelegíteni) a kristályrács felbontásához. (Molekulaszerkezeti okokkal magyarázva: a naftalinmolekula nagyobb méretû, lapos korong alakú molekula, mint a fenolmolekula, ezért az apoláris molekulák között fellépô diszperziós kötés a naftalinmolekulák között erôsebb.)


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 43

3. Szilárd, kristályos halmazállapota. Mindegyik vízmolekulákból épül fel. 4. Rézedényben a vas nem olvasztható meg, mert a réz alacsonyabb hômérsékleten megolvad. (A réz olvadáspontja: 1083 °C, a vas olvadáspontja: 1535 °C.) Mivel az alumínium olvadáspontja magasabb, mint az ólomé, megolvasztható alumíniumedényben az ólom. (Az alumínium olvadáspontja 660 °C, az ólom olvadáspontja 327 °C.) *5. A jég sûrûsége valamivel kisebb, mint a vízé, ezért úszik ugyan a vízben, de csak nagyon kis része látszódik ki a vízbôl. Átvitt értelemben az olyan jelenségekre használják a kifejezést, amirôl csak az információk kis része áll a rendelkezésünkre. *6. Mivel a víz fagyáskor kitágul, szétfeszítheti a vízvezetékcsöveket. Mivel a víz fagyáskor kitágul, ha tiszta vizet használunk, szétfeszítheti az autó hûtôjét. A munkafüzet feladatainak megoldása (7.) 1. A) Igaz. B) Igaz. C) Hamis, a jég olvadása közben a belsô energiája nô, ehhez a környezetbôl vesz fel energiát (jelen esetben a szánkból), így a szánk lehûl. D) Hamis, a fagyáspont ugyanazt jelenti, mint az olvadáspont. E) Igaz. F) Hamis, melegítéssel az anyag belsô energiáját növeljük, részecskéi gyorsabban, nagyobb energiával mozoghatnak, rezeghetnek. 2. Milyen részecskék találhatók a rácspontokban? Vízmolekulák. Hogyan mozognak a rácspontokban lévô részecskék? Rezgômozgást végeznek a rácspont körül. Egy vízmolekulát hány másik vízmolekula vesz körül? 4 másik vízmolekula veszi körül. Hogy nevezzük ezt a térbeli elrendezôdést? Tetraéderes elrendezôdés. Hol vannak közelebb egymáshoz a vízmolekulák: a jégben vagy a 4 °C-os vízben? A 4 °C-os vízben, ezért ennek nagyobb a sûrûsége. 3. a) a vas-oxid: szilárd; b) az égetett mész: szilárd; c) a nátrium-klorid: szilárd; d) a kvarc: szilárd. * Az aceton és az alkohol olvadáspontja 20 °C alatt van, ebbôl csak azt tudhatjuk, hogy nem szilárd halmazállapotú szobahômérsékleten, de lehetne folyékony vagy gáz-halmazállapotú is. * Az ecetsav olvadáspontja magasabb, tehát valószínûleg molekulái között erôsebb a kölcsönhatás (a metánmolekulák között – mivel ezek apoláris molekulák – diszperziós másodrendû kémiai kötés hat. Az ecetsav-molekulák között hidrogénkötés is hat, ami lényegesen erôsebb másodrendû kötést jelent). 4. C) amikor a vizet és jeget tartalmazó edénybe beletett hômérô higanyszála megáll egy adott értéken. Hogyan kell pontosan leolvasni a hômérôt? A hômérô higanyszálának magassága éppen szemmagasságba essen. *5. A levegô hômérséklete < 0 °C

Jégpáncél (hôszigetelés) Tó

0 °C A víz sûrûsége lefelé nô 4 °C

Hidegben a természetes vizeknek elôször a levegôvel érintkezô felülete hûl le. A hidegebb, nagyobb sûrûségû víz lesüllyed, lassan a víz egész tömegében +4 °C hômérsékletû lesz. A felszíni réteg 0 °C-on megfagy. A jég sûrûsége kisebb, mint a vízé, tehát a felszínen marad, és mivel jó hôszigetelô, védi a jég alatti vízrétegeket. Nagy hidegben ugyan nô a jég vastagsága, de a nagyobb jégréteg jobban is védi az alsóbb rétegeket a további lehûléstôl. A mélyben megmarad a +4 °C-os víz, amiben az élôlények áttelelhetnek. *6. Hány „leg”-et találsz a szövegben a Bajkál-tóról? Sorold fel ezeket! Legmélyebb tó, legtöbb édesvizet raktározó tó, benne él a legkülönösebb édesvízi fóka. Milyen évszakban vizsgálta az expedíció a Bajkál-tó állatvilágát? Tavasszal. A tó jegének milyen változásait írja le Durrell? Sorold fel a megemlített változásokat! olvadás (…megkezdôdött a nagy olvadás, amely hamarosan szikrázó víztükrû beltengerré változtatja a Bajkált...), fagyás (…majd friss jég fagy ki, amely – mint második bôr a sebhelyet – eltünteti a rést…), a jég térfogat-növekedése (…a tóra boruló, roppant jégkabát nehézkes rándulásai…; …a hízó jég…). Hányféle hanggal jellemzi a Bajkál szimfóniáját? fülsiketítô ágyútûz, csilingel, mint a cimbalom, dorombol, mint egy kosár macska, ciripel, mint nyáron a tücsöksereg, és ketyeg, mint egy órásüzlet. Írd le szakkifejezéssel azt a jelenséget, amit Durrell így jellemez: „a tó jégkoporsójából kiszabadul”! A tó jege megolvad. *7. a) belsô energia; f) H, O; b) víz; g) nulla; Y c) kristályrács; h) egy; G d) dér; i) W. A e) olvadáspont; F Megfejtés: fagy


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 44

8. óra: Párolgás, forrás, szublimáció Az óra célja, hogy a tanulók megismerkedjenek a víz párolgásának, forrásának a vizsgálatán keresztül a gázok tulajdonságaival általánosságban. Tovább mélyítjük a halmazállapot-változás jelenség szintjén való megfigyelése és az anyag szerkezeti változásainak értelmezése közötti kapcsolat magyarázatát. Bármilyen folyadék esetében tudniuk kell a gyerekeknek, hogy mit jelent az, ha a folyadék forrásban van (adott nyomásviszonyok között képzôdô buborékok a folyadék belsejébôl felszállnak a felszínre, a buborékok nyomása egyenlô lesz a rá nehezedô nyomással, ami a folyadékoszlop és a külsô légnyomás összege), és hogy forrás közben nem változik a folyadék hômérséklete, ez a folyadékra jellemzô hômérsékleti érték (forráspont). Ha ezt érti, akkor értelmezni tudja a kuktafazék mûködését (nagyobb nyomáson magasabb a folyadék forráspontja, magasabb hômérsékletû vízben gyorsabban fô meg az étel), illetve hogy kisebb nyomáson alacsonyabb egy folyadék forráspontja (pl.: magas hegységben, ahol ritkább a levegô, így alacsonyabb a légnyomás, alacsonyabb hômérsékleten forr a víz). A forrás és a párolgás közötti különbséget tisztázni kell (miszerint a párolgás minden hômérsékleten bekövetkezhet, és csak a folyadék felületérôl történik)! A szublimációt csak jelenség szintjén tudjuk megbeszélni, mivel a szerkezeti értelmezéshez nincsenek meg a tanulók szükséges ismeretei. A kísérletet tanulókísérletként vagy tanári kísérletként is elvégezhetjük. Ügyeljünk, hogy csak rendkívül kevés jódkristálykát tegyünk a kémcsôbe (néhány mákszemnyit)! Az óra elôkészítése A jód szublimációjához


Anyag jódkristály, vatta

Eszköz kémcsô, kémcsôfogó, Bunsenégô vagy borszeszégô, gyufa Óravázlatok: 3. Fizikai változások (második rész) Kísérletek: 6. Jód szublimációja 7. Forrás Animációk: 7. Kristályos jód szublimációja Kitöltendô feladatok: 2. Munkafüzetbôl: 5. 22. oldal *7. feladat 6. 23. oldal 3. feladat Táblázatok a tankönyvbôl: 2. 4. táblázat: Vegyületek olvadás- és forráspontja (23. o.) Képek, ábrák: 20. 53. ábra: A forrás (25. o.) 21. 54. ábra: Párolgás és forrás (25. o.) 22. 57. ábra: Jód szublimációja (26. o.)

Háttér A gázokról: A gázok részecskéi egyenesvonalú mozgást végeznek, de mivel ütköznek egymással, ez cikcakkos pályát jelent. A részecskék között – ha eléggé kicsi a nyomás és alacsony a hômérséklet – elhanyagolhatóan kicsi a kölcsönhatás (ideális gázok), de a valódi gázok (reális gázok) esetén ez nem elhanyagolható. Ha a valódi gáz hirtelen kiterjed – a nyomása hirtelen lecsökken –, akkor a molekulák vonzásának a leküzdéséhez szükséges energiát a környezetbôl vonja el. Ezen alapul a hûtôk, a levegôcseppfolyósító berendezések mûködése, illetve ennek a következményét figyelhetjük meg, ha szódásszifonba patront csavarunk, és a patronban lévô sûrített szén-dioxid gáz hirtelen kiterjedésének következtében annyira lehûl a patron fala, hogy a levegô páratartalma ráfagy. A folyadékok felületérôl minden hômérsékleten távoznak el részecskék (párolgás vagy „illékonyság” jelensége), mert minden hômérsékleten akad olyan, nagy energiára szert tevô részecske, amely le tudja gyôzni a körülötte lévôk vonzását. Természetesen minél magasabb a hômérséklet (minél jobban megközelíti a forráspontot), annál gyorsabb a párolgás. A párolgás sebességét megnöveli még a szél és a száraz levegô is, mivel mindkét tényezô megakadályozza, hogy a folyadék feletti gôztér telítôdjön vízpárával.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 45

A molekularácsos kristályok olvadékának a forráspontja elsôsorban a másodrendû kötések erôsségétôl függ, meghatározza a moláris tömeg is, de a molekula alakja is befolyásolja. A gömb alakú (gömbszerû) molekulák kisebb energiabefektetéssel szakadnak ki szomszédos folyadékrészecskék közül, mint a hosszúkás, nagyobb felületû molekulák, ezért az elôbbieknek alacsonyabb a forráspontja még akkor is, ha azonos a moláris tömege. A tiszta folyadékok hômérséklete forrásuk közben állandó (forráspont), ekkor már a folyadék belsejébôl is folyamatosan szállnak fel buborékok. A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelések: A jód szublimálása Milyen halmazállapot-változást észlelsz? Szilárdból gáz-halmazállapotú jódot kapunk. Milyen színû a szilárd, kristályos jód? Szürkés, fénylô. Milyen színû a jódgôz? Lila. A hevítés befejeztével a vattát kihúzva a kémcsôbôl mit észlelsz a vatta felületén? Barna színezôdést, apró, fénylô kristálykákat. (Finom eloszlásban a szilárd jód barnás színû. Ha a bôrre jut, azt is barnára színezi.) Feladatok 1. a) gáz-halmazállapotúak: amelyeknek az olvadáspontja és a forráspontja is alacsonyabb, mint 25 °C. b) folyadék halmazállapotúak: amelyeknek az olvadáspontja 25 °C-nál alacsonyabb, forráspontja 25 °C fölött van. c) szilárd halmazállapotúak: mind az olvadáspontjuk, mind a forráspontjuk 25 °C fölött van. 2. Mivel a párolgás a folyadék felületérôl történik, ezért minél nagyobb a folyadék felülete, annál rövidebb idô alatt párolog el. Egy széles szájú edénybôl gyorsabban párolog el a folyadék. 3. A „forró leves” a testhômérsékletünkhöz (36,5 °C) képest meleg (45 °C körül), ugyanígy a „forró fürdô” is. A forrásban lévô víz 100 °C hômérsékletû (normális nyomás mellett). 4. A kámfor már közönséges hômérsékleten is szublimál. *5. Magas hegységekben a légnyomás kisebb, így a víz forráspontja alacsonyabb hômérsékleten van, mint 100 °C, ezért nem fônek meg a hüvelyesek. Ha kuktában fôzzük, akkor a kuktában uralkodó nagyobb nyomáson a víz forráspontja is magasabban lesz, mint 100 °C, így a hüvelyeseket is meg lehet fôzni. A munkafüzet feladatainak megoldása (8.) 1. A) Hamis, mert az olvadáspont fölé kell a hômérsékletet emelni, hogy megolvadjon az anyag, de azok az anyagok, melyek szublimálnak, kihagyják a folyadék halmazállapotot. B) Igaz. C) Hamis, mert gördülô mozgást végeznek. D) Igaz állítás, párolgáskor a víz a környezetébôl vonja el a hôt (ebben az esetben a környezet a bôrünk). *E) Igaz. *F) Igaz. 2. Párolgás Forrás Milyen halmazállapot-változást jelent? Milyen belsô energiaváltozással jár? Honnan kerülhetnek folyadékmolekulák a gáztérbe? Milyen hômérsékleten következhet be (normál légköri nyomás mellett)?

Folyékonyból gázhalmazállapotúvá alakul

Folyékonyból gázhalmazállapotúvá alakul

Belsô energia növekedésével jár

Belsô energia növekedésével jár

A folyadék felületérôl

A folyadék belsejébôl is kerülhetnek molekulák a gáztérbe

Minden hômérsékleten (az olvadás- és forráspont között)

A forrásponton

A párolgás és a forrás között tehát az a különbség, hogy párolgás minden hômérsékleten bekövetkezik, és a molekulák a folyadék felszínérôl kerülnek a gáztérbe. A forrás csak a forrásponton következik be, és itt a folyadék belsejébôl is felszállnak buborékok. 3.

jégkocka készítése vízbôl jódgôzök lehûtése jégcsap csöpögése kölnisüveget nyitva hagyunk, és érezzük az illatát jódkristályt melegítünk leves forralásakor a fedôn vízcseppek jelennek meg teavíz készítésekor a buborékok megjelenése

• • • • • • •

• • • • • • •

szublimáció párolgás kristályosodás lecsapódás forrás fagyás olvadás


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 46

4. A tankönyv 58. ábrája alapján. *5. Magas hegységeknél alacsonyabb a légnyomás értéke, ezért a víz forráspontja is alacsonyabb (a buborékoknak kisebb nyomást kell legyôzni, hogy fel tudjanak szállni). A kuktafazékban a nagyobb gôznyomáson magasabb hômérséklet szükséges, hogy a buborékok a folyadék belsejébôl is felszállhassanak, vagyis magasabb a forráspont értéke, mint kisebb nyomáson. Az étel magasabb hômérsékleten gyorsabban fô meg. *6.

A lombikban vizet forralunk

A lombik felülre került alját hûtjük

Véleményed szerint miért csak forralás után szabad bedugaszolni a lombikot? Forralás közben nem szabad bedugaszolni a lombikot, mert a zárt térben megnövekedett gôznyomás szétvetheti a lombik falát (robbanásveszély!). Mitôl függ egy anyag forráspontjának értéke? A forráspont függ az anyagi minôségtôl és a folyadékra nehezedô (gôz)nyomás értékétôl. Magyarázd el saját szavaiddal, hogy a lehûtött lombikban miért csökken a vízgôz nyomása! (Magyarázatodban térj ki a gáztérben lévô vízmolekulák számára!) A hûtés hatására a vízgôz egy része lecsapódik, vízzé alakul, így a gôztérben kevesebb lesz a vízmolekulák száma, tehát a lombikban lévô gôznyomás csökken. Ha a folyadék fölötti térben csökken a nyomás, akkor vajon miért lépnek ki könnyebben a vízmolekulák a folyadéktérbôl a gáztérbe? (Magyarázatodban gondolj arra a jelenségre, amikor egy zsúfolt tömeg elôtt kitárul egy nagy kapu, és a kapu mögött nincs egy ember sem!) Ha a folyadék fölötti gôznyomás kisebb, ennek eredményeként a folyadéktérben lévô molekulák könnyebben, azaz alacsonyabb hômérsékleten lépnek ki a gôztérbe, a víz tehát alacsonyabb hômérsékleten forr. *7. Forráspont.

A Lecsapódás, desztilláció címû órát – idô hiányában – össze lehet vonni a következô órával, a Fizikai változás, energiaváltozások címû órával, de két órában is meg lehet tartani, attól függôen, hogy tanulókísérletben végzik-e el a gyerekek a desztillálást, hogy mennyi kiegészítô, magyarázó, elmélyítô ismeretet közöl a tanár stb.

9. óra: Lecsapódás, desztilláció Ha a tanulók végzik a desztillálást, akkor figyelmeztessük ôket a legfontosabb balesetvédelmi rendszabályokra, és a kísérleti berendezés pontos összeállítására: a hômérô tartálya ne érjen le egészen a kémcsô aljáig (az oldalcsô kimeneti magasságába célszerû állítani, így a távozó vízgôz hômérsékletét mutatja); a megfestett oldatot a kémcsô egyharmadánál magasabbra ne öntsük, mert átforr az oldalcsövön keresztül a párlatba, és elszínezi! Ha nem pontosan 100 °C-ot mutat a hômérô, vegyük számba a hibalehetôségeket a mérés során! Hasonlítsuk össze a kiindulási oldatot a kapott párlattal (szemmel látható különbségek, összetételbeli különbségek)! Az óra elôkészítése

Tanulókísérlethez (desztilláció)



Anyag színes oldat (pl.: halványlila kálium-permanganát-oldat), hideg vizes papír zsebkendô vagy rongydarab (hûtéshez)

Eszköz kémcsô, kémcsôfogó, Bunsen-égô vagy borszeszégô, gyufa

Óravázlatok: 3. Fizikai változások (harmadik rész)

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 47

Háttér A desztilláció kémiatörténeti vonatkozásai A desztilláció elsô leírásai az i. e. I. századból származnak, például a cédrusolaj lepárlásának módja olvasható a munkafüzet *6. feladatának szövegében. A IV–V. században Zozimosz alkalmazta elôször a ma is használatos desztilláció elvét: egy kemencében hevítette a folyadékot, a gôzöket elvezette, és lehûtve lecsapódtak. Ezt a módszert fejlesztették tovább, és a IX. században az arab alkimisták már komoly jártasságot szereztek. Abu Juszuf al-Kindi „A parfümök és desztillációk kémiájának könyve” c. munkájában az illatos olajok és vizek készítésére vonatkozó évezredes ismereteket és desztillációs eljárásokat gyûjtötte össze.

A desztillált víz gyakorlati felhasználása Mivel a desztillált víz oldott anyagokat nem tartalmaz (a forralás során az oldott gázok eltávoznak, a szilárd anyagok pedig visszamaradnak), így minden olyan berendezésben célszerû használni, amelyben vizet kell melegíteni (pl.: gôzölôs vasaló); ezzel megakadályozzuk, hogy a vízkô (a vízbôl kiváló Ca-, Mgvegyületek) lerakódjon a berendezésben, és azt tönkretegye. Gyakran használnak ún. ioncserélt vizet, mely helyettesítheti a desztillált vizet abból a szempontból, hogy nem válnak ki belôle vízben oldhatatlan vegyületek (lágy víz). Mérési hibák kiértékelése Ha desztillált víz valamely fizikai állandóját mérjük (pl.: olvadás- vagy forráspontot), mindig figyelembe kell venni, hogy esetleg valamilyen módon szennyezôdhetett a vizsgált víz (pl.: az edény nem volt kellôen tiszta, az állás során a levegôbôl oldott anyagok jutottak a vízbe stb.). A „szennyezett” víz már valamilyen híg oldatnak tekinthetô, és a híg oldatok törvényszerûségei érvényesek rá: ilyen törvény az ún. forráspont-emelkedés (a híg oldat forráspontja mindig magasabb, mint a tiszta oldószer forráspontja), illetve az ún. fagyáspontcsökkenés (a híg oldat fagyáspontja mindig alacsonyabb, mint a tiszta oldószer fagyáspontja). A pontatlanság okai (hibaforrások) lehetnek még: nem desztillált vízzel dolgozunk, nem standard körülmények között mérünk, a hômérôk nincsenek kalibrálva, nem pontosan szemmagasságban olvassuk le a hômérôt stb. A desztillált víz hatása az élô sejtre Az élô sejt plazmája adott koncentrációban tartalmaz különbözô anyagokat (adott ozmotikus nyomással rendelkezik). Ha a sejteket tartalmazó szövetet desztillált vízbe (vagy a sejtplazmánál kisebb ozmotikus nyomású oldatba) tesszük, akkor a sejthártya félig áteresztô tulajdonsága miatt (ami azt jelenti, hogy a kisméretû oldószer-molekulákat, pl.: a vízmolekulákat átereszti, a nagyméretû molekulákat, pl.: fehérjevagy szénhidrát-molekulákat pedig nem) a víz beáramlik a sejtekbe (diffúzió), a sejt térfogata megnô, szélsôséges esetben szétreped a sejt. Ez a jelenség az ozmózis, hajtóereje pedig a félig áteresztô hártya két oldalán az ozmotikus nyomás kiegyenlítôdése; a vízmolekulák sejtbe való beáramlásával hígul a sejtplazma koncentrációja, így csökken az ozmotikus nyomása. Megfigyelhetô ez a jelenség például nagy esôzések után, amikor az érett cseresznyeszemek megrepednek (az esôvíz lágy víz, jó megközelítéssel desztillált víznek is tekinthetô). A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: A víz desztillációja Leolvassuk azt a hômérsékletet, amelynél a buborékok felszállása folyamatossá válik: 100 °C körüli értéket olvasunk le. Milyen színû a párlat? A párlat színtelen. Feladatok 1. A levesbôl párolgás révén a gôztérbe, és onnan lecsapódással a fedôre kerülnek a vízcseppek. 2. A buborékok vízgôzt tartalmaznak.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 48

3. Gôzölôs vasaló feltöltésénél, autók akkumulátorának a feltöltésénél, elektromos párologtató feltöltésénél stb. 4. A szennyezôdés és a tisztítandó folyadék forráspontja között viszonylag nagy különbség legyen, hogy a tisztítandó folyadékkal együtt ne párlódjon át. (Az 5–*7. feladatok a Fizikai változások, energiaváltozások címû órához tartoznak.)

1.

2. 3. 4.

A munkafüzet feladatainak megoldása (9.) A) Igaz, mert ott a hômérséklet is alacsonyabb. B) A tinta festékanyaga nem lehet illékonyabb, mint a víz, mert akkor elég hamar „színtelenné” válna a tinta, így a festékanyag nem desztillál át (forráspontja magasabb, mint a vízé), és a párlat színtelen. Az állítás hamis. C) Igaz (már tanultuk a diffúzió jelenségét). D) Igaz. (Az ilyenkor közölt energia, a forráshô a molekulák egymástól való eltávolodására fordítódik.) E) Hamis, mert a desztilláció forráspontkülönbségen alapuló szétválasztási módszer. Magasabb hômérsékletû levegôben nagyobb lehet a víz gôznyomása (több vízmolekulát tartalmazhat), a hidegebb szemüveglencsére azonban lecsapódik a vízgôz (párásodás). A forró vízbôl elpárolgó vízgôz a hidegebb fedôn lecsapódik vízcseppek alakjában. Egy egyszerû rajzon célszerû pontosan ábrázolni, hogy a melegítendô berendezésnek mely részei zártak, és mely részei nem (fontossá válhat hûtés például a robbanásveszély elkerülése miatt).

kristályosodás, olvadás, forrás, fagyás, lecsapódás, párolgás, szublimáció 5. Savas akkumulátor, gôzölôs vasaló, elektromos párologtató, vízmelegítôs termosztát stb. *6. Mely anyagokból milyen anyagokat pároltak le a szöveg szerint? kátrány- és a cédrusolajból

illékony anyagokat

Hogyan jutottak a párlathoz? A felszálló gôzöket az edény fölé tartott laza gyapjútömeggel fogták fel. Mi volt a hibája ennek az eljárásnak? Finomabb elválasztásra, nagyobb mennyiségû anyag tisztítására nem alkalmas. *7. Desztilláció.

10. óra: Fizikai változás, energiaváltozások Ha ezt az órát nem vonjuk össze az elôzôvel, akkor van idô részletesen megbeszélni a fizikai változások során bekövetkezô energiaváltozásokat. Részletezhetjük, hogy ha az anyag részecskéi (a rendszer) energiát vesznek fel a környezettôl (pl.: melegítjük), akkor a részecskék gyorsabb mozgásúak, nagyobb energiájúak lesznek, az anyag belsô energiája megnô, ami anyagszerkezeti változásokat hozhat létre (pl.: halmazállapot-változást). Az energiaváltozásokat ún. energiadiagramon ábrázolhatjuk: a függôleges tengely mutatja az energia változását. Nincsen nulla pontja (legfeljebb megállapodásszerûen kijelölhetünk egy nulla energiaszintet), csak egy meghatározott állapothoz képest (kiindulási állapot) tudjuk vizsgálni a folyamat energiaváltozását. Tisztázzuk, hogy mit tekintünk exoterm, illetve endoterm folyamatnak (természetesen nem csak fizikai változás járhat energiaváltozással, hanem a kémiai változások is, amit csak a következô órán tisztázunk, hogy mit jelent, de már itt utalhatunk erre)! Mondjunk sok példát fizikai változásra, és tisztázzuk, hogy ezek egyike során sem kapunk más minôségû és összetételû anyagokat, csak a fizikai tulajdonságai változnak meg az anyagnak (halmazállapot, szín, alak, hômérséklet, térfogat stb.). A 66. ábrán feltüntetett példában a fizikai változások között egy kémiai változás is szerepel (égés). Ha van idônk, az órán vagy szakkörön is elvégezhetjük az Otthoni kísérletet.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 49

Az óra elôkészítése Anyag Otthoni kísérlethez Interaktív tananyag

Eszköz

2 alufóliadarab, kiskanál szódabikarbóna, kristálycukor, víz Óravázlatok: 5. Energiaváltozások Képek, ábrák: 26. 64. ábra: Halmazállapot megállapítása (30. o.) 27. 65. ábra: Halmazállapot-változások energiadiagramja (30. o.) 28. 66. ábra: Exoterm és endoterm folyamatok (30. o.) 29. 67. ábra: A rendszer és a környezet (31. o.)

Háttér Termokémia A termokémia a kémiai reakciók során létrejövô hôváltozásokkal foglalkozik. Az energiaváltozást a rendszer szempontjából nézve az exoterm folyamat során a rendszer energiát veszít, a hôváltozás elôjele ilyenkor negatív, ∆H < 0 (a delta, ∆, jelentése: változás; a termokémia csak a hôváltozást kíséri figyelemmel, a folyamatokat kísérô fény-, hang- stb. energiakibocsátást nem). Endoterm folyamat során a rendszer energiát vesz fel a környezetébôl, energiát nyer, a hôváltozás elôjele pozitív, ∆H > 0. (Kémiai reakciók energiaváltozásait ld. a következô óránál.) A tankönyvi feladatok megoldása (1–4. feladatok az elôzô óránál szerepelnek.) 5. A földgáz égésekor hô szabadul fel, meleget érzékelünk. *6. A gáz hirtelen kiterjedése energiát igényel, mert a reális gázoknál nem tekinthetünk el a gázmolekulák között ható vonzástól (ideális gáz esetén a molekulák olyan távol vannak egymástól, hogy nem hat közöttük vonzás). Ha hirtelen nagyobb tér áll a gáz rendelkezésére, a molekulák egymás közti vonzásának a legyôzésére a környezetbôl vonja el az energiát, a környezete lehûl. A folyamat endoterm. (Ld. a gázokról szóló háttéranyagot, 44. oldal.) *7. Az aceton (fp.: 56,5 °C), alkohol (fp.: 78,4 °C), víz (fp.: 100 °C) esetében sorrendben növekszik a forráspontérték, ebbôl következtethetünk az „illékonyságra”, ami egyben a folyadékok molekulái között ható kölcsönhatás erôsségére is utal. Otthoni kísérlet: A szódabikarbóna (NaHCO3) oldódáshôje: +17 kJ/mol , a kristálycukoré +3,81 kJ/mol. A különbség a kísérlet során érezhetô: mivel a szódabikarbóna oldódása több hôt von el a környezettôl („endotermebb”), így hidegebbnek érezzük azt az alumíniumtasakot, melyben a szódabikarbónát oldjuk. A munkafüzet feladatainak megoldása (10.) 1. A) Igaz. B) Hamis, exoterm változások esetén hô szabadul fel. C) Hamis, mert endoterm folyamatok során a rendszer energiát vesz fel a környezetébôl, tehát a belsô energiája növekszik. D) Igaz, mert csak alak- és méretváltozás történik. E) Hamis, mert ilyenkor fizikai változások: hômérséklet–változás és térfogatváltozás történnek. 2. Alakváltozás a) ólomöntés, b) kockacukorból porcukrot készítünk, e) gyurmafigura készítése, g) szabásminta alapján a ruhaszövet kiszabása, h) drótból spirálrugó készítése Térfogatváltozás c) a zárt üvegben megfagyasztott víz szétfeszíti az üveget, f) lázmérôvel való hômérsékletmérés Halmazállapot-változás

a) ólomöntés, c) a zárt üvegben megfagyasztott víz szétfeszíti az üveget, d) hidegbôl meleg szobába lépve bepárásodik a szemüveg, i) nyitva hagyott kölnisüvegbôl „elfogy” a kölni

Mi a közös ezekben a változásokban? Fizikai változások. 3. A diagramból kiolvasható, hogy a kiindulási állapot energiaszintje magasabban van, mint a végállapot energiaszintje, tehát a változás energialeadással járt, azaz exoterm változás (a rendszer energiát adott le a környezetnek), a rendszer belsô energiája csökkent, a környezet felmelegedett. 4. A kristályos anyagban a rácspontokon lévô részecskék rezgômozgást végeznek. Melegítés (energiaközlés) hatására a rezgômozgás egyre nagyobb kitéréssel történik, a belsô energiája nô, az olvadáspont hômérsékletén összeomlik a kristályrács. Az olvadás endoterm fizikai változás.


KEMIA_7_JAV2

5.

8/14/09

9:58

Page 50

Exoterm változás Lecsapódás, fagyás

Endoterm változás Szublimáció, olvadás, párolgás, forrás

*6. A szöveg szerint mit értünk mozgáson filozófiai szempontból? A mozgás az anyag valamilyen állapotának megváltozását jelenti. biológiai szempontból? Az élôlények fejlôdése, növekedése a biológiai mozgás. kémiai szempontból? A vegyületek keletkezése és elbomlása a kémiai mozgás. fizikai szempontból? A testek helyzetváltoztatása a mechanikai mozgás. *7. Endoterm [ND O-n N nélkül + „TEREM” E nélkül].

11. óra: A víz bontása kémiai reakcióval. A kémiai változás Meg kell érteniük a tanulóknak, hogy a molekulák közötti kötések és a molekulán belüli kötések felszakadása egészen más folyamatokat eredményeznek, tudniuk kell különbséget tenni fizikai és kémiai változás között. A lényeges különbségeket táblázatba foglalhatjuk: Molekulák közötti kötések gyengébbek

Molekulákon belüli kötések sokkal erôsebbek

A kötés erôssége A kötések felszakításához kisebb energiabefektetéssel jár nagyobb energiabefektetéssel jár szükséges energia nagysága A kötés felszakítása megváltoztatnem igen ja-e az anyagi minôséget? A kötés felszakítása milyen fizikai változást, kémiai változást, változást eredményez? új anyag nem keletkezik új anyag keletkezik Példák ezek a kötések szakadnak fel ezek a kötések szakadnak fel pl.: halmazállapot-változás során: pl.: vízbontás során: H2O(f) → H2O(g) H2O → H2 + 1/2 O2

A vízbontást Hoffmann-féle vízbontó készülékkel végezhetjük. A készülékbe ne desztillált vizet öntsünk, hanem 1 mol/dm3 koncentrációjú kénsavoldatot (ha Pt-elektródokat tartalmaz) vagy Na2SO4oldatot (ha Fe-elektródokat tartalmaz)! Erre azért van szükség, hogy jól elektrolizálható elektrolitoldatunk legyen, de ezt ebben az esetben nem kell a gyerekeknek értelmezni, mert nincsenek meg a kellô ismeretük hozzá. Buborékmentesen jelig töltsük a készüléket az oldattal, a csapokat zárjuk el, majd 12–24 V-os egyenárammal elektrolizáljunk. Egy idô után megfigyelhetô, hogy a negatív pólusnál (katód) keletkezô gáz térfogata kb. kétszer akkora, mint a pozitív póluson (anód) fejlôdô gázé. Az elektrolizálás befejeztével elôször a kétszeres térfogatú gázt (hidrogéngázt) eresztjük ki a csap elforgatásával, miközben meggyújtjuk (éghetô gáz), majd a másik csapot nyitjuk ki, parázsló gyújtópálcát teszünk a kiáramló gáz (oxigéngáz) útjába, a parázsló gyújtópálca lángra lobban (az égést táplálja). (Vigyázat! A kísérlet ideje alatt az áramforráshoz kapcsolt elektródokat nem szabad felcserélni, mert durranógáz keletkezik, ami robbanásveszélyes!) Mondjunk sok példát kémiai változásokra, vegyük sorra mindegyik esetben, hogy milyen anyag(ok)ból milyen más anyag(ok) keletkeznek!


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 51

Az óra elôkészítése Vízbontáshoz


Anyag Eszköz 1 mol/dm3 kénsavoldat 2 alufóliadarab, kiskanál vagy nátrium-szulfát-oldat Óravázlatok: 4. Kémiai vázlatok Kísérletek: 8. Vízbontás 9. Durranógáz meggyújtása Animációk: 8. Vízbontás 9. Durranógáz meggyújtása Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 5. 34. oldal 1. feladat 2. Munkafüzetbôl: 7. 29. oldal 3. feladat Képek, ábrák: 30. 68. ábra: A vízben lévô kötések (32. o.) 31. 69. ábra: A vízbontás energiadiagramja (32. o.)

Háttér A kémiai változásokat kísérô hôváltozások A kötési energia egy mólnyi meghatározott kötés felszakításához szükséges energia. Mértékegysége kJ/mol, elôjele pozitív. A kémiai folyamatok során a reakcióba lépô anyagok kötései felbomlanak, újak alakulnak ki, a kiindulási és keletkezô anyagok energiatartalma nem azonos, ezért a kémiai folyamatok mindig energiaváltozással járnak. A termokémiai egyenlet feltünteti az anyagok minôségén és mennyiségén kívül azok halmazállapotát (g, f vagy sz jelzéssel) és a folyamatot kísérô energiaváltozást is, elôjelével együtt. A reakcióhô megmutatja a kémiai változásban elnyelt vagy felszabadult hômennyiséget, ha a termokémiai egyenletben feltüntetett minôségû, mennyiségû és állapotú anyagok alakulnak át. Mértékegysége kJ/mol, elôjele lehet pozitív (endoterm rekaciók) és lehet negatív (exoterm reakciók). Jele: ∆Hr. Egy anyag képzôdéshôje az a hômennyiség, amely akkor szabadul fel vagy nyelôdik el, ha az anyag egy mólja standard állapotú stabilis elemeibôl keletkezik. Mértékegysége kJ/mol, elôjele lehet pozitív vagy negatív, jele: ∆Hk . Az elemek standard állapotban stabilis formájának képzôdéshôje a definícióból következôen zérus. Egy anyag bomláshôje számérték szerint megegyezik a képzôdéshôvel, de azzal ellentétes elôjelû. A termokémia fôtétele, a Hess-tétel kimondja, hogy a reakcióhô független a részfolyamatok minôségétôl, sorrendjétôl és lefolyásuk idejétôl, azaz a részfolyamatok hômennyiségének összegét a rendszer kezdeti és végállapota egyértelmûen meghatározza. A vízbontás A víz elektrolízise során lejátszódó kémiai folyamatok: – : 2 H2O(f) + 2 e– = H2(g) + 2 OH–(aq) (elektronfelvétel, redukció) Katódon O (a katód környezetében lúgos lesz a kémhatás, a lakmusz kék színt mutat) Anódon ⊕: H2O(f) = –12 O2(g) + 2 H+(aq) + 2 e– (elektronleadás, oxidáció) (az anód környezetében savas lesz a kémhatás, a lakmusz piros színt mutat) Vizes oldatokban végbemenô elektrolízis esetén: – pólus), grafit, Pt- vagy Fe-elektródok mellett, az alkálifémionok (pl. a Na+(aq)) vizes A katódon (O oldatának elektrolízisekor is hidrogéngáz fejlôdik, a fenti folyamat szerint, és nem történik fémkiválás. – Az anódon (⊕ pólus), grafit, Pt- vagy Fe-elektródok között, pl.: a szulfát (SO42 (aq))-ionokat tartalmazó oldat elektrolízisénél az a részecske oxidálódik, amelynél a kovalens kötés felszakadása kevesebb energiát igényel. A vízmolekulák elektronleadása kisebb energiát igényel, mint a szulfátionoké, tehát ezek mellett a vízmolekulák oxidálódnak, és oxigéngáz keletkezik a fent megadott egyenlet szerint. A fentiekbôl következik, hogy olyan vizes oldatok elektrolízisekor, amelyekben – a kation alkálifémion (pl. nátriumion) vagy oxóniumion, – az anion összetett ion (pl. szulfátion), tulajdonképpen vízbontás történik, hiszen a katódon hidrogéngáz, az anódon oxigéngáz fejlôdik. (Ilyen oldat a Na2SO4 – vagy a kénsavoldat.) A víz mennyisége csökken, az oldott anyag mennyisége nem változik, így az oldat egyre töményebbé válik. uKÉMIA 7. tanári kézikönyvu51

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 52

A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Vízbontás Hogyan észleled a gázfejlôdést? Buborékképzôdést észlelünk, és a berendezés két szárában a vízszint alacsonyabb lesz. A kisebb térfogatú gázt tartalmazó szár végéhez tartott izzó gyújtópálcával mi történik? A kisebb térfogatú gáz (O2) áramába tartva a gyújtópálcát, az felizzik. A nagyobb térfogatú gáz milyen lánggal ég? A nagyobb térfogatú gáz (H2) meggyullad, és színtelen lánggal ég. Feladatok 1. a) papírdarab felvagdosása F; b) papírdarab elégetése K; c) víz elpárologtatása F; d) víz elektromos árammal történô elbontása K; e) kristálycukor feloldása teában F; f) kristálycukorból karamell készítése K; g) jód szublimációja F; h) hidrogéngáz és oxigéngáz keverékének felrobbanása K. 2. Hogyan érzékeled, hogy a fa égése exoterm folyamat? Meleget érzékelünk, ami hôfejlôdést jelent, a fa égése során a környezetnek hôt ad le. A munkafüzet feladatainak megoldása (11.) 1. B. 1. B. 2. A. 3. 2.

B. 4. A. 5. B. 6.

C. 7. D. 8. B. 9.

Fizikai változás 1., 2., 4., 8., 11., 12.

3.

C. 10. A. *11. B. *12. Kémiai változás 3., 5., 6., 7., 9., 10., 13.

Kiindulási anyag

Keletkezett anyagok

Az anyag megnevezése a folyamatban Képlettel Az anyag típusa (vegyület/elem)

H2O

H2

O2

vegyület

elem

elem

Az anyag halmazállapota (szobahômérsékleten)

folyékony

gáz

gáz

nem éghetô

éghetô

az égéshez szükséges

meggyújtva színtelen lánggal ég

az izzó gyújtópálca fellobban

Az anyag jellegzetes tulajdonsága A keletkezett anyagok kimutatása

víz

hidrogéngáz

+

oxigéngáz

4. A hidrogéngáz és oxigéngáz vízzé egyesülése exoterm/endoterm folyamat, mivel hôelnyelôdéssel/hhôfelszabadulással jár. A kémiai reakció során az anyagok belsô energiája nô/ccsökken. A fordított reakció a vízbontás, melynek során elektromos energiát kell befektetnünk, mert exoterm/eendoterm változás. 5. Öngyújtó meggyújtása (gáz égése vagy benzin égése), nyers kávé pörkölése, ha meleg vasalót felejtünk a textílián, és az megbarnul, megfeketedik, karamellizáció stb. *6. Mi a kémiai változás? A hidrogén égése. Mi a fizikai változás? A hidrogén és az oxigén cseppfolyósítása. A kémiai változás endoterm vagy exoterm? Exoterm folyamat. Mi történik az oxigénnel –119 °C-on (51 atmoszféra nyomás alatt)? Cseppfolyósodik. Magyarázd el saját szavaiddal, hogy ha egy gázt cseppfolyósítunk, akkor miért lesz kisebb a térfogata! A részecskék közelebb kerülnek egymáshoz, ezért a részecskék által kitöltött tér is kisebb lesz. Mennyi a hidrogén forráspontja 13 atmoszféra nyomáson? –240 °C. *7. Durranógáz.

Összefoglalás A tankönyvi összefoglaló táblák, a munkafüzet és az interaktív tananyag segítségével ismételjük át a tanult jelenségeket, anyagokat, fogalmakat!


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 53

párolgás, forrás, szublimáció, lecsapódás, lepárlás, vízbontás elektromos áram hatására, *gázok nyomása jód, desztillált víz, hidrogéngáz, oxigéngáz, durranógáz kristályrács, belsô energia, olvadáspont, fagyáspont, forráspont, desztilláció, párlat, fizikai változás, fizikai tulajdonság, endoterm és exoterm folyamatok, molekulák közötti kémiai kötések, molekulán belüli kémiai kötések, kémiai változás (reakció) *rendszer és környezet, *az energiaváltozások elôjele, *elsô- és másodrendû kémiai kötések

Jelenségek Anyagok Fogalmak

Az óra elôkészítése


1. 2. 3.

4.

Játékok, feladatok: 6. Változások csoportosítása 10. Társasjáték: Alapismeretek – Részecskék és változások Kitöltendô feladatok: 2. Munkafüzetbôl: 8. 32. oldal *7. feladat Táblázatok: 2. Táblázatos összefoglalások: 2. A fizikai és kémiai változás

A munkafüzet feladatainak megoldásai a) hajlíthatóság, illékonyság, éghetôség, apríthatóság (Az éghetôség kémiai tulajdonság, míg a többi fizikai sajátság.) b) jéggé fagyás, jód szublimációja, parfüm párolgása, vízbontás (A vízbontás kémiai folyamat, míg a többi fizikai változás.) a) Lecsapódás, b) fagyás, c) olvadás, d) párolgás. a) Víz, b) víz, c) víz. a) a vízmolekulákon belül: erôs kémiai kötések (elsôrendû kémiai kötés) b) a vízmolekulák között: gyengébb, molekulák közötti kémiai kötés (másodrendû kémiai kötés). Energia Az olvadás során a kristályrács összeomlik, mivel a rácspontokban lévô részecskék olyan nagy energiára tesznek szert, folyékony anyag hogy kiszakadnak helyükrôl. Ehhez energiát vesznek fel a környezetbôl, az anyag belsô energiája nô (a hômérséklete viszont nem változik). A változás endoterm, azaz a kiindulási állapot energiaszintje alacsonyabban van, mint a végállapoté. szilárd anyag

*5. Ha egy kémcsôben lejátszódó kémiai reakció során azt érezzük, hogy a kémcsô fala felmelegszik, akkor ebbôl arra következtetünk, hogy a változás endoterm/eexoterm volt. A kémcsôben lévô oldatot tekintjük a rendszernek/környezetnek, a kémcsô a rendszerhez/kkörnyezethez tartozik, a kezünk szintén a rendszerhez/kkörnyezethez tartozik, és azt érzékelhetjük, hogy a rendszer/környezet felvett/lleadott energiát a rendszernek/kkörnyezetnek. Ebben az esetben tehát a rendszer szempontjából energialeadás/energiafelvétel történt, a rendszer energiája csökkent/nôtt, ezért az energiaváltozást negatív/pozitív elôjellel jelöljük. *6.

*7. Esô

•színtelen, szagtalan, az égést tápláló gáz •borszeszégôkben használják •a természetben mindhárom halmazállapotban megtalálható •színtelen, szagtalan, éghetô gáz •ezüstösszürkés színû anyag

hidrogén• jód• víz• denaturált szesz• oxigén•

•O L V A D Á

M O L E1 K S

O M C S2 U Z

L É Ô3 L U

Ó K A L A B

I C Á M I L


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 54

I. Témazáró feladatlap megoldásai I. témakör A típusú feladatlap I.

1. Szublimáció: az a folyamat, melynek során egyes szilárd halmazállapotú anyagok hevítés hatására megolvadás nélkül gázzá alakulnak a folyadék halmazállapot kihagyásával. 2. Kémiai változás: kémiai reakció során kémiai kötések szakadnak fel (például a molekulában kémiai kötéssel összekapcsolódó atomok között), új kötések alakulnak ki, és új tulajdonságú anyagok jönnek létre.

II.

Vegyjel Mg C Zn

III.

Fém 3. vaspor, 7. réz

IV. A) Igaz. B) Igaz.

Név

Név magnézium szén cink

Vegyjel He K F

hélium kálium fluor

Nemfém 4. hidrogéngáz, 5. kénpor, 6. klórgáz, 8. jód

C) Hamis, a párolgás nem kémiai változás. D) Hamis.

Vegyület 1. CO2, 2. desztillált víz

E) Igaz. F) Igaz.

V. 1. Ha vizes a bôrünk, fázunk. A víz párolog a testünkrôl, a párolgás endoterm folyamat, azaz a környezetbôl (a bôrünktôl) vesz fel energiát, így a víz (folyékony víz és vízpára) belsô energiája megnô, a vízmolekulák nagyobb energiával, gyorsabban mozognak, és a gáztérbe kiszakadnak (elpárolog a víz). 2. Egy kémiailag tiszta folyadékot hevítve, adott hômérsékleten buborékok képzôdnek. A folyadék forrni kezd, azaz a folyadék belsejében buborékok képzôdnek és szállnak felfelé. Kémiailag tiszta anyagnak a forráspontja meghatározott érték. VI.

Név

Képlet

nitrogéngáz

N2

víz

H2O

oxigéngáz

O2

Modelljének rajza N N H

OH

O O

VII. D. 1. Mindegyik energiabefektetéssel jár (elektromos energia, hôenergia), ha a desztillációnál a lecsapódás energiaváltozását is figyelembe vesszük, akkor is az összes energiaváltozás zérus. A. 2. Bármilyen szennyezett folyadékot lehet desztillálni, vízbontást viszont csak vízzel lehet végezni. B. 3. A. 5. A. 7. A. 9. C. 4. A. 6. A. 8. VIII. 1.


2. Szemmagasságban legyen a hômérô higanyszála. 3. A jég olvadása fizikai változás.

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 55

B típusú feladatlap I.

1. Kémiai elem: olyan kémiailag tiszta anyag, mely csak egyféle minôségû atomok halmazából áll, vegyjellel jelöljük. 2. Forráspont: az a hômérséklet, amelyen a folyékony halmazállapotú anyag belsejében megindul a buborékképzôdés, a folyadék gázzá alakul.

II.

Vegyjel

Név alumínium nitrogén vas

Al N Fe III.

Fém 1. magnézium, 4. higany, 6 ón

Vegyjel

Név Ar S Cl

argon kén klór

Nemfém 2. jód, 3. nitrogéngáz, 7. oxigéngáz, 8. grafit

Vegyület 5. NH3

IV. A) Igaz. B) Hamis, az olvadáspont és a fagyáspont ugyanaz a hômérséklet. C) Hamis, az olvadás nem kémiai változás. D) Hamis, a láng felsô egyharmadában magasabb a hômérséklet. E) Hamis, a részecskék állandó elkeveredô mozgása a diffúzió. F) Hamis, a vízbontás endoterm folyamat, tehát a belsô energia nô. V. 1. A szennyezett vizet hevítve és gôzeit elvezetve tiszta vizet nyerhetünk. Szennyezett folyadékokat tisztíthatunk desztillációval, ha a szennyezôdés forráspontja viszonylag alacsonyabb (pl.: gázszennyezôdések) vagy viszonylag magasabb (pl.: szilárd anyag oldódása), mint a vízé. 2. A víz fagyása térfogat–növekedéssel jár. A jég kristályrácsának kialakulásakor a vízmolekulák egy kicsit eltávolodnak egymástól (a +4 °C-os víz sûrûsége a legnagyobb, ehhez képest a jég sûrûsége kisebb). VI. Név Képlet Modelljének rajza

VII. D. 1. C. 2.

H H

hidrogéngáz

H2

szén-dioxid

CO2

O C O

klór

Cl2

Cl Cl

C. 3. D. 4.

B. 5. D. 6.

A. 7. A. 8.

C. 9.

VIII. 1. 2. Szilárd halmazállapotú anyagból közvetlenül gáz-halmazállapotú anyag keletkezik. 3. A szublimáció fizikai változás.

C típusú feladatlap I.

1. Molekula: a molekula olyan parányi kémiai részecske, melyet meghatározott számban alkotnak atomok, amelyek egymással kémiai kötést létesítenek. 2. Olvadáspont: az a hômérséklet, amelyen meghatározott körülmények között a szilárd és a folyékony halmazállapotú anyag egyaránt tartósan jelen lehet.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

II.

9:58

Page 56

Vegyjel

Név kalcium oxigén réz

Ca O Cu III.

Fém 1. alumínium, 2. ólom, 6. arany

Név

Vegyjel Ne P I

neon foszfor jód

Nemfém 3. oxigéngáz, 5. nitrogéngáz, 7. hidrogéngáz

Vegyület 4. H2O, 8. CO2

IV. A) Igaz. B) Igaz. C) Hamis, térfogat-növekedéssel jár. D) Hamis, kb. 600 °C-os. E) Igaz. F) Hamis, a forrás endoterm változás, a belsô energia nô. V. 1. Ha jeget melegítünk, megolvad. A melegítéssel energiát közlünk, ennek hatására a belsô energia megnô, a vízmolekulák gyorsabban, nagyobb kilengéssel mozognak, majd kiszakadnak a jégkristály rácspontjairól, a jég megolvad. 2. Színes kristálykát dobva tiszta vízbe, elôbb-utóbb az egész oldat színes lesz. Ez azt jelenti, hogy a kristályka oldódik vízben, tehát részecskéi elkeverednek a vízmolekulákkal, ez a diffúzió jelensége. VI.

Név

Képlet

desztillált víz

H2O

H

OH

ammónia

NH3

H

N

jód

I2

VII. B. 1. A. 2.

B. 5. C. 6.

C. 3. B. 4.

Modelljének rajza

H

H

I A. 7. A. 8.

I

B. 9.

VIII. 1. 2. a) Két térfogatnyi hidrogéngáz. b) Egy térfogatnyi oxigéngáz.

12. óra: Keverékek Az óra célja a keverékek és vegyületek megkülönböztetése: mindkettô összetett anyag, de a vegyület kémiailag tiszta anyag. Sok példán keresztül célszerû ezt tárgyalni (ld. a tankönyvben felsorolt példák és egyéb példák), miközben a keverékeknek egy fontos típusával is megismerkedünk: az oldatokkal. Ha van idô rá, és érdeklôdô az osztály, kiegészítô anyagként meg lehet beszélni a kôolaj laboratóriumi szétválasztását frakcionált desztillációval (táblai rajz és értelmezés). Segítségül használható a munkafüzet *6. feladata. Tekintsük át az anyagok csoportosítását összetételük alapján, ebben segít a 6. táblázat és az interaktív tananyag! 56uKÉMIA 7. tanári kézikönyv

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 57

Az óra elôkészítése Anyag Különbözô keverékek bemutatásához, pl.:


Eszköz

limonádé, cukros tea, cukrozott mák, paprikás liszt, tej, benzin, arckrém stb. Óravázlatok: 6. Anyagok csoportosítása Kísérletek: 4. Kálium-permanganát oldása vízben (ism.) Animáció: 3. Részecskék diffúziója folyadékban (kétféle anyag) (ism.) Játékok, feladatok: 7. Anyagdominó Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 6. 38. oldal 2. feladat 2. Munkafüzetbôl: 9. 34. oldal *7. feladat

Háttér A benzin mint keverék A kôolaj több száz szénhidrogén-vegyület (alkán) keveréke. Ezeknek a vegyületeknek a forráspontértékei nagyon közel esnek egymáshoz, fizikai és kémiai tulajdonságaik nagyon hasonlóak. Ezért nem érdemes külön-külön tiszta vegyületekre szétválasztani – nagyon nehéz feladat is lenne – hanem elegendô egymáshoz közeli forráspontú, ún. forrásponttartomány szerinti frakciókra (párlatokra) elkülöníteni. Laboratóriumban, kis mennyiségekkel dolgozva, a frakcionált desztillációval (szakaszos lepárlással) választják szét a kôolajat párlatokra. Ez a módszer „szakaszos üzemû”, azaz mindig meg kell szakítani a desztillációt, amikor egy újabb párlat összegyûjtésére egy újabb edényt tesznek a berendezéshez. Az iparban célszerûbb a „folyamatos üzemû” módszereket alkalmazni. Így mûködik, légköri nyomást alkalmazva, az ún. frakcionált kondenzáció (ld. a munkafüzet *6. feladatát). A 350 °C-ra felmelegített gôzök a toronyban felfelé haladva fokozatosan lehûlnek, és a különbözô frakciók lecsapódva felfoghatók: benzin 40 – 150 °C forráspont-tartományú párlat, petróleum 150 – 250 °C forráspont-tartományú párlat, gázolaj 250 – 350 °C forráspont-tartományú párlat. Visszamarad az ún. pakura, ami 350 °C fölötti forráspontú szénhidrogének keveréke. Ha 350 °C fölé hevítenék ezt az elegyet, akkor már a molekulákon belüli elsôrendû kovalens kötések is felszakadnának, nem fizikai szétválasztás, hanem kémiai reakció játszódna le. Ezért csökkentett nyomáson végzik a pakura további szétválasztását, így elérhetô, hogy 350 °C alatt legyen a forráspont (vákuumdesztilláció). A kôolaj párlatai (így a benzin is) tehát nagyon hasonló forráspontú szénhidrogének keverékei (és ezek egyben nagyon hasonló fizikai és kémiai tulajdonságú szénhidrogének). A tankönyvi feladatok megoldása Feladatok 1. a) sárgaréz (réz és cink összeolvasztásával készített ötvözet): keverék, mert többféle kémiai elembôl áll. b) cukoroldat: keverék, mert többféle molekulát (víz- és cukormolekulákat) tartalmaz. c) arany: elem, mert csak aranyatomokat tartalmaz. d) víz: vegyület, mert csak egyféle molekulát (vízmolekulákat) tartalmaz. e) tej: keverék, mert sokféle molekulát (többek között víz-, cukor-, zsírmolekulákat) tartalmaz. 2. Összehasonlítás szempontjai Keverékek Vegyületek Összetételük (alkotórészeik, alkotóelemeik aránya) Alkotórészeik szétválasztása milyen változással történhet? Egyszerû vagy összetett anyagok-e? Kémiailag tiszta anyagok-e?

tág határok között változhat

szigorúan meghatározott

fizikai változással

kémiai változással (elemekre bontás)

összetett anyagok

összetett anyagok

nem

igen

A munkafüzet feladatainak megoldása (12.) 1. A) Igaz. B) Hamis, mert nem feltétlenül elemek keveréke (pl.: vízben oldott konyhasó).


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 58

C) Igaz. D) Igaz. E) Hamis 2.

Kémiailag tiszta anyagok Elem Vegyület 2. desztillált víz, 6. oxigéngáz, 10. hidrogéngáz, 7. szén-dioxid-gáz 4. jód

3. Cukros-citromos tea Salátalé Tej (a tankönyv 74. ábrája segít a megoldásban)

Oldószer víz víz víz

Keverék 1. tengervíz, 3. benzin, 5. hipermangánoldat, 8. limonádé, 9. tej, 11. levegô, 12. bronz (réz és ón ötvözete) Oldott anyag cukor, citromlé ecet, só, cukor ásványi anyagok, tejcukor, fehérje, zsír

4. Például: a) A keverék neve: csemegeuborka. Összetétele: uborka, víz, cukor, só, ecet, fûszerek és fûszerkivonatok. b) A keverék neve: ételecet. Összetétele: ívóvíz és étkezési ecetsav. c) A keverék neve: ásványvíz. Összetétele: nátrium-, kalcium-, magnézium-, lítium-, klorid-, szulfát-, hidrogén-karbonát-, fluoridion, szén-dioxid vízben oldva. 5. a) A „kakukktojás”: jég. A szempont: szilárd, kristályos anyag, a többi gáz. b) A „kakukktojás”: levegô. A szempont: keverék, a többi vegyület. * 6. Mibôl keletkezett a kôolaj? Tengeri élôlények maradványaiból. Hol keletkezett a kôolaj? Nagy mélységben (több száztól több ezer méterig). Mennyi idô alatt keletkezett a kôolaj? Évmilliók alatt keletkezett. Az anyagok mely csoportjába tartozik a kôolaj? Keverék. 1. D. 3. B. 5. E. 2. A. 4. C. Mivel magyarázod, hogy a benzinnek nincsen egy meghatározott forráspontértéke, csak forrásponttartománya? Egymáshoz nagyon közel esô forráspontértékû folyadékok keveréke. Egy folyadékelegy forralásakor a legalacsonyabb vagy a legmagasabb forráspontú összetevôje távozik legelôször? Legalacsonyabb. Egy forró gázelegy lehûtésekor a legalacsonyabb vagy a legmagasabb forráspontú összetevôje csapódik le legelôször? Legmagasabb. A frakcionáló oszlopban a fent említett két eset közül melyik valósul meg? A második eset (a forró gôzök a frakcionáló oszlopban fölfelé haladva fokozatosan hûlnek le). *7. Denaturált szesz.

13. óra: A keverékek szétválasztása Ezen az órán különbözô módszerekkel választunk szét különbözô keverékeket összetevôikre. Meg kell beszélni a tanulókkal, hogy bármilyen keveréket aszerint lehet szétválasztani, hogy keresünk legalább egy olyan tulajdonságot, amelyben eltérnek az összetevôk, és ezt használjuk fel (pl.: vízben való oldódásbeli különbség, szemcse/részecskeméretbeli különbség, mágneses tulajdonságbeli különbség, szublimációra képes-e vagy sem stb.). A kísérleteket lehet tanulókísérlettel vagy tanári kísérlettel végezni.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 59

Az óra elôkészítése Oldás, szûrés, bepárlás


Anyag só és homok, desztillált víz

Eszköz fôzôpohár, üvegbot, kémcsô, üvegtölcsér, szûrôpapír, olló, kémcsôfogó, Bunsen-égô vagy borszeszégô Óravázlatok: 7. Keverékek szétválasztása (elsô rész) Kitöltendô feladatok: 2. Munkafüzetbôl: 10. 35. oldal 3. feladat 11. 35. oldal 4. feladat Képek, ábrák: 32. 77. ábra: Szûrôpapír hajtogatása (39. o.) 33. oldal. Só és homok keverékének szétválasztása (39. o.) 34. 78. ábra: Vaspor és rézpor szétválasztása (39. o.) 35. 79. ábra: Só és jód keverékének szétválasztása (39. o.)

A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Só és homok keverékének szétválasztása A keverék vízzel való elkeverése után mit tapasztaltunk? A só feloldódik, a homok leülepedik az edény aljára. Mi maradt a szûrôpapíron? A homok maradt a szûrôpapíron. Milyen színû oldat csöpögött át a szûrôpapíron? Színtelen oldat. Az oldatból elpárologtatva a vizet, mi maradt vissza? A víz elpárologtatása után a só maradt vissza. Feladatok 1. A só és homok keverékének a szétválasztásához hasonlóan (vízben való oldódásbeli különbség): a keveréket vízzel elkeverve a cukor oldódik, a homok nem; ha átszûrjük, a homok a szûrôpapíron marad, a cukrot bepárlással visszanyerhetjük. 2. Mindkét anyag oldódik vízben, vizes oldatukban lévô részecskéik átjutnak a szûrôpapír pórusain, egyik sem szublimál, tehát ezekkel az egyszerû módszerekkel nem választhatók szét. 3. A szétválasztás elve az, hogy a jód szublimál, a konyhasó nem. Ha tehát szilárd halmazállapotban hevítjük a keveréket, a jód szublimál, a lila jódgôzöket hideg felületre (vízzel töltött lombik fenekére vagy üveg- vagy porcelánlapra) rácsapatjuk. 4. A szétválasztás elve az, hogy csak a vas mágneses tulajdonságú, a többi fém nem. Ha tehát a fémporkeveréket üveglapra vagy szûrôpapírra tesszük, és alatta a mágnest elhúzzuk, a vas elválik a többi fémtôl. Ha nagyon finom a fémpor, a mûveletet többször meg kell ismételni. Otthoni kísérlet: Mák és cukor keverékének szétválasztása A mák és a cukor mely eltérô tulajdonságai alapján lehetett a két anyag keverékét szétválasztani? A cukor oldódik vízben, a mák nem (vízben való oldódásbeli különbség). A munkafüzet feladatainak megoldása (13.) 1. A) Hamis, a szétválasztás az eltérô tulajdonságok alapján lehetséges. B) Igaz. C) Hamis, mert a bepárláskor az oldott anyagot kapjuk meg, és az oldószer vész el. D) Igaz. E) Igaz. 2. Mindkét eljárás a forráspontkülönbségen alapul, de a desztillációnál, az illékony alkotórészt elpárologtatása után lecsapjuk, és mint folyadékot visszakapjuk, a bepárlásnál pedig ez elvész számunkra. 3. vaspor és rézpor keveréke • • bepárlás só és homok keveréke • • desztilláció jódos só • • szûrés sóoldat • • oldás tintás víz • • mágnesezés • enyhe hevítés


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

4.

a) Cukor és szénpor keveréke b) Só és vaspor keveréke

Page 60

Módszer vízben oldva, majd átszûrve

Eszközök üvegpoharak, tölcsér, szûrôpapír

1. vízben oldva és átszûrve 2. a vasport mágnessel eltávolíthatjuk

1. üvegpoharak, tölcsér, szûrôpapír 2. mágnes, papírlap

c) Jód és homok keveréke

1. a jód szublimációjával 1. üvegpohár, a pohárra illô óraüveg, Bun2. oldhatóságbeli különbség alapján (a jód sen-égô, gyufa, vasháromláb, lángelosztó jól oldódik alkoholban, a homok nem) Ezt 2. üvegpoharak, tölcsér, szûrôpapír még nem tudhatják a gyerekek, csak ha ismerik a „jódtinktúrát”.

d) Kénpor és só keveréke

vízben oldva, majd átszûrve

üvegpoharak, tölcsér, szûrôpapír

5. a) Vízben való oldékonyság (a cukor oldódik vízben, a szén pedig nem), a vizes oldatban a részecskék mérete (a cukormolekulák átjutnak a szûrôn, a szénszemcsék nem). b) 1. Vízben való oldékonyság (a só oldódik vízben, a vas pedig nem), a vizes oldatban a részecskék mérete (a só részecskéi átjutnak a szûrôn, a vasszemcsék nem). 2. Mágnesesség (a vas mágneses tulajdonságú, a só nem). c) 1. Szublimáció (a jód szublimál, a homok nem). 2. Alkoholban való oldékonyság (a jód oldódik alkoholban, a homok nem). d) Vízben való oldékonyság (a só oldódik vízben, a kén pedig nem), a vizes oldatban a részecskék mérete (a só részecskéi átjutnak a szûrôn, a kénszemcsék nem). *6. párolgás

vízfürdô kristálykiválás az edény alján

a szalmiáksó elválasztása a sókeveréktôl

a mészkô elválasztása a sókeverékbôl

a konyhasó elválasztása az oldatból

Milyen módszerrel választható el a szalmiáksó? hevítés, majd hideg üvegre kikristályosítás a mészkô? vízzel elkeverés, ülepítés, szûrés a konyhasó? bepárlás A szétválasztásnál milyen fizikai tulajdonsága szerint választható el a többi anyagtól a szalmiáksó? szublimációra való képesség a mészkô? vízben való rossz oldhatóság, nagyobb szemcseméret, mint a szûrôpapír pórusa a konyhasó? víznél kisebb illékonyság (víznél magasabb forráspont) *7. Szûrôpapír.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 61

*K óra: A keverékek szétválasztása. Adszorpció, kromatográfia (kiegészítô óra) Beiktathatunk még egy kísérletes órát a keverékek szétválasztására. Az adszorpció jelenségének bemutatását összekapcsolhatjuk az egészségvédelemmel, és kísérletképpen a leszívott cigarettafüstben lévô kátrányanyagokat kimutathatjuk a nedves vatta felületén. A fecskendôt fokozatosan és lassan kell kihúzni, így a vatta megbarnul, ezzel láthatóvá válik, hogy a tüdô vagy a szájüreg nyálkahártyájára is lerakódhatnak ugyanezek az égéstermékek. Az adszorpciót egyéb gyakorlati példán keresztül is értelmezzük (ld. tankönyv példái). A kromatográfia mint elválasztási módszer az adszorpción alapul. Tanulókísérlettel vizsgálhatjuk például a filctollak festékanyagainak szétválasztását. Röviden értelmezzük, hogy az erôsebben adszorbeálódó színanyag a startvonalhoz közelebb, míg a gyengébben adszorbeálódó távolabb található, illetve hogy feltétlenül olyan futtató folyadékot (vagy elegyet) kell alkalmazni, amelyben a festékanyagok jól oldódnak, mert különben nem tud a színanyag a folyadékkal együtt „felfutni”. Megemlíthetjük a kapillárishatást, ami szükséges ahhoz, hogy a folyadék a porózus anyag kis réseiben (kapillárisaiban) felfelé haladjon (ld. 8. óra háttéranyagát). Zöld levél, illetve pirospaprika festékanyagát is vizsgálhatjuk az órán vagy szakkörön, de otthoni kísérletként is elvégezhetik a gyerekek acetonos körömlakklemosóval és foltbenzinnel mint futtató folyadékokkal. Az óra elôkészítése Anyag

Égô cigaretta anyagainak adszorpciójához Filctoll festékanyagainak szétválasztásához Interaktív tananyag

Eszköz üvegcsô, az üvegcsövekhez illeszkedô gumicsövek, egy nagyobb fecskendô, vizes vattacsomó színes filctoll (fekete, barna, kisebb fôzôpohár, a tetejére illeszlila, zöld), etil-alkohol kedô óraüveg, szûrôpapírcsíkok Óravázlatok: 7. Keverékek szétválasztása (második rész) Kísérletek: 10. Filctoll festékanyagának szétválasztása cigaretta

Háttér A kromatográfia A kromatográfiát mint analitikai módszert Mihail Szemjonovics Cvet (1872–1919) 1903-ban fejlesztette ki növényi színanyagok tanulmányozására. Az új módszerre azért volt szükség, mert ezekbôl az anyagokból csak nagyon kevés állt rendelkezésre, így a hagyományos analitikai módszereket nem alkalmazhatta. Egy függôleges, alul csappal zárható üvegcsôbe porózus adszorbens anyagot tett, a tetejére a vizsgálandó színanyagot, majd felülrôl oldószert csurgatott át lassú ütemben az oszlopon. Cvet több mint száz oldószert és sokféle szilárd adszorbenst próbált ki. A módszer lényege az, hogy a különbözô színes anyagok különbözô mértékben adszorbeálódnak a szilárd anyagon, és ezért a lefelé haladó oldószerbôl különbözô helyeken válnak ki. 1906-ban ezzel a módszerrel választotta szét a levélbôl petroléterrel kivont klorofill festékanyagát (kalcium-karbonát adszorbensen, alkoholos oldószerrel). Az oszlopkromatográfia nagyon egyszerûen alkalmazható a papírkromatográfia helyett az órán is. Egy kihegyezett kréta egyik oldalára a hegyes végétôl kb. 1 cm magasságban körbecseppentjük a festékelegyet. Egy fôzôpohár aljára öntjük a futtató oldószert, majd a krétát az oldószerbe állítjuk úgy, hogy a festékelegy ne érjen az oldószerbe. Az oldószer felszívódik a krétán, magával viszi a festékelegyet, és összetevôi a kréta különbözô helyein jelennek meg. A kísérletet folytathatjuk azzal, hogy a krétát kivéve elvágjuk úgy, hogy a szétvált festékek külön krétadarabokon legyenek, majd leoldjuk a krétadarabokról a festékeket. Így megtörtént a tényleges szétválasztásuk is.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 62

Néhány lehetôség festékelegyek szétválasztására: Festékelegy 0,1%-os metilénkékoldat + híg eozinoldat édesnemes pirospaprika acetonos oldata spenótlevélbôl (jó a mirelit parajpép is) acetonnal kioldjuk a klorofillt, mélyzöld oldatot készítünk

Futtató oldószer 2:1 arányú alkohol : víz elegy 2:1 arányú benzin : aceton elegy alkohol

A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Égô cigaretta anyagainak adszorpciója Milyen színváltozást mutat a vatta? A vatta megbarnul. Kísérleti megfigyelés: Fekete filctoll festékanyagának szétválasztása Milyen színekre vált szét az eredetileg fekete festékanyag? Olyan sorrendbe írd le, amilyen sorrendben megjelentek a papíron! A felhasználandó filctollat ki kell próbálni, mert különbözô festékkeverékbôl állhat, sôt az is elôfordulhat, hogy nem bontható színekre. A munkafüzet feladatainak megoldása (K*) *1. A kísérlet mutatja, hogy egyetlen cigaretta elszívásakor a légutak nyálkahártyájára is hasonló anyagok rakódnak le, mint amit a kísérletben láttunk. Ezek károsítják a tüdôt. *2. Melyik színû anyag adszorpciója a legkisebb? A narancssárga. Hogy nevezzük ezt az anyagot? Karotinoid. Melyik színû anyag adszorpciója közepes? A sárga színanyagé. Hogy nevezzük ezt az anyagot? Xantofill. Melyik színû anyag adszorpciója a legnagyobb? A zöld színanyagé. Hogy nevezzük ezt az anyagot? Klorofill. *3. a) A fokhagyma illatanyaga a levegôben elterjed (diffundál), és a kenyér, ami lyukacsos, nagy felületû, adszorbeálja, a felületén megköti. b) A dohányfüst adszorbeálódik a függöny felületén (a textíliák felülete a szövés és a szálak miatt kicsit bolyhos). c) Az aktív szén nagyon nagy felületû adszorbens, amely a tinta festékanyagát megköti a felületén, így elszínteleníti az oldatot. d) Az aktív szén nagyon nagy felületû adszorbens, amely a gyomorban és a belekben lévô gázokat megköti a felületén. e) A szûrôbetét (gyakran aktív szén) nagy felületû anyag, amely a kellemetlen szaganyag molekuláit megköti, de ha a felülete „telítôdik”, több szagmolekulát már nem tud megkötni, akkor ki kell cserélni. A fent említett esetekben melyik fizikai jelenség figyelhetô meg? Adszorpció. Milyen szerkezetû és tulajdonságú legyen egy jó adszorbens? Az adszorbensnek tömegéhez képest nagy felületûnek kell lennie. *4. 1. O 9. K 17. ADSZORPCIÓ 25. FELÜLET 2. N 10. AMMÓNIA 18. KÉN 26. P 3. CVET 11. ÓN 19. KAROTIN 27. BR 4. C 12. GÁZÁLARC 20. XANTOFILL 28. HE, NE, XE 5. BÓR 13. AKTÍVSZÉN 21. KLOROFILL 29. MN 6. RÉZ 14. OLDÓSZER 22. JÓD 30. AG 7. VAS 15. F 23. RB, CS 31. KONYHASÓ 8. VÍZ 16. ADSZORBENS 24. ALKOHOL Megfejtés: kromatográfia

14. óra: A levegô Az óra célja, hogy megértsék a gyerekek, hogy a légkör összetétele csak bizonyos határok között változhat, vannak állandó és változó összetevôi. A tankönyvben leírt kísérlettel bebizonyítjuk, hogy a levegô kb. egyötöd része oxigéngáz. Ennek a kísérletnek a magyarázatánál el kell fogadniuk a tanulóknak azt, hogy a gyertya égésekor oxigént használ el (ez fogy el a levegôbôl), és szén-dioxid-gáz keletkezik (ez a lúgoldatban elnyelôdik). Ebbôl viszont értelmezhetô, hogy amennyivel kevesebb gázt tartalmaz a henger (amilyen magasra felmegy a vízszint), az valóban a levegô oxigéntartalmát mutatja.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 63

A tankönyvben szereplô másik kísérlettel kimutatható, hogy a kilélegzett levegô CO2-tartalmú. Az átlátszó meszes vizes oldat megzavarosodik, ha szívószállal belefújunk. E kísérlet kapcsán utalhatunk arra, hogy a természetben a mészkôkiválás vagy a mészkôhegyek belsejében lévô cseppkôbarlangokban a cseppkövek képzôdése is hasonló folyamatok eredménye. Ezek a folyamatok mindig függnek a légköri és az oldott CO2-tartalomtól. (A kémiai tanulmányok során a késôbbiekben ezzel még részletesebben fognak találkozni a tanulók.) Az óra elôkészítése A levegô összetételének vizsgálata A kilélegzett levegô vizsgálata Interaktív tananyag

Anyag Eszköz 3 üvegkád vagy nagyobb lúgoldat (pl.: 1mol/dm kristályosító csésze, nagy méretû koncentrációjú NaOH-oldat), kémcsô vagy üveghenger, gyufa parafára erôsített gyertya meszes víz kémcsô, szívószál Óravázlatok: 8. A levegô (elsô rész) Kísérletek: 11. A levegô összetételének vizsgálata 12. Kilélegzett levegô vizsgálata Animációk: 10. Fecskendô mûködése (dugattyú) Táblázatok a tankönyvbôl: 5. 7. táblázat: A levegô összetétele (43. o.) Képek, ábrák: 36. 81. ábra: Co2 és O2 körforgása (42. o.) 37. 83. ábra: A levegô összetétele (43. o.)

Háttér A földi légkör összetételének változása A Föld korát 4,6 milliárd évesre becsülik. A Föld a Naprendszer szilárd anyagainak gravitációs tömörülésével keletkezett. A kezdeti idôszakban elsôdleges légkör vagy egyáltalán nem volt, vagy hamarosan „megszökött”. A mélyebb rétegeiben megolvadt Föld anyagainak rétegzôdése vezetett a mag és a köpeny elkülönüléséhez, s a tömörülés során a korábban adszorbeált gázok a felszínre kerültek. Ebben az atmoszférában a vízgôz mellett CO2, CO, N2, H2 és nemesgázok dominálhattak, jelen lehetett még NH3 és CH4 is. A hômérséklet csökkenésével az atmoszférából a felszínt borító óceánként csapódott ki a víz. 3,5 milliárd évvel ezelôtt jelenhetett meg az elsô baktériumszerû lény az ôsóceánban. 2–2,5 milliárd évvel ezelôtt jelentek meg az elsô fotoszintetizáló élôlények, melyek CO2-ot fogyasztottak, és O2-t termeltek. Megkezdôdött az O2 mennyiségének fokozatos növekedése. Az akkori anaerob (oxigénmentes körülmények között élô) élôvilág számára az O2 jelenléte „méreg” lett, azonban kezdtek megjelenni az aerob szervezetek, amelyek a vízben oldott, illetve a légköri O2-t fogyasztják légzésük során. A fotoszintézis következtében a CO2 mennyisége csökkent, és szerves anyaggá alakult, beépülve az élô szervezetekbe, illetve azok pusztulása után felhalmozódva évmilliók alatt redukálódott szénné, szénhidrogénekké (kôszéntelepek, kôolaj, földgáz). A vízben oldott CO2 beépült a meszes héjú tengeri élôlények mészpáncéljába is, ezek elpusztulása után a leülepedett mészvázból lassan kialakultak és kiemelkedtek a mészkôhegységek (üledékes kôzet). Ilyen módon a légköri CO2 változó mennyiségben „raktározódhat” az élô és elhalt szerves anyagban, az óceánokban és a mészkôben. A légköri O2 mennyiségének növekedésével, kb. 1,2–1,6 milliárd évvel ezelôtt jelenhetett meg az ózonpajzs (O3) is, mely lehetôvé tette a szárazföldi élôvilág elterjedését (kb. 500 millió évvel ezelôtt), ugyanis megóvja az élô szervezeteket a káros UV sugárzásoktól. A légköri CO2 mennyisége a Föld története során állandó változást mutat, hol megnövekszik a mennyisége (ilyenkor mint üvegházgáz felmelegedést okoz), hol lecsökken a mennyisége (lehûlést eredményez, jégkorszakok idején). Az O2 mennyisége egy darabig fokozatos növekedést mutatott, de mostanra már nem változik, hanem állandónak tekinthetô a légkörben (függetlenül a klímaváltozásoktól). Ezeket az adatokat a kutatók az Antarktisz és Grönland több mint 100 m vastag jégtakaróját megfúrva, az 50–100 ezer éve keletkezett rétegekbôl állapították meg. A jégben lévô mikrobuborékok (zárványok) megmutatják a korabeli légkör összetételét. uKÉMIA 7. tanári kézikönyvu63

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 64

A levegô páratartalma Abszolút páratartalom: az 1 m3 levegôben lévô vízgôz tömege. Relatív páratartalom: az adott hômérsékleten és nyomáson 1 m3 levegôben valóban jelenlévô, és a maximálisan lehetséges vízgôz tömegének hányadosa (nincs mértékegysége, viszonyszám). Ha egy szobában „száraz” a levegô, a légutak nyálkahártyája kiszárad, így nem tud kellô módon védekezni a kórokozókkal, porral szemben, ez köhögésre ingerli az embert, nem egészséges. Egy helyiség levegôje kedvezô, ha páratartalma legalább 60–70%-os. Elôsegíthetjük a helyiség páratartalmának növelését párologtatók mûködtetésével, illetve sok zöldnövény elhelyezésével (a növények is párologtatnak). A víz körforgalma a szárazföldi élôlények számára meghatározó jelentôségû. A légkör a körforgalom szabályozásában fontos szerepet játszik, mivel az óceánok párolgásából származó vizet a szárazföldek fölé szállítja. Az egész Földet tekintve a légköri körforgalom zárt, azaz a párolgással évente a levegôbe került víz mennyiségének megfelelô víztömeg csapadék formájában minden évben elhagyja a légkört, a párolgás és a csapadék földrajzi szélesség szerinti eloszlása azonban nem egyenletes. A csapadék mennyisége az Egyenlítô környezetében maximális, majd a 30° térségében minimumot mutat. A csapadékmennyiség második maximuma mindkét félgömbön a mérsékelt égövben jelentkezik, majd értéke a sarkok felé haladva csökken. Ezzel szemben a párolgás mindkét félgömbön a száraz, szubtrópusi övezetben éri el a maximumát. A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: A levegô összetételének vizsgálata Hogyan változik a vízszint az üveghengerben? A vízszint felemelkedik az üveghengerben, jó közelítéssel a henger térfogatának 1/5-részéig. Mi történik az égô gyertyával? A gyertya elalszik. Kísérleti megfigyelés: A kilélegzett levegô vizsgálata Milyen változást észlelhetsz fújás után a meszes vízben? Fehér zavarosodást észlelünk. Magyarázat: vízben oldhatatlan CaCO3 (kalcium-karbonát) csapadék keletkezik: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Feladatok 1. H2, O2, N2, Cl2, CO2, NH3, CH4, HCl, CO, vízgôz, jódgôz, levegô, nemesgázok (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). (A tankönyv ezeket említi.) 2. A levegô keverék, gázelegy, mert az összetétele nem állandó, alkotóelemei megtartják saját tulajdonságaikat és fizikai módszerekkel szétválaszthatók. (Az oxigént és a nitrogént frakcionált desztillációval választják szét cseppfolyós levegôbôl.) A levegôt alkotják: O2, N2, CO2, H2O, kevés nemesgáz: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. 3. a) Lakatlan homoksivatag felett, tenger felett, iparvidéken: páratartalmában különbözik leginkább. b) Erdôben, emberekkel zsúfolt zárt helyiségben: szén-dioxid-tartalmában különbözik leginkább. 4. Szennyezô gázok a kén-dioxid (SO2), a szén-monoxid (CO) és a különbözô összetételû nitrogén-oxidok. A nagyvárosokban a levegôszennyezés legnagyobb része a közlekedésbôl (robbanómotorok) származik, de a tüzelés és a különbözô iparágak üzemei is hozzájárulnak. 5. Pl. katalizátoros autók használata, szakszerû tüzelés, a kerti hulladékot (pl. falevél) nem égetjük el, hanem komposztáljuk stb. A munkafüzet feladatainak megoldása (14.) 1. A gázhalmazállapot. A részecskék rendezôdése a térben: rendezetlen, a részecskék egymástól távol vannak. A részecskék mozgása: egyenes vonalú mozgás, ütközések esetén irányváltoztatással. Az anyag alakja: kitölti a rendelkezésre álló teret. Az anyag térfogata (összenyomhatósága): összenyomható.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 65

2. B, O2 F, levegô

D, N2 G, CO2

E, vízgôz A, neon

A, argon C, korom

3. Az elemi gáz elemmolekulákat tartalmaz, vagyis csak egyféle atomból felépülô molekulákat, ilyen például a nitrogéngáz (N2), oxigéngáz (O2), hidrogéngáz (H2), klórgáz (Cl2) stb. A gázelegy keverék, benne többféle molekula van, ezek lehetnek elem- vagy vegyületmolekulák is. Gázelegy a levegô, a H2 és O2 elegye (durranógáz). 4. A gyertya elfogyasztja a levegô oxigéntartalmát, és a víz az oxigén térfogatának megfelelôen a csôbe nyomul.

*5. a) Zárt helyiségben a belégzés következtében fogy a levegô oxigénje, és a kilégzés következtében felszaporodik a széndioxid, az ilyen összetételû „rossz” levegô rosszullétet okozhat. b) A zöld növények fotoszintézisük során oxigént termelnek, így ilyen helyen kellemesebb a levegô, ezen kívül párologtatásuk következtében a levegô páratartalma is nagyobb. *6. a) Melyik esetben párolog el gyorsabban egy pohár víz: hidegben vagy melegben? Melegben. A levegô páratartalma (vízgôz a levegôben) nagyobb lehet, ha magasabb hômérsékletû a levegô. Mikor képzôdik nagyobb felhôzet (a felhô a levegô „vízraktára”): ha kisebb, vagy ha nagyobb a levegô páratartalma? Nagy páratartalom mellett képzôdik felhô. Ha csökken a légkör hômérséklete, miért csökken a felhôzet? Lecsapódik a víz, és csapadék formájában lehullik. A körfolyamat lényege: Ha a légkör hômérséklete csökken, akkor a felhôzetbôl a víz lecsapódik, és csapadék formájában lehullik, ezért csökken a felhôzet. Ha a felhôzet csökken, a napsugárzás nagyobb mértékben jut el a felszínhez, ennek következtében nagyobb mértékû a felszínbôl kisugárzó hô, ami a levegôt nagyobb mértékben melegíti fel. Ha a légkör hômérséklete nô, akkor nagyobb lehet a páratartalma, ezért a felhôzet is növekszik, ez viszont azt eredményezi, hogy a napsugárzás kevésbé jut át rajta, kevesebb sugárzás éri el a felszínt, így a felszín lehûl. *7. •O X I G É N

Z O K E V I

Á F O G E T

G U Ó R R

S P I K É O

E M E N É G

*K óra: A légkörrel kapcsolatos környezetvédelmi problémák (kiegészítô óra) A téma fontossága miatt beiktathatunk egy kiegészítô órát, ahol aktuális környezetvédelmi problémákat beszélhetünk meg a gyerekekkel (pl.: szmog, CO-mérés stb.). Tisztázni kell, hogy mit jelent a levegô „tisztasága”, mit jelent a levegôszennyezôdés, és mi okozhatja. Érdemes szót ejteni a helyi problémákról (vane a környéken olyan ipari létesítmény, amely szennyezheti a környezetet, felszerelték-e a légtisztító berendezéseket, mérik-e folyamatosan a környéken a levegô minôségét stb.). Ezzel kapcsolatban akár „kutató” munkát is lehet adni a gyerekeknek (a helyi sajtó cikkei alapján vagy az adott üzemi létesítményben való érdeklôdéssel stb.). Nagyon fontos a globális problémákról (globális felmelegedésrôl, üvegházhatásról) is beszélgetni, melyek földi méretekben okoznak változásokat, ezért nem egy-egy országnak kell helyi jelleggel megoldania, hanem nemzetközi, világméretû összefogással lehetne ezeket rendezni. Különbözô világkonferenciákon próbálják a megoldást megtalálni politikusok és szakemberek egyaránt, de úgy tûnik sajnos, hogy az ipar, a gazdaság e kérdésben ellenérdekelt.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 66

Sokszor a rövid távú gondolkodás, a gyors haszonszerzés gyôz a hosszabb távú gondolkodással szemben, amely észreveszi azt is, hogy sokáig így nem lehet a gazdasági fejlôdést sem fenntartani, mert környezetünk rohamosan romlik, pusztul. Meg kell határozni, hogy milyen környezeti terhelés mellett lehet a gazdasági fejlôdést fenntartani (fenntartható fejlôdés). Interaktív tananyag Óravázlatok: 8. A levegô (elsô rész) Kitöltendô feladatok: 2. Munkafüzetbôl: 12. 42. oldal 2. feladat. Képek, ábrák: 38. 84. ábra: Üvegházhatás (44. o.)


bizonytalanság

átlagos földi hômérsékleti anomália (°C)

energia

Háttér Az üvegházhatás és a globális felmelegedés bejövô napsugárzás A Napból jövô elektromágneses sugárzás elôször a légkört éri. A légkör és a napsugárzás kölcsönhatása megszabja, hogy a földfelszínre mennyi energia érkezik („bejövô napsugárzás”: rövidhullámú, nagy kimenô földsugárzás energiájú sugárzás, lényegében a látható fény tartománya jut át a légkörön). Másrészt a légkör összetétele befolyásolja a Föld saját kisugárzásának sorsát („kimenô földsugárzás”: hosszúhullámú, kis energiájú suµm gárzás, elsôsorban a hôsugarak, azaz az infravörös tartomány). infravörös ultraibolya Ebbôl következik, hogy a légkör az éghajlat szabályozásában fonA bejövô napsugárzás és a kimenô földsugárzás hullámhossz szerinti eloszlása tos szerepet játszik. A földfelszín hôsugarakat bocsát ki, melyeket részben elnyelik, részben visszasugározzák a légkörben lévô ún. „üvegházgázok” (a két különbözô atomból álló gázok: vízgôz, CO2, CH4, N2O), ennek következménye a melegebb légkör. Ez a légköri felmelegedés az ún. üvegházhatás eredménye (hasonló jelenséget érzékelünk egy üvegházban, ahol a nagyméretû üvegfelületeken a nagyobb energiájú napsugárzás behatol, de a kisebb energiájú hôsugarak már nem tudnak kijutni, ezért az üvegházban meleg van). Ennek köszönhetô a Föld 15 °C-os átlaghômérséklete, enélkül az átlagos hômérséklet –18 °C lenne. Földünk története során az éghajlat is folyamatosan változott. Megfigyelhetô egy ún. „termosztáthatás”, miszerint egy kényes egyensúly alapján lassan változik a légköri CO2-mennyiség: lassú növekedését lassú felmelegedés követi az üvegházhatás következtében. Ilyen „meleg korszak” volt például a középsô kréta idôszaka (kb. 100 millió évvel ezelôtt), amikor nem voltak egyáltalán jégsapkák a Földön, a tengerszint a maihoz képest 200 m-rel volt magasabb; ez a klíma kedvezett a tengeri élôvilág elszaporodásának, illetve a szárazföldi, nagyméretû ôshüllôk, a dinoszauruszok elterjedésének. Hasonlóan meleg idôszak volt a karbonban (350–300 millió évvel ezelôtt), amikor a mocsaras területeken a faméretû ôsharasztok terjedtek el tömegesen a Földön. Ezekben a meleg idôszakokban a CO2 széntartalma felhalmozódott az elburjánzott, tömegesen elôforduló élô szervezetek szerves anyagában (a fotoszintézis és egyéb felépítô folyamatok következtében), és a tömeges kihalások alkalmával ez a „szervesanyag-raktár” a mélyebb talajrétegekben, a levegôtôl elzártan, eltemetôdve redukálódott szénné, illetve szénhidrogénekké (fosszilizálódás). A legnagyobb kôszéntelepek a karbonban keletkeztek, a nagy kôolajmezôk jelentôs része pedig a krétában alakult ki az elpusztult tengeri élôlények maradványaiból. Ezeknek az „eltemetett szénraktáraknak” a következtében csökkent a levegô CO2-tartalma, ez pedig lehûlést, jégkorszakokat eredményezett a földi klímában. Mindezek a klímaelôrejelzett történeti korok hômérséklet-változás becsült hômérsékletei változások évmilliók alatt, nagyon lassan történtek a ter(feltéve, hogy a jelenlegi trend folytatódik) mészet által szabályozottan és ismétlôdôen. Ismerjük a történelmi korok klímaváltozásait is, amelyekben szintén felfedezhetô a lehûlés és felmelegedés váltakozása. Az utóbbi évszázad emberi tevékenységének követidôskálaváltás keztében ezek a „szénraktárak” felszabadulnak. A fosszilis energiahordozók (kôszén, kôolaj, földgáz) elégetésével évezred év növeljük a légköri CO2-mennyiséget, mert széntartal-

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 67

CO2 konc. [ppm]

muk végsô soron CO2-dá alakul. A legnagyobb probléma az, hogy az emberiség rendkívül rövid idô alatt éli fel a fosszilis szénraktárait, gyakorlatilag az ipari forradalomtól kezdôdôen használja ezeket. Az 1960as évektôl kezdôdôen mérhetôen és elôrejelezhetôen nô a CO2 koncentrációja a légkörben, és már érezhetôek a klímaváltozások is, melyek az elôrejelzések szerint globális felmelegedést eredményeznek. A környezetszennyezô emberi tevékenység következtében egyéb üvegházgázok is jutnak a légkörbe, amik egyébként természetes körülmények között nem keletkeznek, ilyenek a halogénezett szénhidrogénMauna Loa, Hawaii gázok: az ún. CFC-gázok, melyek szintén hozzájárulnak a globális felmelegedéshez. Déli-sark Az elôrejelzések szerint az éghajlatmódosulás következményeként nem egyenletes felmelegedéssel kell számolni, hanem egyre szélsôségesebb klímaváltozásokkal. Az átlaghômérséklet néhány °C-kal megnô A szén-dioxid koncentrációjának változása a Maona Loa-i ugyan, de ennek okán egyéb változások is várhatók: Obszervatóriumban (Hawaii, USA) és a Déli-sarkon Keeling el al. (1995) szerint • jégsapkák, gleccserek olvadása → világtengerek szintjének növekedése → termékeny tengerparti területek víz alá kerülése; metán → az óceánok felhígulnak → a tengeráramlások megváltoznak → 15% nitrogén-oxid halászati és éghajlatmódosító következmény; 6% • klímazónák áthelyezôdése → a mezôgazdasági növénytermesztés CO más CFC-k 55% 7% feltételeinek megváltozása (a világ élelmezésének kérdése); → a csapadék mennyiségének és évszakonkénti eloszlásának válCFC 11 és 12 17% tozása; Az ózon hozzájárulása is jelentôs, de ez ma még nem számszerûsíthetô → elsivatagosodás veszélye; Az üvegházgázok részesedési aránya a globális melegedési folyamatból → a folyók és tavak vízszintjének és kiterjedésének változása; (1980–1990) → a tenyészidôszak hosszának megváltozása; → a hóval fedett idôszakok hosszának és gyakoriságának megváltozása, a fagyok gyakoriságának és a földbe való lehúzódás mélységének megváltozása, a téli idôszak hosszának megváltozása; → az aszályok és árvizek gyakoriságának megváltozása. Magyarország a nedves óceáni és a száraz kontinentális éghajlati régiók határterületén helyezkedik el. Az éghajlati övek kismértékû eltolódásának következtében a Kárpát-medence egésze „átcsúszhat” a nedves területekrôl a száraz területek felé. Ha az eddigihez hasonló mértékû üvegházgáz-felszaporodást feltételezünk a légkörben, akkor a következô változások várhatóak Magyarországon az éghajlatmódosulás következtében, az elôrejelzések szerint, 2030-ra: • az évszakok eltolódnak, „mediterranizálódás” várható: – áprilistól szeptemberig 1,5–3 °C-kal melegebb idô várható, – a nyári idôszakban 10–40%-kal kevesebb felhôzet, 30–90 mm csapadékcsökkenés, – télen 0,5–3,5 °C-kal magasabb hômérséklet és több csapadék (téli esôk) várható, – hosszabb nyár, késôbbre tolódó és elhúzódó ôsz, januártól márciusig tartó rövid változékony tavasz várható, • az aszályok gyakorisága és mértéke nô: – az Alföld elsivatagosodhat, – a Velencei-tó felszínének összehúzódása, kiszáradása, – a Balaton és folyóink vízszintjének csökkenése (a történelem során még a Balaton is többször teljesen kiszáradt, s óriási homokviharok, porviharok sújtották a vidéket, mígnem a rómaiak a Sió-csatorna és a hozzá tartozó zsilipek megépítésével lehetôvé tették a vízszint emberi szabályozását). 2


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 68

a felszíntôl mért távolság

A szmog A légkörben mindig vannak kisebbnagyobb szemcséjû lebegô aeroszol részecskék. A füstben szilárd, a ködben cseppfolyós és a füstködben mindkétféle diszpergált réinverziós réteg szecske jelen van a levegôben. Ezek képzôdéséhez szükség van egyrészt gôzzel nedvesedô szilárd por- vagy koromszemcsékre, másrészt a légkörbe jutó és a vízgôzzel reakcióba lépô, általában savas természetû molekulákra (pl.: SO2, CO2, nitrohômérséklet iparvidék medencében gén-oxidok). A nagyvárosokban, szélcsendes idôszakban, rendellenes hômérsékleti viszonyok mellett az idônként igen nagy levegôszennyezés szmog (füstköd) kialakulásához vezethet. Ilyen rendellenes hômérsékleti viszony, ha egy „meteorológiai inverziós réteg” jön létre, azaz felfelé haladva nem csökken egyenletesen a hômérséklet, hanem átmenetileg nô. Kétféle füstködképzôdést különböztetünk meg. a) Az ún. London-típusú szmog kialakulásának oka a fosszilis tüzelôanyagok (elsôsorban a szén) elégetésekor a légkörbe kerülô nagy mennyiségû SO2 (a kôszén nagyon gyakran szennyezett kénvegyületekkel) és korom, amelyek a szélcsendes városi levegôben igen nagy koncentrációban fordulhatnak elô. A lehûlô levegô eléri a telítettségi állapotot, és a nagyszámú koromszemcsén („kondenzációs mag”) kicsapódnak a vízcseppecskék, melyeket a levegô SO2-tartalma savassá tesz. Ez a szmogtípus a mérsékelt övben, alacsonyabb hômérsékleten (télen), magas relatív páratartalom mellett alakul ki. Redukáló szmognak is szokták nevezni. Londonban, 1952 decemberében egy hét alatt 4000 ember esett áldozatul az ilyen típusú szmognak. Naponta 300 – 600-zal többen haltak meg krónikus bronhitiszben, tüdôgyulladásban és szívelégtelenségben. 1989 januárjában Budapesten és Miskolcon is kialakult ez a maró hatású füstköd. b) Az ún. Los Angeles-típusú vagy oxidáló szmog (= fotokémiai szmog) nyáron keletkezik erôs napsugárzás hatására (az UV sugarak játszanak szerepet), olyan szennyezô anyagok közremûködésével, amelyeket elsôsorban a közlekedés termel nagy mennyiségben. Ezek a nitrogén-oxidok és a szénhidrogének, amelyek bonyolult fotokémiai reakciókat indukálnak, illetve maguk is részt vesznek ezekben a reakciókban. A fotokémiai folyamatok eredményeként keletkezô jellegzetes füstköd-komponensek: az ózon, a peroxi-acetil-nitrát (PAN), a salétromsav és a hidrogén-peroxid. (Ha a PAN koncentrációja viszonylag nagyobb, órákon belül károsítja a vegetációt, veszélyezteti az emberi egészséget, korrodálja az épített környezetet.) Ilyen környezetszennyezés okozta Los Angelesben 1954-ben 300 ember halálát három hét alatt. Ilyen fotokémiai füstködöt Magyarországon elôször 1985 nyarán észleltek. Ha a levegôszennyezettségi értékek, illetve a meteorológiai viszonyok olyanok, hogy elôrejelezhetôen szmog kialakulásának veszélye fenyegethet, „szmogriadó” lép életbe. Nemzetközi konferenciák a légköri szennyezésrôl 1992. ENSZ Éghajlatváltozási Keretegyezmény értelmében: – meg kell határozni az üvegházhatású gázok koncentrációinak kívánatos szintjét; – vizsgálni kell a kibocsátások korlátozásának jövôbeni alakulását; – a környezeti hatások figyelembevételével képet kell alkotni a fenntartható gazdaságfejlesztési stratégiákról, a megfelelô klímavédelmi intézkedésekrôl és technológiákról. Az egyezmény konkrét kötelezettségként írja elô a csatlakozó fejlett és átalakuló gazdaságú országok számára, hogy 2000-re az üvegházhatású gázkibocsátásuk nem haladhatja meg az 1990. évi szintet. 68uKÉMIA 7. tanári kézikönyv

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 69

Budapest szmogriadó-terv (a 69/2008. (XII. 10.) Fôv. Kgy. rendeletbôl) A rendelet területi hatálya nem terjed ki az M0 elkerülô útra. A szmogriadót a fôpolgármester rendeli el, és szünteti meg. A szmogriadó fokozatai: • Tájékoztatási fokozat: Ha három mérôállomáson, egy idôben mért légszennyezôanyag koncentrációja meghaladja a rendeletben rögzített határértéket, akkor tájékoztatást kell adni a riasztási fokozat elrendelését megelôzô nap 18 óráig. A fôpolgármester felkérést adhat ki: • az avar és kerti hulladék nyílt téri égetésének tilalmára, • a lakosság önkéntes önkorlátozására – a gépjármûvek használatának szüneteltetésére, különösen a dízel üzemûekére – a tömegközlekedés elônyben részesítésére – a kandallók, cserépkályhák használatának mérséklésére – a szerves oldószer felhasználásával járó tevékenységek (festés, mázolás, bitumenolvasztás) szüneteltetésére • Riasztási fokozat: Azonnali korlátozó intézkedéseket kell bevezetni, melyek a kihirdetést követô nap 6 órától lépnek életbe. A gépjármûvek használatára vonatkozó intézkedések minden nap 6 órától 22 óráig érvényesek (kivéve az ózon eredmények miatt elrendelt korlátozáskor, mert ebben az esetben minden nap 10 órától 18 óráig érvényesek). A további korlátok idôtartama folytonos. A fôpolgármester elrendelheti: • a gépjármûvek használatának korlátozását (páros napokon csak a páros, páratlan napokon csak a páratlan rendszámú autók közlekedhetnek) • a légszennyezô források üzemeltetôinek más energiahordozó, üzemmód használatára kötelezését vagy az üzemeltetés felfüggesztését. 1997. Kiotói Jegyzôkönyv: az ENSZ Éghajlatváltozási Keretegyezményén belül, 160 ország részvételével megállapodás született a hat üvegházhatású gáz (CO2, CH4, N2O, CFC-gázok, SF6) együttes kibocsátásának csökkentésérôl. Magyarország esetében a viszonyítási szint az 1985–87-es idôszak, 6%-os kibocsátás-csökkentést ír elô a jegyzôkönyv a 2008–2012 közötti idôszakig. 2000. Hága, Klíma Konferencia: az ENSZ égisze alatt zajló tanácskozás legnagyobb tétje az lett volna, hogy sikerül-e megállapodásra jutni a Kiotóban, 154 ország által elfogadott jegyzôkönyvben kitûzött célok gyakorlati megvalósításáról. Ez azonban ezen a konferencián nem valósult meg, újabb egyeztetésekre, megállapodásokra van szükség. 2002. Johannesburg: az ENSZ „Föld-csúcs” Konferenciáján abban megegyeztek a részt vevô országok, hogy a CO2-kibocsátást csökkenteni kell, de nyilvánvalóvá vált az is, hogy a nagyhatalmak (elsôsorban az USA) nem szándékozik ez ügyben látványos lépést tenni. Egyes országok (pl.: Németország) azonban szigorúan betartják a vállalt kötelezettségeket.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 70

A tankönyvi feladatok megoldásai Otthoni kísérlet: A levegô portartalmának vizsgálata A kísérleti eredmény nagymértékben függ a helyszíntôl. Általánosságban elmondható, hogy ipartelepek környékén vagy forgalmas út mellett nagyobb a levegô porszennyezôdése, mint forgalommentes, ligetes utcában. Magas, emeletes házban általában a földszinten nagyobb a por, mint a legfelsô emeleten. A munkafüzet feladatainak megoldása (K*) *1. a levegô páratartalma a Szahara fölött a levegô CO2-mennyisége ott, ahol avart égetnek az üvegházhatás mértéke ott, ahol a levegôben a normális CO2-mennyiség van a CO2 %-os mennyisége abban a teremben, ahol csak néhányan dolgoznak egy rosszul beállított motorú gépjármû kipufogógázában a szén-monoxid mennyisége a levegô por- és koromtartalma nagyvárosban

< > < < > >

a levegô páratartalma az esôerdôkben a levegô CO2-mennyisége emberi tevékenységtôl háborítatlan területen az üvegházhatás mértéke ott, ahol a normálisnál több CO2 van a légkörben a CO2 %-os mennyisége egy zsúfolt teremben egy jól mûködô motorú gépjármû kipufogógázában a szén-monoxid mennyisége a levegô por- és koromtartalma természeti környezetben

*2. Az ipartelepek légkörében lévô szennyezô anyagok oldódva a levegô páratartalmában savas kémhatású páracseppeket eredményeznek, melyek rácsapódnak a levegôben lebegô por- és koromszemcsékre. Ha ez a savas kémhatású és lebegô szennyezôdés a légköri viszonyok miatt nem tud az ipartelep felôl kitisztulni, akkor veszélyes mértékû szmog üli meg az ipartelepet. *3. Mit jelent a globális felmelegedés? A Föld egészét érintô klímaváltozást jelent. Mi okozza? Elsôsorban az üvegházhatás. Mi a veszélye? A légkör átlaghômérséklete megnô néhány fokkal, valójában azonban szélsôséges éghajlatmódosulásokat eredményezhet (elsivatagosodás, szökôár, aszály stb.).

15. óra: Oldatok készítése Minél több oldatot soroljunk fel példaként, amivel már találkozhattak a tanulók! Hangsúlyozzuk, hogy nem csak a víz szerepelhet oldószerként, de a kémiai tanulmányok során elsôsorban vizes oldatokkal találkozunk! A gyerekek a diffúzió jelenségét már ismerik, ennek segítségével értelmezhetjük az oldódást. Ezt modellek és a tankönyv ábrájának segítségével magyarázhatjuk. Színes anyag vízzel történô elkeveredését szemmel is láthatjuk (pl.: réz -szulfát vagy KMnO4). Értelmezzük a hidrátburok kialakulását, és azt, hogy a hidratált részecske a vizes oldatban a hidrátburkával együtt mozog, mert erôsebb kölcsönhatás alakulhat ki a részecske és a vízmolekulák között, mint az egyes vízmolekulák között! Ha az oldódás jelenségét megértették a tanulók, akkor könnyebben értelmezhetô az, ha egy kristályos anyag vízben nem oldódik. Az oldódás fizikai változás, energiaváltozással jár, amit mérhetünk. Az energiaváltozás oka, hogy a különbözô anyagok részecskéinek elkeveredésekor más kölcsönhatások alakulnak ki (másodrendû kötések). Az óra elôkészítése Rézgálicoldat készítéséhez

Anyag desztillált víz, kristályos rézszulfát

Eszköz kémcsô, vegyszeres kanál

Az oldódást kísérô hôváltozások vizsgálatához

kristályos ammónium-klorid vagy más ammónium-só, szilárd nátrium-hidroxid (Vigyázat, kézzel nem szabad megfogni!)


Óravázlatok: 9. Oldatok Kísérletek: 13. Rézgálicoldat készítése Animációk: 11. Só oldódása vízben Kitöltendô feladatok: 2. Munkafüzetbôl: 13. 44. oldal *7. feladat Képek, ábrák: 39. 92. ábra: Az oldódás folyamata (48. o.) 40. 93. ábra: Hidratált ionok (49. o.)


2 db fôzôpohár, hômérô, vegyszeres kanál, keverô

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 71

Háttér Termokémia Rácsenergia (Erács) (ld. a 8. óra háttéranyagát). Hidratációs energia (Ehidratáció): 1 mol anyag nagy mennyiségû vízben történô hidratálódásakor (a hidrátburok kialakulásakor) szabadul fel. Elôjele negatív. Mértékegysége: kJ/mol. Vízben való oldódáskor felszakad a kristályos anyag rácsszerkezete (energiabefektetés), és a vízmolekulák által kiszakított részecskék hidratálódnak (energiafelszabadulás). A befektetett és felszabadult energiamennyiségek aránya szabja meg, hogy oldódáskor milyen energiaváltozást tapasztalhatunk. Oldáshô (∆Holdáshô): 1 mol anyag nagy mennyiségû vízben való oldódását kísérô energiaváltozás. Mértékegysége kJ/mol. Elôjele lehet pozitív, ha az oldódás energiát igényel, ilyenkor az oldat lehûl, és lehet negatív, ha a folyamatot energia felszabadulása kíséri, ilyenkor az oldat felmelegszik. ∆Holdáshô = –, exoterm oldódás, Ha Ehidratáció > Erács , akkor oldódik a kristályos anyag, ha Ehidratáció = Erács , akkor oldódik a kristályos anyag, ∆Holdáshô = 0, nincs hôváltozás, ha Ehidratáció < Erács , akkor bizonyos mértékig oldódhat a kristályos anyag, ∆Holdáshô = +, endoterm oldódás, ha Ehidratáció << Erács , akkor nem oldódik a kristályos anyag. A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Rézgálicoldat készítése Milyen színû a rézgálic- (kémiai nevén réz-szulfát) oldat? Világoskék színû. Mibôl lehet látni, hogy a kristályos réz-szulfát oldódik a vízben? Az oldat egy idô után egyenletesen világoskék színû lesz (homogén oldat). Mennyi idô alatt válik az oldat egynemûvé? Mérési adat. Kísérleti megfigyelés: Az oldódást kísérô hôváltozások vizsgálata Hogyan változik az ammónium-klorid-oldat hômérséklete? Lehûl. Hogyan változik a nátrium-hidroxid-oldat hômérséklete? Az oldat felmelegszik.

Feladatok 1. Szag, illat terjedése, kávéban, teában a cukor oldódása, italban a jégkocka oldódásakor az egész oldat lehûl, cigarettafüst terjedése stb. 2. A háztartásban használt fémek: rozsdamentes acél, réz, alumínium, ezüst stb., a zsír, olaj, stb., a mûanyag eszközök stb. 3. A kávéban a cukor oldódik, és nem olvad. A jégcsap nem oldódik, hanem megolvad. 4. a) a mészkô nagyon rosszul oldódik vízben; b) a mészkô jól oldódik savas oldatokban. A munkafüzet feladatainak megoldása (15.) 1. A) Igaz, a jódtinktúra alkoholban oldott jód, oldat, vagyis keverék. B) Hamis, az oldatot bepárolva visszakaphatjuk a cukrot, tehát a cukor molekulái csak elkeveredtek a vízmolekulákkal. C) Igaz. D) Hamis, az oldatot bepárolva visszakaphatjuk a sót, tehát a sót alkotó részecskék csak elkeveredtek a vízmolekulákkal. (A „sót alkotó részecskék” óvatos fogalmazás, miután a sónak nincsenek molekulái, de ezt még nem tanulták.) E) Igaz. F) Hamis, lehet folyadék, illetve gáz is. G) Igaz. (Általában piridinnel keverik, amely desztillációval nem választható szét egyszerûen az alkoholtól.) H) Igaz. I) Hamis. A mészkô vízben oldhatatlan, de savas (pl.: szénsavas) vízben feloldódik. (CaCO3(sz) + H2O(f) + CO2(g) = Ca2+ (aq) + 2 HCO3– (aq) Ezért a mészkôhegyekben valóban sok barlang, vájat található.) K) Hamis, mert az endoterm folyamat során a rendszer hôt vesz fel a környezetébôl, tehát a kémcsô lehûl. 2. a) A rézgálic kristály feloldódik vízben, részecskéi elkeverednek a vízmolekulákkal, egynemû világoskék oldatot kapunk. b) Ezeknél a vízmolekulák vonzása nem elegendô ahhoz, hogy „kiszakítsák” a kristályból a részecskéket. c) Az ammónium-klorid oldódása endoterm folyamat. Az endoterm folyamat során a rendszer hôt vesz fel a környezetébôl, tehát a kémcsô lehûl.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:58

Page 72

3.

Vízben jól oldódó anyagok Vízben nem vagy nagyon rosszul oldódó anyagok 1. szén-dioxid-gáz, 2. ammóniagáz, 3. ecetsav, 4. homok, 5. réz, 8. arany, 9. porcelán, 6. konyhasó, 7. rézgálic, 13. cukor, 10. mészkô, 11. mûanyag (polietilén), 14. nátrium-hidroxid, 15. ammónium-klorid 12. rozsdamentes acél 4. konyhasóoldat: színtelen rézgálicoldat: világoskék hipermangánoldat: rózsaszín CO2 vizes oldata: színtelen ecetsav vizes oldata: színtelen jódtinktúra: barna 5. Az oldat neve Veszélyességi jele Összetétele Flóraszept

Xi

Vízkôés rozsdaoldó

Xi

Cif aktív gél

Xi

amfoterikus felületaktív anyagok (<5%), klór alapú fehérítôszerek (<5%), szappan (<5%) nemionos felületaktív anyag, színezô- és illatanyagok (<5%), foszforsav (5-15%) amfoterikus felületaktív anyagok (<5%), klór alapú fehérítôszerek (<5%), szappan (<5%)

*6. Mióta ismerik Magyarországon a teát? Hazánkba csak az 1700-as években jutott el a tea. Milyen élettani hatásai vannak a teának? A tea élénkíti a szív mûködését, növeli az agy vérellátását. Izgatja a központi idegrendszert, ez csökkenti a fáradtságérzést, hatására élénkebben gondolkodunk, frissebbnek érezzük magunkat. Milyen oldatnak tekinthetô a tea? Mi az oldószer? A tea híg oldat. Oldószere: a víz. Sorolj fel a teában megtalálható oldott anyagok közül legalább ötöt! Különbözô növényi alkaloidok, olaj, savak, gyanta, kevés fehérje. A tealevelek koffeintartalma 0,5 és 3,5% között lehet. Keress a környezetedben olyan italokat, melyek koffeintartalmúak (az üdítôitalok címkéjén megtalálod az összetevôket): kávé, kóla, energiaitalok stb. *7. a) Szûrés. d) Na. g) Elegy. j) Gáz. b) Bepárlás. e) Szûrlet. h) Cu. k) Jód. c) Víz. f) Forrás. i) Mágnes. Megfejtés: oldat

16. óra: Az oldékonyság Az óra legfôbb célja, hogy minél több, a mindennapjainkból ismert anyagot vizsgálhassanak a tanulók. A tanulókísérletet célszerû több csoportban végezni, az egyik csoport vizsgálja az anyagok oldódását vízben, a második alkoholban, a harmadik étolajban stb., és a kísérlet eredményét egymásnak bemutatva értelmezik a gyerekek. Fontos a kísérletezés elôtt tisztázni, hogy mit látunk akkor, amikor egy anyag feloldódik az oldószerben. Ha szilárd anyag oldódik folyadékban: láthatóan kevesebb lesz a kémcsô alján a szilárd anyag menynyisége (de nem kell az összes szilárd anyagnak feltétlenül „elfogynia”!). Ha folyadék elegyedik egy másik folyadékkal, akkor homogén (egynemû) oldatot kapunk, ha nem elegyedik, akkor fázishatár figyelhetô meg, és mindig a kisebb sûrûségû folyadék helyezkedik el felül. Az óra elôkészítése Anyag Tanulókísérlethez 24 db kémcsô, (a háromféle oldószer szerint 3 cso- 3 kémcsôállvány, portban végezve) 3 fôzôpohár, 3 óraüveg



Eszköz

csoportonként az oldandó anyagok elôre kikészítve a kémcsövekben: konyhasó, cukor, pirospaprika, hipermangán, jód, alufólia, körömlakklemosó (aceton), benzin; csoportonként a különbözô oldószerek fôzôpoharakban: víz, alkohol (óraüveggel lefedve), étolaj Óravázlatok: 9. Oldatok Kísérletek: 14. Oldékonyság vizsgálata vízben 15. Oldékonyság vizsgálata étolajban 16. Víz oldékonysága étolajban Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 7. 51. oldal 8. táblázat Képek, ábrák: 41. 97. ábra: Zsír és víz (52. o.)

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 73

Háttér Mitôl függ, hogy egy anyag jól oldódik-e vízben? A vízmolekulák közötti másodrendû kötés erôs hidrogénkötés, ezért vízben csak olyan anyagok oldódnak jól, amelyek képesek megbontani a vízmolekulák közötti szoros kapcsolatot, vagyis amelyeknek a részecskéi (ionjai, molekulái) és a vízmolekulák között szintén hidrogénkötés jöhet létre. Az ionkristályok oldódásakor a vízmolekulák körülveszik a kristályrács ionjait ellentétes töltésû térfelükkel, és a hidratációs energia és a rácsenergia viszonya szabja meg az oldódás mértékét (ld. 18. óra háttéranyaga). Kovalens kötésû molekulák (pl. cukor) oldódásakor a vízmolekulák hidratálják az oldódó anyag molekuláit, vagy történhet elektrolitos disszociáció is (pl. hidrogén-klorid-gáz vízben való oldása). Ekkor a kovalens kötésû HCl molekulák ionokra esnek szét: HCl(g) + H2O = H3O+ (aq) + Cl– (aq).

A „hasonló a hasonlóban oldódik” elv molekulaszerkezeti értelmezése Apoláris molekulájú anyagok apoláris molekulájú oldószerekben oldódnak jól, mert ezek egymással könnyen alakítanak ki gyenge másodrendû (diszperziós) kötéseket, így az oldószermolekulák az oldott anyag molekuláival könnyen elkeverednek. Ez jellemzô általában a „zsíroldható” anyagokra, mivel a zsírok nagy szénatomszámú, telített észterek, apoláris molekulájú anyagok. Poláris molekulájú anyag poláris molekulájú oldószerekben oldódik jól. Megnöveli az oldékonyságot, ha a poláris molekulájú anyag még hidrogénkötést is ki tud alakítani az oldószermolekulákkal. Ez jellemzô általában a „vízoldható” anyagokra. Apoláris molekulák azért nem tudnak elkeveredni poláris molekulákkal, mert a poláris molekulák között sokkal erôsebb másodrendû kötések jönnek létre, és kiszorítják maguk közül az apoláris molekulákat, így külön fázist alkotnak. Az etil-alkohol és az aceton mint oldószer Mindkét szerves oldószer közkedvelt az iparban és a háztartásban is, mivel poláris és apoláris molekulájú anyagokat is képesek oldani. Ez azzal magyarázható, hogy az etil-alkohol és az aceton molekuláira egyaránt jellemzô, hogy egy-egy, körülbelül azonos méretû poláris és apoláris molekularészlettel rendelkeznek, így a poláris és az apoláris tulajdonságú oldott molekulákat is körül tudják venni (szolvatáció). Az alkoholok képesek hidrogénkötés kialakítására is, az aceton a hidrogénkötésben csak akceptor szerepet játszhat.

O

H H

poláris

O O

H H

H

H O

H C H apoláris H C H H

poláris

H C H C C H H apoláris H H

etil-alkohol

A tojás sárgájában lévô lecitin szerepe a majonéz készítésénél A lecitin kettôs oldékonyságú molekula, egy hosszú, apoláris „farokkal” és egy kicsi, poláris „fejjel” rendelkezik. Így képes a vízben oldódó és a zsírban oldódó anyagokat egy rendszerben tartani (kolloid rendszer).

O H

aceton

Olajcsepp apoláris „farok” poláris „fej”


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 74

A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelések: Különbözô anyagok oldása különbözô oldószerekben konyhasó

cukor

pirospaprika

hipermangán

jód

alufólia

körömlakklemosó (aceton) + + +

benzin

víz + + – + rosszul – – alkohol – + + – + + – étolaj – – + – + + – Feladatok 1. A víz nem oldja a zsírt, míg a benzinben oldódnak a zsírok, olajok. 2. A kakukktojás: 6. víz + benzin. 3. A hipermangán jól oldódik vízben, a jód nagyon kis mértékben oldódik vízben, tehát a hipermangánból töményebb oldatot lehet készíteni. 4. Az olaj nem oldódik vízben, ezért nem elegyedik vele. Az olaj sûrûsége kisebb, mint a vízé, ezért úszik a tetején, éppen ezért nem lehet égô olajat vízzel oltani. * 5. Ha az oldószer és az oldandó anyag molekulaszerkezete hasonló, akkor egymással könnyen elkeveredhetnek a molekulák, és oldódik az anyag. A munkafüzet feladatainak megoldása (16.) 1. üveg, gumi, zsír, aceton, alufólia, kénpor, rézgálic, vaspor, szénpor, étolaj, pirospaprika, nátrium-hidroxid, benzin 2. B) benzin C) alumínium A) cukor A) konyhasó A) hipermangán: lila oldat B) jód: barna oldat B) pirospaprika: piros oldat A, B) aceton 3. A jódnak nagyobb az oldhatósága. A jód alkoholos oldata a jódtinktúra. 4. Az olvadás halmazállapot-változás, az oldódás pedig két vagy több anyag elkeveredése (oldószer és oldott anyag keveredése). 5. Hipermangán (kálium-permanganát, KMnO4). *6. Vízoldható vitaminok Zsíroldható vitaminok Vitaminok betûjelei B, C A, D, E, K Mennyi idô alatt ürül ki a szervezetbôl?

kb. 2 óra alatt

kb. egy nap alatt

A vitaminok az élethez szükséges szerves vegyületek. A vitaminok nélkülözhetetlenek szervezetünk normális mûködéséhez (pl.: a növekedéshez), és a szervezet maga szintetikusan nem tudja ôket elôállítani. *7. Oldott anyag.

17. óra: Az oldhatóság és függése a hômérséklettôl Az oldhatóság hômérsékletfüggésének vizsgálata nagyon jó alkalom arra, hogy a tanulókkal a grafikonok készítését és értelmezését gyakoroltassuk. Méréseink temészetesen csak kvalitatívak lehetnek, pontos mérésekre nincs lehetôség, de a tendenciát mindenképpen látják, és az irodalmi adatok megadásával a kísérletek eredményeit grafikusan is értelmezhetik a gyerekek. Gyakorlásképpen adhatunk olyan feladatokat is, melyek alapján a grafikonokból különbözô adatokat tudnak leolvasni, illetve az adatokat grafikonon tudják ábrázolni, vagy összehasonlíthatják (ld. oldhatósági táblázatok).


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 75

Az óra elôkészítése Anyag KNO3 vízben való oldhatóságának kálium-nitrát, desztillált víz vizsgálata szobahômérsékleten KNO3 vízben való oldhatóságának vizsgálata hevítés után kálium-nitrát, desztillált víz Konyhasó oldhatóságának vizsgálata szobahômérsékleten és heví- konyhasó, desztillált víz tés után


Eszköz csoportonként: kémcsô, vegyszeres kanál, kémcsôfogó, hômérô csoportonként: kémcsô, vegyszeres kanál, kémcsôfogó, hômérô, Bunsen-égô (vagy borszeszégô), gyufa csoportonként: kémcsô, vegyszeres kanál, kémcsôfogó, hômérô, Bunsen-égô (vagy borszeszégô), gyufa

Óravázlatok: 9. oldatok Kísérletek: 17. Kálium-nitrát vízben való oldhatóságának vizsgálata 18. Konyhasó vízben való oldhatóságának vizsgálata Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 8. 57. oldal 6. feladat 2. Munkafüzetbôl: 14. 47. oldal 5. feladat Táblázatok a tankönyvbôl: 6. 9. táblázat: KNO3 oldhatósága (54. o.) 7. 10. táblázat: NaCl oldhatósága (54. o.) 8. 11. táblázat: Vegyületek oldhatósága (56. o.) Képek, ábrák: 42. 98. ábra: KNO3 oldhatósági grafikonja (54. o.) 43. 99. ábra: NaCl oldhatósági grafikonja (54. o.)

Háttér Néhány anyag oldhatósága vízben (100 g vízben hány g vízmentes anyag oldódik) 0 °C 20 °C 50 °C 80 °C 100 °C Ezüst-szulfát Ag2SO4 0,573 0,796 1,08 1,30 1,41 Bárium-bromid BaBr2 98,0 104,0 118,0 135,0 149,0 Ammónium-nitrát NH4NO3 118,3 192,0 344,0 580,0 871,0 Lítium-karbonát Li2CO3 1,5 1,3 1,1 0,8 0,7 Hidrogénklorid-gáz HCl (g) 82,3 72 59,6 – – Ammóniagáz NH3 (g) 89,5 53,1 – – – Oxigéngáz O2 (g) 0,007 0,004 0,0027 0,001 – Néhány anyag oldhatósága etil-alkoholban (100 g alkoholban hány g vízmentes anyag oldódik) Hidrogén-klorid HCl (g) 41 Ammónia NH3 (g) 11,9 Kálim-hidroxid KOH 37 Nátrium-klorid NaCl 0,07 Kálium-klorid KCl 0,003 Nátrium-jodid NaI 43,1 A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelések: Kálium-nitrát vízben való oldhatóságának vizsgálata szobahômérsékleten Hogyan észleled, hogy az adagolt kálium-nitrát feloldódott? Nem marad kristályos anyag a kémcsô alján. Mérési adatok. Kísérleti megfigyelés: Kálium-nitrát vízben való oldhatóságának vizsgálata hevítés után Mérési adatok. Kísérleti megfigyelés: Konyhasó oldhatóságának vizsgálata szobahômérsékleten és hevítés után Mérési adatok.

Feladatok 1. Telítetlen az oldat, ha az adott hômérsékleten adott mennyiségû oldószer képes még anyagot feloldani. 2. Híg oldat is lehet telített oldat, ha egy anyag kevéssé oldódik (kicsi az oldékonysága) az adott oldószerben. 3. a) Hígítással, oldószert öntünk hozzá. b) Ha lehûtve kevesebb anyagot old, akkor lehûtjük, amíg kiválik valamennyi az oldott anyagból, leszûrjük, majd a kiindulási hôfokra hevítjük.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 76

4. A kálium-nitrát oldékonysága nagy mértékben csökken a hômérséklet csökkenésével, ezért lehûtve kiválik az oldott anyag egy része. 5. A hipermangánnak. 6. a) 20 °C-on melyik anyag oldhatósága a legkisebb? PbCl2 b) 20 °C-on melyik anyag oldhatósága a legnagyobb? LiCl c) 20 °C-on lehet-e 50 g vízben 20 g anyagot feloldani – kálium-bromidból (KBr)? Lehet. (A telített oldatban 50 g vízben 32,6 g KBr oldódik.) – réz-kloridból (CuCl2)? Lehet. (A telített oldatban 50 g vízben 21,7 g CuCl2 oldódik.) – nátrium-kloridból (NaCl)? Nem. (A telített oldatban 50 g vízben 18,0 g NaCl oldódik.) d) nagymértékben növekszik az oldhatósága a hômérséklettel: KCl, KBr, LiCl, PbCl2 alig változik az oldhatósága a hômérséklettel: CuCl2, NaCl Otthoni kísérlet: Átkristályosítás mint tisztítási mûvelet Ezzel a módszerrel milyen oldhatóságú kristályt lehet csak megtisztítani? Olyan kristályos anyag tisztítható ilyen módszerrel, amelynek melegen sokkal nagyobb az oldhatósága, mint hidegen. A cérnaszálon belógatott cukorkristály a kristályosodásnál gócként szolgál, megkönnyíti a kristályosodást, és így szép nagy kristály keletkezik.

1.

2. 3. 4.

5.

A munkafüzet feladatainak megoldása (17.) C) 1. B) 2. A) 3. A) 4. B) 5. (Ha eltekintünk a konyhasó esetén a csekély mértékû anyagkiválástól.) D) 6. B) 7. (Ha eltekintünk a konyhasó esetén a csekély mértékû szilárd anyag oldódásától.) B) 8. D) 9. C) 10. a) az oldószer minôsége, b) az oldott anyag minôsége, c) a hômérséklet Az adott oldószerben kis oldhatóságú anyag telített oldata híg oldat. A konyhasó oldhatósága alig változik a hômérséklettel, tehát nem nô számottevôen a melegítés hatására, ezért nem érdemes forró vizet használni. Bepárlással lehet a konyhasóoldatból a szilárd sót visszanyerni. SO2(g)/100 g víz

kálium-permanganát (g)/100 g víz

22,8 20

20 16,9

15

15 11,3

10

10 5,4

5 0

a) b) c) d) e) f) g)

20

50

6,4 5 2,8 0

hômérséglet (°C)

20

50

hômérséglet (°C)

0 °C-on melyik anyagnak nagyobb az oldhatósága? A kén-dioxidnak. 50 °C-on melyik anyagnak kisebb az oldhatósága? A kén-dioxidnak. Melyik anyag forralható ki az oldatból? A kén-dioxid. Melyik anyagnak változik az oldhatósága a hômérséklettel? Mindkettônek. Melegítés hatására melyik anyagnak nô az oldhatósága? A kálium-permanganátnak. Melyik anyagnak növelhetô az oldhatósága hûtéssel? A kén-dioxidnak. Az oldhatósági adatok mindig milyen oldatokra vonatkoznak? Az oldhatósági adatok mindig telített oldatra vonatkoznak. h) Melyik telített oldat hígabb: a kén-dioxid 20 °C-on telített oldata, vagy a kálium-permanganát 20 °C-on telített oldata? A kálium-permanganát oldat hígabb (g/100g vízre számítva). *i) Mi történik, ha a 20 °C-on telített kén-dioxid vizes oldatát lehûtjük 0 °C-ra, illetve ha a 20 °C-on telített kálium-permanganát vizes oldatát lehûtjük 0 °C-ra? Lehûtve képes még több kén-dioxidot oldani, telítetlen oldat lesz. Általánosságban igaz, hogy a gázok oldhatósága a hômérséklet növelésével csökken. Ha a kálium-permanganát telített oldatát lehûtjük, szilárd anyag válik ki belôle, de az oldat telített marad.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 77

*6.

A kimért fixírsót melegítés közben feloldjuk a vízben

Üveglappal lefedve rázkódásmentesen hûlni hagyjuk

Néhány kristályt bedobva megindul a kristályosodás

Milyen szerkezeti változást jelent, ha egy kristályos anyag megolvad? Olvadáskor a kristályrács összeomlik, a részecskék rendezettsége kezd megszûnni, mert a részecskék rezgômozgásának kitérése (amplitúdója) annyira megnövekszik, hogy már nem térnek vissza a kiindulási helyzethez, a részecskék a rezgômozgás helyett egymáson „gördülnek”. Milyen szerkezeti változást jelent, ha egy anyag kikristályosodik? Kristályosodáskor a részecskék rendezetlen elhelyezkedése rendezetté válik, a „gördülô” mozgás rezgômozgássá alakul. Minden esetben bekövetkezhet-e a kristályrácsba rendezôdés adott hômérsékleten (adott nyomáson)? Biztosan mindig „beállhat-e a rend” azonnal? Elôfordul, hogy a „rend”, a szabályos kristályszerkezet kialakulása nehezen következik be, de elôsegíthetjük azzal, ha „kristálygócokat” juttatunk a rendszerbe, mert a kristály növekedéséhez kisebb energia kell, mint a góc keletkezéséhez. A már rendezett szerkezeti részekhez könnyebben csatlakozik a többi szerkezeti elem. Vajon ha nem teszünk kristályt a túltelített oldatba, akkor hosszú ideig tartósan fennmaradhat-e a túltelített állapot? Mennyire „stabil” ez az állapot? Ez az állapot ún. metastabil állapot, amely rázkódás, szennyezôdés, ill. kristály bejuttatásával hirtelen megszûnik. Teljes nyugalomban és elszigetelôdve azonban sokáig fennmaradhat. *7. Oldószer („olló” fele + „dó” + SZE R-n N nélkül).

18. óra: Az oldatok töménysége Az oldatok töménységével kapcsolatos számítási feladatokkal többféle célt érhetünk el. Egyrészt a gyakorlati életben is elôforduló számításokat végzünk a tanulókkal, eközben csiszolódik a logikai gondolkodásmódjuk, és a matematikai számítások gyakorlati vonatkozásait is megismerik (százalékszámítás, arányosság). Fontos, hogy a feladatok ne öncélúak legyenek, hanem – mint ahogyan erre a tankönyvben és a munkafüzetben is törekedtünk – a való élethez kapcsolódjanak. Igyekezzünk minél több példát a gyerekekkel mondatni. Valójában a mérésnek az egész tudományos kémia fejlôdésében nagyon nagy szerepe volt: pl. a nemesgázok felfedezésének, hiszen olyan kis mennyiségben vannak jelen a levegôben, hogy csak nagyon pontos mérésekkel lehet kimutatni a jelenlétüket stb. Az oldatösszetételre vonatkozó arányosságokat és mennyiségi viszonyokat a következôképpen szemléltethetjük szörpsûrítmény (oldott anyag) segítségével: – Elôször „híg” szörpöt készítünk (jól összekeverjük, mert az oldatok homogén keverékek). – Ezután „tömény” szörpöt készítünk. – Megkérdezzük a többieket, hogy pontosan ugyanolyan ízû (összetételû) szörpöt tudnának-e készíteni, mint az elôzô kettô ⇒ nem tudnának, mert a „híg” és a „tömény” oldat nem fejez ki pontos összetételt, ahhoz meg kell mondanunk, hogy mennyi sûrítményhez mennyi vizet adtunk (pontos mennyiségi viszonyok). – Készítsünk ismert összetételû szörpöt: két kanálnyi sûrítményhez adjunk 2 dl (200 cm3) vizet. – Készítsünk ugyanolyan összetételû szörpöt, mint az elôzô, de egy liternyi (1 dm3 = 1000 cm3) mennyiséget ⇒ akkor lesz ugyanolyan ízû a szörp, ha a sûrítménybôl is és a vízbôl is arányosan többet teszünk, azaz ötször annyi oldathoz ötször annyi oldott anyag kell, és az oldat összetétele nem változik. Modellkísérlet segítségével értelmezhetjük a gyerekeknek, hogy ha különbözô folyadékokat összeöntünk, akkor ezek térfogatai nem adódnak feltétlenül össze. Ebbôl a kísérletbôl az is következik, hogy azonos folyadékok (vagy híg vizes oldatok) összeöntésekor a térfogatok viszont összeadódnak.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 78

Az óra elôkészítése Szörp készítése Az oldószer és az oldott anyag térfogata nem adódik össze (modellkísérlet)


Anyag szörpsûrítmény, csapvíz

rizs, bab

Eszköz 3 db kb. 2 dl-es pohár és egy 1 l-es kancsó, kanál 2 db 50 cm3-es és 1 db 100 cm3-es mérôhenger

Óravázlatok: 9. Oldatok Kísérletek: 19. Etil-alkohol és víz elegyének készítése Képek, ábrák: 44. 102. ábra: Tömeg %-os oldat készítése (58. o.) 45. 103. ábra: Etil-alkohol – víz elegy készítése (59. o.) 46. Elegy térgogata – modellezés (59. o.)

Háttér A koncentráció A tankönyvben szereplô oldatok összetételének a meghatározásán kívül a kémiában többféleképpen is megadhatjuk az oldatok töménységét. A legelterjedtebb az „anyagmennyiség-koncentráció”, amit általában egyszerûen csak koncentrációnak neveznek: az oldott anyag anyagmennyisége osztva az oldat térfogatával. Ennek mértékegysége mol/dm3. Szavakkal kifejezve: a koncentráció megadja, hogy 1 dm3 oldat hány mol oldott anyagot tartalmaz. Régebben ezt molaritásnak nevezték. (Nem tévesztendô össze a molalitással, amely az SI szerint is használható. Ez megadja, hogy 1 kg oldószerben (nem oldatban!) hány mol oldott anyag van oldva. Mértékegysége: mol/kg oldószer). Az 1 mol/dm3 koncentrációjú oldatot „mólos oldat”-nak nevezni hibás (pongyolaság), mert a mértékegységbôl csak a számlálót adja meg, a nevezôt nem. A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Az oldószer és az oldott anyag térfogata nem adódik össze (modellezés) Hány cm3 a bab és a rizs térfogata összerázás után? Mérési adat. (Makroméretekben a térfogatcsökkenés nagyobb arányú, mint mikroméretben.) Feladatok 1. 20 °C-on 131,5 g kálium-nitrát-oldatban (KNO3) 31,5 g oldott anyag van, akkor arányosan 200 g oldatban x g oldott anyag van. x = 200 · 31,5/131,5 g = 47,9 g Tehát lemérünk 47,9 g kálium-nitrátot, és azt 200 g – 47,9 = 152,1 g (152,1 cm3) vízben oldjuk. 2. A 30 m/m%-os cukoroldat olyan oldat, amelynek 100 g-jában 30 g a cukor és 70 g a víz. Tizedrésznyi kristálycukorból tizedannyi oldat, vagyis 10 g oldat készíthetô. Tehát az oldat készítéséhez 3 g cukrot 7 g vízben oldunk. 3. 50 cm3 10 V/V%-os ecetsavoldatban 5 cm3 ecetsav van. Ennyi ecetsav 25 cm3 20 V/V%-os ecetsav-oldatban van. Tehát ebbôl 25 cm3-t 50 cm3-re hígítunk. Ez egyszerûbben is belátható: mivel kétszeres töménységû oldat áll a rendelkezésünkre, kétszeresére kell hígítanunk. 4. 1 dm3 = 1000 cm3 sûrítményben van 40 g rost. A 20 cm3 az 1000 cm3-nek az 50-ed része, tehát a rosttartalomnak is az 50-ed részét tartalmazza: 40/50 g = 0,8 g. 5. 164 g 40 °C-on telített oldatban 64 g KNO3 van, 492 g oldatban 192 KNO3 van. Tehát 192 KNO3-ot 300 g vízben oldunk. 6. 40 g konyhasót 460 g vízben oldunk. *7. 400 g 20 m/m%-os oldatban 80 g oldott anyag van. 320 g 25 m/m%-os oldatban van 80 g oldott anyag. A 400 g oldatból 80 g vizet kell elpárologtatni. A munkafüzet feladatainak megoldása (18.) 1. A két folyadék (az alkohol és a víz) molekulái nem egyforma méretûek, így az egyik folyadék „hézagait” a másik folyadék molekulái részben kitöltik. (Itt szerepe van annak is, hogy a kétféle molekula egymással is képes hidrogénkötést létesíteni.)


KEMIA_7_JAV2

2.

3.

8/14/09

9:59

Page 79

Oldószer tömege 70 g 340 g 138 g 88 g 160 g 150 g 360 g 44 g 900 g 190 kg

Oldott anyag tömege

Oldat tömege 100 g 400 g 150 g 100 g 200 g 200 g 500 g 50 g 1 kg (= 1000 g) 200 kg

30 g 60 g 12 g 12 g 40 g 50 g 140 g 6g 100 g 10 kg

Tömeg% 30 % 15 % 8% 12 % 20 % 25 % 28 % 12 % 10 % 5%

Oldat térfogata

Oldott anyag térfogata

Térfogat %

200 cm3

4 cm3

2%

400

3

3 dm (= 3000 50

)

cm3

450

12 m

5%

cm3

15 %

3

1%

0,5 dm

dm3 3

10 %

3

7,5 cm

150 cm 3

3

40 cm

cm3

0,36

m3

= 360

dm3

3%

4. a) híguljon az oldat: az oldószer mennyiségét kell növelni. b) töményebb legyen az oldat: az oldott anyag mennyiségét kell növelni. c) ne változzon az oldat töménysége: az oldott anyag és az oldószer mennyiségét ugyanolyan arányban kell növelni. 5. Telített oldat. telített oldat szilárd anyag

Ha elkezdjük melegíteni az oldatot, a szilárd kálium-nitrát mennyisége csökken, esetleg mind feloldódik. Addig tart a változás, amíg az oldat telítetté nem válik vagy elfogy a szilárd KNO3. *6. Melyik anyag oldékonysága a) a legnagyobb: NaNO3; b) a legkisebb: CO2; c) a legnagyobb mértékben nô a hômérséklettel: a PbCl2 oldékonysága 1,98 : 0,67 = 2,95 arányban (a NaNO3 oldékonysága 125,3 : 73 = 1,716 arányban, a KCl oldékonysága 45,5 : 27,6 = 1,65 arányban, a MgSO4 oldékonysága 61,3 : 40,8 = 1,5 arányban, a CuCl2 oldékonysága 91,3 : 70,7 = 1,29 arányban növekszik); d) csökken a hômérséklettel: a CO2 oldékonysága. Fel lehet-e oldani a) 40 g MgSO4-ot 100 g vízben 20 °C-on: igen (44,5 g-ot lehet feloldani); b) 80 g MgSO4-ot 100 g vízben 20 °C-on: nem lehet feloldani; c) 80 g MgSO4-ot 400 g vízben 20 °C-on: igen (ez 100 g vízre átszámítva 20 g); d) 80 g MgSO4-ot 200 g vízben 60 °C-on: igen (61,3 g-ot lehet feloldani 100 g vízben). Ha 45,5 g KCl-ot oldottunk 100 g vízben 60 °C-on, akkor hány g KCl fog kiválni az oldatból, ha 0 °C-ra hûtjük? 17,9 g válik ki lehûtve (45,5 g – 27,6 g = 17,9 g). Melyik oldat töményebb: a) a telített konyhasóoldat vagy a telített KCl-oldat 0 °C-on: a konyhasóoldat; b) a telített konyhasóoldat vagy a telített KCl-oldat 60 °C-on: a KCl-oldat. Állapítsd meg a grafikon alapján, hány g CuCl2-ot tartalmaz 100 g víz 60 °C-on a CuCl2 telített oldatában? 91,3 g. Ennek az oldatnak mennyi a tömege? 191,3 g. Hány tömegszázalékos a 60 °C-on telített CuCl2-oldat? 191,3 g oldatban van 91,3 g oldott anyag, vagyis az oldat 47,7 tömeg%-os.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 80

*7. kémcsô 40 °C-on hány g kálium-nitrátot tartalmaz 100 g oldat, ha oldhatósága 64 g/100 g víz? Arányossággal: ha 164 g oldatban van 64 g oldott anyag, 100 g oldatban 64 . 100 / 164 = 39,0 g kálium-nitrát. Más gondolatmenettel számítva: 164 g oldat 100%, a 64 g oldott anyag ennek 64 .100 / 164 = 39,0%-a. 20 °C-on hány g konyhasót tartalmaz 100 g oldat, ha oldhatósága 36 g/100 g víz? Arányossággal: ha 136 g oldatban van 36 g oldott anyag, 100 g oldatban 36 .100 / 136 = 26,5 g konyhasó van. Más gondolatmenettel számítva: 136 g oldat 100%, 36 g oldott anyag ennek 36 .100 / 136 = 26,5%-a. 200 g 5 tömeg%-os rézgálicoldat hány g oldott anyagot tartalmaz? 10 g rézgálicot tartalmaz. 50 cm3 12 térfogat%-os alkoholos vizes oldatnak mennyi az alkoholtartalma? 6 cm3. 40 g/dm3 összetételû cukoroldat 100 cm3-ében hány g cukor van? 1000 cm3 oldatban van 40 g cukor, 100 cm3 oldatban 4 g cukor van. 20 g 10 tömeg%-os kálium-nitrátoldatban hány g oldott anyag van? 100 g oldatban 10 g kálium-nitrát van oldva, 20 g oldatban ennek az ötödrésze, 2 g van. Más gondolatmenettel számítva: 20 g 1%-a 0,20 g, 10% = 0,2 g . 10 = 2 g. 400 cm3 8 térfogat%-os alkoholos vizes oldatban hány cm3 alkohol van? 100 cm3 oldatban van 8 cm3 alkohol, 400 cm3 oldatban 4 · 8 = 32 cm3 alkohol van. Más gondolatmenettel számítva: 400 cm3 1%-a 4 cm3, 4 cm3 . 8 = 32 cm3. 60 g/dm3 sótartalmú oldat 500 cm3-ében hány g só van? 1000 cm3 sóoldatban van 60 g só, 500 cm3 oldatban 30 g só van. 20 °C-on hány g kálium-nitrátot tartalmaz 200 g oldat, ha oldhatósága 31,6 g/100 g víz? Arányossággal: ha 131,6 g telített oldatban van 31,6 g kálium-nitrát, 200 g oldatban 31,6 · 200 / 131,6 = 48,0 g van oldva. Ha egy 10 tömeg%-os sóoldatot tízszeresére hígítunk, hány g sót tartalmaz 100 g oldat? 1 g sót (1 tömeg%-os lesz az oldat).

*K óra: Kémiai számítások (gyakorlóóra) A munkafüzet végén található feladatgyûjtemény feladatai közül az oldatokra vonatkozó feladatok megoldásának gyakorlása. Gyakorló feladatsor 1. A 10 tömeg% azt jelenti, hogy ha

100 g oldatunk van, abban 10 g konyhasó van. 200 g oldatban 20 g konyhasó van. Tehát 200 g 10 tömeg%-os konyhasóoldatot úgy készítünk, hogy 20 g konyhasót és 180 g vizet összeöntünk. Más gondolatmenettel: 200 g oldat 10%-a 20 g, ennyi konyhasót kell kimérni, a többi víz. 1000 cm3 oldatban 80 g timsó van, 150 cm3 oldatban X g timsó van 3 3 . X = 80 g 150 cm / 1000cm = 12 g timsó Tehát 12 g timsót bemérünk egy mérôlombikba vagy mérôhengerbe, majd desztillált vízzel feltöltjük 150 cm3-ig.

2. A 80 g/dm3-es oldat azt jelenti, hogy


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 81

100 cm3 oldatunk van, abban 50 cm3 alkohol van. 180 cm3 oldatban X cm3 alkohol van. X = 180 cm3 . 50 cm3 / 100 cm3 = 90 cm3 alkohol. Tehát a 90 cm3 alkoholt mérôhengerbe öntjük, és vízzel feltöltjük 180 cm3-ig. Más gondolatmenettel: 180 cm3 oldat 50%-a alkohol, azaz 90 cm3 alkoholhoz adunk annyi vizet, hogy az oldat össztérfogata éppen 180 cm3 legyen.

3. Az 50 térfogat% azt jelenti, hogy ha

4. A 6 tömeg% azt jelenti, hogy ha

100 g oldatunk van, abban 6 g konyhasó van. 150 g oldatban 9 g konyhasó van. Tehát 150 g 6 tömeg%-os konyhasóoldatot úgy készítünk, hogy 9 g konyhasót és 141 g vizet összeöntünk (141 g víz jó közelítéssel megfelel 141 cm3 víznek). Más gondolatmenettel: 150 g oldat 100%, az oldott anyag ennek 6%-a, azaz 150 . 6 / 100 = 9 g, ennyi konyhasót kell kimérni, a többi víz.

100 cm3 oldatunk van, abban 10 cm3ecetsav van. 250 cm3 oldatban 25 cm3 ecetsav van. 3 Tehát a 25 cm ecetsavat mérôhengerbe öntjük, és desztillált vízzel feltöltjük 250 cm3-ig. Más gondolatmenettel: 250 cm3 oldat 100%, ennek a 10%-a az oldott anyag, azaz 25 cm3 ecetsavat kell kimérni, és annyi vizet adunk hozzá, hogy az oldat össztérfogata 250 cm3 legyen.

5. A 10 térfogat% azt jelenti, hogy ha

6. 50 g kálium-nitrátot (KNO3) lemérünk, majd desztillált vízzel feltöltjük 1000 cm3-ig. 7. A 12 tömeg% azt jelenti, hogy ha 100 g oldatunk van, abban 12 g rézgálic van. 25 g oldatban 3 g rézgálic van. Tehát 25 g 12 tömeg%-os rézgálic oldatot úgy készítünk, hogy 3 g rézgálicot és 22 g vizet összeöntünk. Más gondolatmenettel: 25 g oldat 100%, ennek 12%-a az oldott anyag, azaz 25 . 12 / 100 = 3 g rézgálic (kristályvízmentes réz-szulfát), a többi víz. 8. A 8 tömeg% azt jelenti, hogy ha

100 g oldatunk van, abban 8 g citromsav van. 250 g oldatban 20 g citromsav van. Tehát 250 g 8 tömeg%-os citromsav oldatot úgy készítünk, hogy 20 g citromsavat és 230 g vizet összeöntünk. Más gondolatmenettel: 250 g oldat 100%, ennek 8%-a az oldott anyag, azaz 250 . 8 / 100 = 20 g citromsavat kimérünk, a többi víz.

9. 30 g/dm3 töménységû sóoldat azt jelenti, hogy 1 dm3 oldatban 30 g oldott anyag van, tehát 3 dm3 oldatban 3 . 30 g = 90 g oldott anyag van. Tehát 90 g sót bemérünk egy mérôhengerbe, és desztillált vízzel feltöltjük 3000 cm3-ig. 10. 150 cm3 1 térfogat%-os ecetsavoldatban 1,5 cm3 ecetsav van. Kérdés, hány cm3 20 térfogat%-os ételecetben van ugyanennyi ecetsav. 20 cm3 ecetsav van, A 20 térfogat%-os oldat azt jelenti, hogy 100 cm3 oldatban X cm3 oldatban van 1,5 cm3 ecetsav. X = 1,5 . 100 / 20 cm3 = 7,5 cm3 oldatban van. Tehát kimérünk 7,5 cm3 20 térfogat%-os ételecetet, és azt desztillált vízzel felhígítjuk 150 cm3-ig.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 82

11. 2 g cukor feloldása után az oldat tömege 42 g lett. Az oldott anyag tömege: 40 g 20 tömeg%-os szôlôcukoroldatban 20 g . 40 g / 100 g = 8 g. Ehhez adtunk 2 g szôlôcukrot, az oldott anyag mennyisége tehát 10 g. A kapott oldat 42 g-jában 10 g oldott anyag van, 100 g-jában 100 g . 10 g / 42 g = 23,8 g szôlôcukor van, vagyis az oldat 23,8 tömeg%-os. A mûvelet neve töményítés. 12. 1000 cm3 15 térfogat%-os alkohol-oldatban 150 cm3 alkohol van. Kérdés, hány cm3 96 térfogat%-os tömény alkoholban van ugyanennyi alkohol. 96 cm3 alkohol van, A 96 térfogat%-os oldat azt jelenti, hogy 100 cm3 oldatban 150 cm3 alkohol. 150 .100 / 96 cm3 = 156,25 cm3 oldatban van 3 Tehát kimérünk 156,25 cm 96 térfogat%-os tömény alkoholt, és azt feltöltjük desztillált vízzel 1000 cm3-ig. 13. Ha 150 g oldatban 15 g cukor van, akkor 100 g oldatban 15 g . 100 g / 150 g = 10 g cukor van, az oldat tehát 10 tömeg%-os. Ha 270 g oldószerben 30 g cukor van, akkor 300 g oldatban 30 g cukor van, 100 g oldatban 10 g cukor van, vagyis ez az oldat is 10 tömeg%-os. Egyenlô töménységûek.

1500 cm3 oldatban van 500 cm3 alkohol, 100 . 500 / 1500 = 33,3 cm3 alkohol. 100 cm3 oldatban van 3 200 cm3 alkohol, A másik oldat: 2000 cm oldatban van 10 cm3 alkohol. 100 cm3 oldatban van Az elsô oldat töményebb, mert 33,3 térfogat%-os, a második oldat 10 térfogat%-os.

14. Egyik oldat:

1000 g oldott anyag, (= 1000 g/dm3 ) azaz 100 cm3 oldatban van 100 g oldott anyag. 100 g oldott anyag, tehát az oldat térfogata valamivel Második oldat: 100 cm3 oldószerben van több, mint 100 cm3 (mivel az oldott anyagnak is van valamekkora térfogata), azaz 100 cm3 oldatban kevesebb, mint 100 g oldott anyag van. Az elsô oldat töményebb. 3 Az oldószer sûrûségébôl: 100 cm oldószer tömege 100 g, tehát 100 g oldószerben van 100 g oldott anyag, azaz 200 g oldatban van 100 g oldott anyag. Az oldat sûrûségébôl: 1 cm3 oldat 1,2 g tömegû, X cm3 oldat 200 g tömegû, X = 200 / 1,2 cm3 = 166,67 cm3 a térfogata a 200 g oldatnak, tehát 166,67 cm3 oldatban van 100 g oldott anyag, 1000 cm3 oldatban van 100 000 / 166,67 g = 600 g oldott anyag (= 600 g/dm3)

15. Elsô oldat:

1000 cm3 oldatban van

16. Egyik oldat összetétele (12 tömeg%): Másik oldat összetétele (18 tömeg%): A keletkezett oldat összetétele: azaz A keletkezett oldat tehát 15 tömeg%-os.

200 g oldatban 200 g oldatban 400 g oldatban 100 g oldatban

24 g só 36 g só 60 g só, 60 . 100 / 400 g = 15 g só.

17. Elsô oldat összetétele (30 térfogat%): 2000 cm3 oldatban van 600 cm3 alkohol. 3 450 cm3 alkohol. Másik oldat összetétele (15 térfogat%): 3000 cm oldatban van 1050 cm3 alkohol, A keletkezett oldat összetétele: 5000 cm3 oldatban van 3 azaz 100 cm oldatban van 100 .1050 / 5000 cm3 = 21 cm3 alkohol. A keletkezett oldat tehát 21 térfogat%-os.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 83

18. 15 tömeg%-os oldatra:

100 kg oldatban 15 kg oldott anyag van, 300 kg oldatban 45 kg oldott anyag van. Ha vizet párologtatunk el, akkor az oldott anyag mennyisége nem változik. 5000 dkg = 50 kg vizet elpárologtatunk, akkor 250 kg oldatban lesz 45 kg oldott anyag, 100 kg oldatban lesz 45 / 2,5 = 18 kg oldott anyag. A kapott oldat 18 tömeg%-os.

100 cm3 oldatban van 20 cm3 ecetsav, 1200 . 20 / 100 cm3 = 240 cm3 az ecetsav 1200 cm3 oldatban és 1200 – 240 = 960 cm3 a víz. Ha 600 cm3 vizet párologtatunk el, akkor az ecetsav mennyisége nem változik, és marad 360 cm3 vízben 240 cm3 ecetsav, vagyis az oldat térfogata 600 cm3. 240 cm3 ecetsav, Tehát 600 cm3 oldatban van 3 240 / 6 = 40 cm3 ecetsav van. 100 cm oldatban Az oldat 40 térfogat%-os. A mûvelet a bepárlás vagy töményítés.

19. 20 térfogat%-os oldatra:

20. 2 tömeg%-os timsóoldatra: 100 g oldatban van 2 g timsó, 2200 g oldatban van 44 g timsó. + 800 g víz (a timsó mennyisége változatlan): 2200 + 800 = 3000 g oldatban lesz 44 g timsó, 100 g oldatban lesz 44 . 100 / 3000 g = 1,47 g timsó. Az oldat 1,47 tömeg%-os. A mûvelet neve hígítás.

100 cm3 oldatban van 3000 cm3 oldatban van + 500 cm3 víz (az ecetsav mennyisége változatlan): 3500 cm3 oldatban lesz 100 cm3 oldatban

21. 10 térfogat%-os oldatra:

10 cm3 ecetsav, 300 cm3 ecetsav. 300 cm3 ecetsav. 100 . 300 / 3500 cm3 = 8,57 cm3 ecetsav lesz.

A kapott oldat 8,57 térfogat%-os, a mûvelet neve hígítás. 22.A 10 tömeg%-os oldatra: 100 g oldatban 10 g rézgálic van, X g oldatban 15 g rézgálic van. X = 100 . 15 / 10 g = 150 g oldatban van 15 g rézgálic és 135 g víz. Tehát 15 g rézgálicot 135 g vízben kell oldani, hogy 10 tömeg%-os oldatot nyerjünk. Más gondolatmenettel: 15 g oldott anyag 150 g oldatnak a 10%-a, tehát 15 g rézgálichoz 150 – 15 = 135 g vizet kell adni. 23. 10 tömeg%-os sósavoldatra: 100 g sósavban 10 g HCl. Kérdés: hány g 38 tömeg%-os oldatban van 10 g HCl? 38 tömeg%-os sósavra: 100 g sósavban van 38 g HCl, X g sósavban van 10 g HCl. X = 100 . 10 / 38 g = 26,3 g sósav. Tehát 26,3 g 38 tömeg%-os oldatot kimérünk, és 100 g – 26,3 g = 73,7 g vizet adunk hozzá. 24. 8 tömeg%-os sósavra: 250 g sósavban 2,5 · 8 = 20 g HCl van. Kérdés: hány g 20 tömeg%-os oldatban van 20 g oldott anyag? 20 tömeg%-os sósavra: 100 g oldatban van 20 g HCl, tehát kimérünk 100 g 20 tömeg%-os oldatot, és 250 g – 100 g = 150 g vizet adunk hozzá.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 84

19. óra: Az oldatok kémhatása. Indikátorok A töménységen kívül az oldatok egyik legjellemzôbb tulajdonsága a kémhatás. Ma már a reklámokban, a különbözô kozmetikai, háztartási szereken is szerepel a pH-érték. Igaz, hogy a pontos matematikai levezetését nem tanítjuk meg ezen a szinten, de a használatát, jelentését egyszerûen is megértethetjük. Megjegyzés: az egyik reklámban hangzott el egy testápolóról, hogy „5 pont 5 bôrsemleges pHértékû”. Az ilyen szövegeket érdemes értelmezni a kémiaórán: az 5,5-es pH-érték (az 5,5-t angolszász nyelvterületen 5.5-nek írják, és 5 point 5-nak ejtik) természetesen enyhén savas kémhatást jelent, de mivel normális esetben a bôrnek is ennyi a pH-értéke, így a bôrével megegyezô, attól nem eltérô pHértéket bôrsemlegesnek nevezték a reklámban – nem túl szerencsés módon. Az óra elôkészítése Anyag

Indikátoroldat készítése Néhány anyag vizes oldatának kémhatása

Interaktív tanagyag

Eszköz kés (a káposztalevél aprításálila káposzta, desztillált víz hoz), fôzôpohár, tároló üveg sósavoldat, ételecet, citromlé, csoportonként 7 kémcsô, deszt. víz, szódabikarbóna-oldat, kémcsôállvány, és a készített szalmiákszesz, nátrium-hidroxid- indikátort tartalmazó fôzôpohár oldat, indikátoroldat Óravázlatok: 13. A közömbösítés (elsô része) Kísérletek: 20. Lilakáposzta-lé indikátor hozzáadása különbözô vizes oldatokhoz Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 9. 62. oldal Kísérlet táblázata Képek, ábrák: 47. 105. ábra: Savak és lúgok (62. o.) 48. 106. ábra: A pH-értékek (62. o.) 49. 107. ábra: Univerzális indikátor papír skálája (63. o.)

Ha azt akarjuk, hogy mindig legyen a szertárban lila káposzta, egy nagyobb fej lila káposztát leveleire bontunk szét, a fûtôtestre kiterítve teljesen(!) megszárítunk. A száraz leveleket apróbb darabokra összetörve és porüvegbe töltve akár évekig is eláll, és mindig a megfelelô mennyiségû indikátorlé fôzhetô belôle. Nem csak a lila káposzta alkalmas indikátornak, hanem egyéb növényi részeket is fel lehet használni: lila orgona szirmai, cékla gumója, lila szeder, tealevél, pipacs szirmai, búzavirág szirmai stb. Gyûjthetünk az évszaknak megfelelô növényi szirmokat vagy bogyókat, és indikátoroldatot készíthetünk ezekbôl is. Háttér A pH fogalma A pH fogalmát a víz autoprotolízise alapján vezették be. Pontos vizsgálatok kiderítették, hogy a teljesen tiszta víz is vezeti egy kissé az elektromos áramot, mert tartalmaz bizonyos számú iont. Ha két vízmolekula egymással megfelelô irányból, megfelelô energiával ütközik, van bizonyos valószínûsége annak, hogy az egyik protont ad át a másiknak, így oxóniumion (H3O+) és hidroxidion (OH–) képzôdik: H-OH + H-OH H3O+ + OH– A folyamatot a víz autoprotolízisének nevezik (auto: saját maga (görög), jelezve, hogy „saját magának” ad át a víz protont). A reakció egyensúlyra vezet, amelyre felírhatjuk a tömeghatás törvényét (egyensúlyra vezetô reakciók esetén, ha a termékek koncentrációinak szorzatát a megfelelô hatványon elosztjuk a kiindulási anyagok koncentrációinak szorzatával a megfelelô hatványon, akkor egy állandó értéket kapunk, amit egyensúlyi állandónak nevezünk): Az egyensúlyi állandó: [H3O+][OH– ] K= [H2O][H2O]


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 85

Mérések alapján megállapították, hogy 25 °C-on [H3O+] = [OH– ] = 10–7 mol/dm3, vagyis standard körülmények között 1 dm3 vízben 10–7 mol oxóniumion és ugyanennyi anyagmennyiségû hidroxidion van. A nevezôben a víz koncentrációja szerepel mol/dm3 egységekben. 1 dm3 víz tömege 1000 g, ez megfelel 1000 g / 18 g/mol–1 = 55,56 mol víznek. Ebbôl kellene kivonni a disszociált víz móljainak a számát: 10–7 mólt. Az ionok koncentrációjának a mérési pontossága azonban jóval kisebb annál, minthogy ezt a mûveletet érdemes lenne elvégezni. A [H2O]-t tehát tekinthetjük állandónak, ezt megszorozva K-val szintén állandót kapunk. Az összefüggésünk a következôképpen módosul: Állandó érték:

K[H2O][H2O] = [H3O+][OH– ] K[H2O] [H2O] = Kv Kv = [H3O+][OH– ] = 10–14

A Kv = [H3O+][OH– ] összefüggést vízionszorzatnak nevezik. A számításban alkalmazott elhanyagolás miatt ez az összefüggés (és a lenti pH számítása is) csak híg vizes oldatokra ad pontos értékeket. Vizes oldatban tehát elég ismernünk vagy a [H3O+]-t vagy a [OH– ]-t, a másik értéke kiszámítható az összefüggésbôl. Mivel a savas kémhatást a H3O+-ok túlsúlya okozza, a lúgos kémhatást pedig a OH–-ok túlsúlya, a vizes oldatok savasságát, ill. lúgosságát jellemezni tudjuk az egyik ion koncentrációjával. Az ionok koncentrációjának az értékével (tíz negatív kitevôjû hatványai) kényelmetlen számolni, ezért vezették be a pH fogalmát (az oxóniumion koncentrációjának negatív logaritmusa): pH = – lg [H3O+] (A pH jelölés a francia „puissance d’hydrogéne”, magyarul „a hidrogén hatványkitevôje” kifejezésbôl származik.) A 0,1 mol/dm3 HCl-oldatban (mivel a HCl egyértékû erôs sav, és teljes mértékben disszociál), a [H3O+] koncentráció is 0,1 mol/dm3 (= 10–1 mol/dm3), vagyis a pH = 1. A 0,01 mol/dm3 HCl-oldatban a [H3O+] koncentráció 0,01 mol/dm3 (= 10–2 mol/dm3), a pH = 2, stb. A 0,1 mol/dm3 koncentrációjú NaOH oldatban [OH–] = 10–1 és mivel [H3O+][OH– ] = 10–14 [H3O+] 10–1 = 10–14 ezért [ H3O+] = 10–13, a pH = 13. Az adatokból kiderül, hogy minél kisebb a pH értéke, annál savasabb kémhatású egy vizes oldat, mivel annál nagyobb a H3O+-ok koncentrációja. Az is látszik, hogy savas oldatokban nemcsak a savas kémhatást okozó H3O+-ok vannak jelen, hanem a [H3O+][OH– ] = 10–14 egyenlet alapján kiszámítható anyagmennyiségû OH–-ok is. Hasonlóképpen minél nagyobb a pH értéke, annál lúgosabb kémhatású egy vizes oldat, annál nagyobb a OH–-ok koncentrációja, amelyek a lúgos kémhatást okozzák. Az is látszik, hogy lúgos oldatokban nemcsak a OH–-ok vannak jelen, hanem a [H3O+][OH– ] = 10–14 egyenletnek megfelelô anyagmennyiségû H3O+-ok is.

Erôs és gyenge savak A savak erôsségét p+-disszociációjuk mértéke határozza meg (disszociáció: egyensúlyi bomlás): HA + H2O H3O+ + A– (HA: sav; A–: savmaradék-anion) A sav értékûségét az határozza meg, hogy hány proton leadására képes.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 86

Az erôs savak híg vizes oldatban teljes mértékben disszociálnak, tehát az egyensúly teljes mértékben eltolódik a bomlás irányában, például: ⎫ egyértékû erôs HCl + H2O → H3O+ + Cl– ⎬ + – ⎭ HNO3 + H2O → H3O + NO3 savak ⎫ ⎬ H2SO4 + 2 H2O → 2 H3O+ + SO42– kétértékû erôs sav ⎭ Azért kell kihangsúlyozni, hogy híg vizes oldatról van szó, mert csak abban az esetben valósulhat meg, hogy az összes leadható proton valóban vízmolekulához kapcsolódik, ha elegendô vízmolekula áll rendelkezésre, ezért a víznek nagy koncentrációban kell jelen lennie. Egyértékû erôs savak híg vizes oldataiban könnyen kiszámítható az H3O+-ok koncentrációja, ha ismerjük a bemérési savkoncentrációt (cbemérési), ebbôl a savoldat pH-értéke is számolható: [H3O+] = cbemérési pH = – lg [H3O+] = – lg cbemérési A gyenge savak még híg vizes oldatban sem disszociálnak teljes mértékben: ⎫ ⎬ egyértékû gyenge sav CH3COOH + H2O CH3COO– + H3O+ ⎭ + 2– ⎫ ⎬ kétértékû gyenge sav H2CO3 + 2 H2O 2 H3O + CO3 ⎭ + 3– ⎫ 3 H3O + PO4 H3PO4 + 3 H2O ⎬ háromértékû közepesen erôs sav ⎭ + Gyenge savak híg vizes oldataiban akkor tudunk H3O -koncentrációt számolni, ha a bemérési savkoncentráció mellett ismerjük a disszociáció mértékét (Ks: egyensúlyi savi állandó), például ecetsavra felírva: [CH3COO– ][H3O+] Az egyensúlyi állandó: K= [CH3COOH][H2O] (Az egyenlôségben egyensúlyi koncentrációk szerepelnek.) Mivel híg oldatról van szó, melyben a víz koncentrációja nagy érték a többi jelenlévô ion koncentrációjához képest, így a víz koncentrációjának változása a disszociáció során elhanyagolható, értéke állandónak vehetô. A fenti egyenlôségben tehát két olyan tényezô szerepel, amelyek értéke állandó, K és [H2O], ezek szorzata megadja Ks-t: [CH3COO– ][H3O+] Az egyensúlyi savi állandó: Ks = [CH3COOH] A fent leírtakból következik: – minél hígabb a savoldat (akár erôs, akár gyenge sav vizes oldatáról van szó), annál kisebb az H3O+-ok koncentrációja, azaz annál nagyobb a savoldat pH-értéke (0 < pH < 7 tartományban); – minél gyengébb savról van szó (azonos bemérési savkoncentráció esetén), annál kisebb az H3O+-ok koncentrációja, azaz annál nagyobb a savoldat pH-értéke (0 < pH < 7 tartományban). (Ld. *K óra háttéranyagát is, 152. oldalon.) Savak savállandói: Sav Hidrogén-szulfát-ion Kénessav Oxálsav (sóskasav) Foszforsav Hangyasav Salétromossav Hidrogén-fluorid Propánsav (propionsav) Ecetsav


Képlet –

HSO4 H2SO3 (COOH)2 H3PO4 HCOOH HNO2 HF C2H5COOH CH3COOH

Ks 1,1 . 10–2 1,3 . 10–2 5,6 . 10–2 6,9 . 10–3 1,7 . 10–4 4,5 . 10–4 6,8 . 10–4 1,3 . 10–5 1,7 . 10–5

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 87

Sav Oxalátion Benzoesav Szénsav Hipoklórossav Dihidrogén-foszfát-ion Hidrogén-szulfit-ion Dihidrogén-szulfid Hidrogén-karbonát-ion Hidrogén-foszfát-ion

–

Ks

Képlet

5,1 . 10–5 6,3 . 10–5 4,3 . 10–7 3,5 . 10–8 6,2 . 10–8 6,3 . 10–8 8,9 . 10–8 4,8 . 10–11 4,8 . 10–13

HC2O4 C6H5COOH H2CO3 HOCl – H2PO4 – HSO3 H2S – HCO3 – HPO42

A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Indikátoroldat készítése Milyen színû a lila káposztalé vizes oldata? Lila (semleges közegben).

az indikátor színe az oldat kémhatása

sósavoldat

ételecet

citromlé

desztillált víz

szódabikarbóna

szalmiákszesz

nátrium-hidroxid-oldat

piros

piros

halványpiros

lila

kék

zöld

sárga

savas kémhatás

semleges

lúgos kémhatás

Feladatok 1. Az esôvíz 5,6 pH-értéke enyhén savas kémhatást jelent. 2. Növekvô pH-érték szerint: sósav (a sósav erôs sav vizes oldata), szódavíz (a szénsav gyenge sav), desztillált víz, szódabikarbóna (gyengén lúgos oldat), nátrium-hidroxid (erôsen lúgos oldat). 3. a) Nem oldat: desztillált víz. b) Sósav (a benne oldott hidrogén-klorid (HCl) gáz-halmazállapotú, erôs sav, vizes oldatának tehát lehet 1 a pH-értéke. c) Nátrium-hidroxid-oldat. A fenolftalein lúgos közegben rózsaszínû, a NaOH erôs lúg, lehet a pH-értéke akár 14 is. A munkafüzet feladatainak megoldása (19.) 1. A) Hamis, a savnak biztos, hogy 7-nél kisebb a pH-ja, a szalmiákszesz lúgos, tehát 7-nél nagyobb a pH-ja. B) Hamis. A lila káposzta leve semleges közegben lila. C) Igaz. D) Igaz. E) Igaz, mivel erôs lúg. F) Hamis, mert a szódabikarbóna-oldat lúgos kémhatású. (lúgosan hidrolizál: Na+ + HCO3– + H2O = Na+ + H2CO3 + OH– ) G) Hamis. A szappanoldat kémhatása lúgos, tehát a pH-érték növekszik. H) Hamis, a metilvörös savas közegben piros színû. I) Igaz, a tea színanyaga indikátorként viselkedik. *J) Igaz, a fahamu lúgos oldatát szappanfôzésre használták régen. (A fahamuban kálium-karbonát (K2CO3) van, amely vízben lúgosan hidrolizál: 2 K+ + CO32– + H2O = 2 K+ + HCO3– + OH– ) 2. pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 savas kémhatás: a, b, c, e semleges lúgos kémhatás: d, g kémhatás: f, h 3. Savas kémhatású Lúgos kémhatású 1., 4., 7., 8., 9., 10., 11., 12. 2., 3., 5., 6. 4. HCl, vizes oldata a sósav. Savas kémhatású. 5. a) Forrás, lecsapódás. b) Nem volt igaza, mert a só oldékonysága alig változik a hômérséklettel. c) Sóra nézve telítetté vált az oldat. d) Hígítás hatására telítetlenné vált az oldat, és képes volt további sót oldani. e) A cukros-sós oldat kémhatása semleges. f) Savassá vált az oldat.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

g)

Page 88

Sav

Az ecetes salátalében (ecet + só + víz) színtelen (savas) piros (savas) piros (savas)

A sós salátalében (só + víz) színtelen (semleges) barnásnarancs lila (semleges)

fenolftalein metilvörös lila káposztalé

*6. Milyen színûek az antociánok savas közegben? Az antociánok savas közegben piros, lúgos közegben kék színûek. Írj példát olyan növényekre, melyek antociántartalmúak! Lila káposzta, lila orgona, cékla, búzavirág, árvácska, lila szeder. Milyen színûek a karotinoidok? A karotinoidok sárgától pirosig terjedô színárnyalatúak lehetnek. Írj példát olyan növényekre, melyek karotinoidokat tartalmaznak! Sárgarépa, zöld levelek, árvácska. Mely tényezôk befolyásolják a virágok színének alakulását? a) A színezékek (festékanyagok) fajtái. b) A színezék mennyisége. c) A színezék milyen kémhatású közegben van. d) A fémionok minôsége és mennyisége. e) Egyéb anyagok jelenléte. *7. Kémhatás („kémény” fele + „hat” + „ás”).

20. óra: A természetes vizek Az alábbi részletes ábra rajzolása közben kitérhetünk a természetes vizek elôfordulására és jelentôségére: Különbözô ásványvizes címkék segítségével összehasonlíthatjuk az ásványvizek összetételét. Használjuk a munkafüzet ábráit és feladatait a természetes vizekkel kapcsolatos környezetvédelmi feladatok megbeszélése során! Az óra elôkészítése


Kitöltendô feladatok 2. Munkafüzetbôl: 15. 57. oldal 4. feladat 16. 58. oldal *6. feladat Képek, ábrák:50. 112. ábra: A víz körforgása (66. o.)

Háttér A felszín alatti vizek A felszín alatti vizeket védeni kell a szennyezéstôl, mert ezek alkotják azt a vízbázist, amibôl ivóvizet nyerhetünk.

mészkô csapadék barlang karsztforrás karsztvíz folyó talajvíz

tó vízzáró réteg (agyag) ivóvíznek alkalmas Környezetvédelem!

víztisztítás


talaj

tenger óceán

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 89

Talajvíz: – a felszíntôl az elsô vízzáróig (ha ez túl mélyen van, akkor 20 m-ig) tart; – 20 m alatt: mélytalajvíz, itt már nem érvényesül a meteorológiai hatás (pl.: nincs hôingás); – a vízzáró fölött található a telített zóna: ez 2 fázisú rendszer, pórusai teljesen ki vannak töltve vízzel, nincsen gázfázis; – a telített zóna fölött húzódik a kapilláris öv, ahol érvényesül a hajszálcsövesség a talaj apró pórusaiban, réseiben; nyílt kapilláris övnek nevezzük, ha legalább 1 m-re van a felszínhez, innen intenzívebb párolgás lehetséges; zárt kapilláris övrôl van szó, ha mélyebben van, így párolgás innen nem lehetséges; – a kapilláris öv fölött található az aerációs zóna: ez a levegôvel kapcsolatot tartó 3 fázisú rendszer. Helyenként fokozottabb párolgás

Felszín (domborzat)

Aerációs zóna Nyílt kapilláris öv Zárt kapilláris

1m A talajvíz oldalirányú mozgása korlátozott

talajvíz Telített zóna Vízzáró réteg

20 m A talajvíz szintje kicsit követi a domborzatot, nem teljesen vízszintes felület

Ha nincs vízzáró, a mélytalajvíz határa

A felszín alatti víz a víztartó kôzet folytonossági hiányaiban helyezkedhet el: – törmelékes kôzet szemcséi között: kavics, homok- vagy agyagszemcsék között. A kavics és homok szemcséihez „lazán” kapcsolódik a víz, míg az agyagszemcsék sokkal „erôsebben” kötik meg a vizet. Az agyag réteges szerkezetébe beépülhetnek vízmolekulák, ezáltal „duzzasztják” az agyagot, és megakadályozzák, hogy a víz „átfolyjon” az agyagos rétegen („vízzáró réteg”); – szilárd kôzetek repedéseiben, pl.: mészkôrepedésekben, dolomit repedéseiben. A mészkô valamelyest oldódik vízben, a repedések tágulnak, barlangok keletkezhetnek. A mészkô, dolomit repedései közötti víz a karsztvíz, mely jó minôségû, de nagy keménységû víz (nagy az oldott Ca2+- és Mg2+-tartalma).

Rétegvíz: – a felszínnel való kapcsolata korlátozott; – nem áll meteorológiai hatás alatt; – víztartó réteg alatt helyezkedik el törmelékes víztartó kôzetben. Ha a víztartó réteg alá fúrnak, artézi kutat nyerhetnek:

Kifolyó víz (Artézi kút) Felszín A nagy nyomású víz feltör a felszínre víztartó réteg szûrô


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 90

A tankönyvi feladatok megoldása 1. Természetes vizek: óceánok, tengerek, tavak, folyók, patakok, felszín alatti vizek (talajvíz, karsztvíz), csapadékvíz. 2. A desztillált víz kémiailag tiszta víz, csak vízmolekulákból áll (a vízmolekulákból származó OH –- és H3O+-ok természetesen nem számíthatók „más” részecskéknek). A csapvíz ivóvíz, tartalmaz bizonyos oldott anyagokat (lásd 13. táblázat). A tengervíz lényegesen több oldott sót tartalmaz (ld. tankönyv). 3. Az ivóvíznél különösen káros élettani hatása van a nitrogéntartalmú ionoknak. Az NH4+ friss rothadási folyamatot jelez (az elpusztult szervezetek fehérjebomlásának az elsôdleges terméke), amely nitrit- (NO2–), majd nitrát- (NO3–) ionná oxidálódik. A nitrátion nagyobb mennyisége (20 mg/dm3 felett) az ivóvízben káros hatású: a szervezet nem jut elegendô oxigénhez, mert a nitrátion a tápcsatornában nitritionná redukálódik, amely erôsebben kötôdik a vörös vérfestékhez, mint az oxigén. A betegséget „kék kór”-nak is nevezik, mert a beteg fulladozik és megkékül. A nitrátos víz a csecsemôkre fokozottan veszélyes. Falvainkban, de különösen a tanyák kútjaiban – a talajba juttatott mûtrágya miatt – nagyon sok helyen nitrátos a víz, amely ivásra teljesen alkalmatlan. Az ivóvizek nehézfémion-tartalma (Pb, Cd, Hg, As stb. tartalma) is mérgezô lehet. 4. A csapvíz drága és hosszadalmas tisztítási eljáráson megy keresztül, mire a háztartásokba eljut. Ivóvízkészleteink végesek. A munkafüzet feladatainak megoldása (20.) 1. a) Nem igaz, 3,5%. – b) Igaz, pl. a hidrogén-karbonát-ion (HCO3 ) biztosítja az ivóvíz kellemes, üdítô ízét. c) Igaz. d) Igaz. e) Nem igaz, bár az esôvíz a természetes vizek közül a legkevesebb oldott anyagot tartalmazza, de oldott szén-dioxidot, oxigént, városokban kén-dioxidot és egyéb anyagot is tartalmazhat. f) Nem igaz, az édesvizek is számos anyagot tartalmaznak oldva. g) Igaz. 2. A folyóvíz sokféle oldott anyagot tartalmazhat. A mozgásban lévô víz érintkezik a kôzetekkel, a talajjal, ásványokkal, és ezekbôl valamennyi anyagot kiold. Minél nagyobb az adott anyag mennyisége, illetve vízben való oldhatósága, annál nagyobb lesz a folyóvízben a töménysége. 16. oldott ásványi anyagokat tartal3. 2. átlátszó mazzon 7. színtelen 17. vastartalma nem lehet több, mint 10. legfeljebb 20 °C-os 0,2 mg/dm3 11. legfeljebb 8-as pH-érték 13. szagtalan 4. K

A G H

J

F

D

mészkô I

L

víz

E B

C

agyag (vízzáró)

*5. A Föld vizeinek jóval nagyobb része sós víz, és csak 3%-a édesvíz. Az összes édesvíz legnagyobb része jég formájában van jelen. Az összes édesvíznek csak 0,6%-a használható fel az emberiség számára (ez a Föld összes vizeinek 0,018%-a). A felhasználható vizek legnagyobb része a tavakból, legkisebb része a folyókból származik. Számítsd ki, hogy a Föld összes édesvizének hány %-át tartalmazzák a tavak! A tavakból származó víz az összes édesvíz kb. 0,4%-a.


KEMIA_7_JAV2

*6.

8/14/09

9:59

Page 91

CN- maximumértéke 35 mg/l 32,6 30 25 20 15

13,5

10 5

3,8 3,7

a szennyezôdés idôpontja (jan. 31.)

1

2

3

4

5

6

7 Hétfô

8

3,2 9

2,7 1,49 0,6 10 11 12 13 14 február napjai

A) A szennyezôdés idôpontjától távolodva az idôben, a ciánszennyezés mértéke csökkent (két hét alatt 80 mg/l-rôl 0,1 mg/l alá csökkent). A szennyezôdés helyétôl távolodva, a ciánszennyezôdés mértéke szintén csökkent (a romániai Lápos-pataktól a magyarországi tiszai szakaszon át a jugoszláviai Dunáig csökkent a szennyezôdés mértéke). Lónya febr. 3. Saj ó

Tisza-tó febr. 8.

Tiszalök febr. 5.

Csenger febr. 1.

a gyv Za

B) Mely mérési helyszínek vannak a) a Bodrog fölött? Lápos-patak, Csenger, Lónya b) a Bodrog és a Körös között? Tiszalök, Kiskörei tározó (Tisza-tó), Szolnok c) a Körös és a Maros között? Szeged (Tápé) d) a Maros alatt? Tiszasziget, a Duna (Jugoszlávia) A Körös vízbefolyása a Tiszába hogyan változtatja meg a ciánszennyezôdés mértékét? Hígítja, tehát csökkenti a mennyiségét.

Szolnok febr. 9. Körös

Szeged febr. 11.

Mar os

C) Melyik két mérési helyszín közé esik Csongrád? Szolnok és Szeged közé. A mérési adatok szerint milyen ciánszennyezôdés valószínûsíthetô Csongrádnál? Kb. 3 mg/l. A szakértô milyen adatot jelzett elôre? 2 mg/l. Mekkora az eltérés? 1 mg/l. Véleményed szerint (az adatok ismeretében) ez számottevô eltérésnek tekinthetô-e? Válaszodat indokold! Az adatok ismeretében ez az eltérés nem tekinthetô számottevônek, de a szakértô egy kicsit alábecsülte a valódi szennyezôdés mértékét. *7. 1. Természetes víz. Óceán, tenger, tó, folyó, csapadékvíz, talajvíz, karsztvíz. 2. Felszíni víz. Óceán, tenger, tó, folyó, csapadékvíz. 3. Édesvíz. Tó, folyó, csapadékvíz, talajvíz. 4. Vize nem szilárd halmazállapotban van jelen. Tó, folyó. 5. Vize állandó mozgásban van. Folyóvíz. Megoldás: karsztvíz.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 92

Összefoglalás A tankönyvi összefoglaló táblák és a munkafüzet segítségével ismételjük át a tanult szétválasztási mûveleteket, oldatokat, fogalmakat! oldás, szûrés, bepárlás, desztilláció, hevítés, mágneses elválasztás, Szétválasztási *kromatográfia mûveletek híg oldat / tömény oldat, telített oldat / telítetlen oldat Oldatok az oldószerben az oldott anyag lehet szilárd / folyadék / gáz-halmazállapotú a vizes oldat lehet savas / semleges / lúgos kémhatású az oldatok összetételét megadhatjuk: tömeg%-ban, térfogat%-ban, g/dm3-ben az oldhatóság (telített oldatra): x g oldott anyag / 100 cm3 víz (20 °C) keverék, elegy, oldat, oldószer, oldott anyag, oldódás, a levegô összetevôi, oldékonyság, vízoldFogalmak ható, zsíroldható, sav, lúg, indikátorok, pH-értékek, tengervíz, édesvíz, ivóvíz, ásványvíz, esôvíz, talajvíz, *adszorpció, *globális felmelegedés, *üvegházhatás, *CO-mérés, *szmog, *csapadék, *hidrátburok, *oldhatósági grafikon, *oldódás sebessége, *savas esôk Interaktív tananyag Játékok, feladatok: 7. Anyagdominó 10. Társasjáték: Alapismeretek – Keverékek Táblázatok: 2. Táblázatos összefoglalások: 3. Keverékek

A munkafüzet feladatainak megoldása (III.) 1. a) sósav: a hidrogén-klorid-gáz (HCl) vizes oldata, savas kémhatású b) szalmiákszesz: az ammóniagáz (NH3) vizes oldata, lúgos kémhatású c) desztillált víz d) jódtinktúra e) körömlakklemosó (aceton) f) salátalé: ecetsav vizes oldata, savas kémhatású (a cukor nem befolyásolja a kémhatást, csak a savanyú ízt érezzük kevésbé) g) ételecet: az ecetsav vizes oldata, savas kémhatású h) lúgkôoldat: NaOH vizes oldata, lúgos kémhatású i) szódavíz: a szén-dioxid vizes oldata, savas kémhatású j) konyhasóoldat: NaCl vizes oldata, semleges kémhatású A felsorolt anyagok közül melyik az, amelyik nem vizes oldat, és mégis jellemezhetô pH-értékkel a kémhatása? A desztillált víz, pH-ja 7. 2. Az oldhatóságból: 100 g vízben 28,5 g rézgálic van, 128,5 g oldatban 28,5 g rézgálic van, 100 g oldatban 28,5 · 100 / 128,5 = 22,17 g rézgálic van. Tehát a telített oldat 22,17 tömeg%-os 40 °C-on. 3. C) 1. A) 5. B) 7. B) 9. D) 3. A) 6. C) 8. A) 10. B) 2. A) 4. C) 1. A) 2.

B) 3. A) 4.

4. Szétválasztási mûvelet bepárlás lepárlás (desztilláció) szûrés mágnes alkalmazása *kromatográfia


C) 5. A) 6.

A) 7. C) 8.

B) 9. B) *10.

Fizikai tulajdonság, melynek különbsége alapján szétválasztható a keverék forráspontban van különbség forráspontban van különbség a) szemcseméretbeli különbség b) oldékonyság különbség (csapadékképzôdés) mágnesezhetôség *felületen való megkötôdésben van különbség

KEMIA_7_JAV2

5.

8/14/09

9:59

Page 93

kémcsôfogó kémcsô vízminta Bunsen-égô Szilárd só marad vissza tengervíz

Bepárlás

Nem marad vissza szilárd anyag desztillált víz

A tengervíz többféle sót tartalmaz oldva, töményebb oldat, mint a természetes édesvizek. A tengervíz ivásra, mosásra, öntözésre alkalmatlan. Bepárlásából különbözô sókat nyernek ki (például konyhasót). *6.

meszes víz nátrium-hidroxid szódavíz hidrogén-klorid hamuzsír szalmiákszesz ecetsav

• • • • • • •

• • • • • • •

a szappanfôzéshez alkalmazták régen gáz-halmazállapotú vegyület folyékony halmazállapotú vegyület szénsavas ital oltott mésznek is nevezik fehér, szilárd vegyület, felületén megköti a levegô páratartalmát lúgos kémhatású oldat, melyben gáz az oldott anyag

*7. Belsôenergia-növekedés [„be” + L S(ô)-N + NRGIA-növekedés].

II. Témazáró feladatlap megoldásai II. témakör A típusú feladatlap I. II.

1. Híg oldat: Az oldatban sokkal több az oldószer, mint az oldott anyag. 2. Indikátor: Jelzôoldat, mindig ugyanolyan színnel jelzi a sav vagy a lúg jelenlétét. A keverék

A szétválasztási mûvelet

só és homok

oldás, szûrés

sóoldat

bepárlás

A fizikai tulajdonság, ami szerint szétválasztjuk vízben való oldhatóság, szemcseméret illékonyságbeli különbség (forráspontbeli különbség)

III. Anyagok csoportosítása Kémiai elem 4., 6.

Vegyület 2., 5.

Keverék 1., 3., 7., 8.

IV. A) Hamis, 1000 cm3 oldatban van 0,1 g oldott anyag. B) Hamis, az esôvíz tartalmaz oldott anyagot. C) Igaz. D) Igaz. E) Igaz. V. (közönséges nyomáson) 0 °C 20 °C 50 °C 0 °C 20 °C 50 °C Cl2 (g)/100g víz ezüst-nitrát (g)/100 g víz 115 222 455 1,45 0,73 0,45 Cl2 (g)/100 g víz

ezüst-nitrát (g)/100 g víz 455

400 1,5 1,45 300 1 0,73 0,45

0,5

200

222

100 115 0

20

50

hômérséklet [°C]

0

20

50



KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 94

a) 0 °C-on melyik anyagnak nagyobb az oldhatósága? Az ezüst-nitrátnak. b) 50 °C-on melyik anyagnak kisebb az oldhatósága? A klórnak. c) Melyik anyag forralható ki az oldatból? A klórgáz. d) Melyik anyagnak változik az oldhatósága a hômérséklettel? Mindkettônek. e) Melegítés hatására melyik anyagnak nô meg az oldhatósága? Az ezüst-nitrátnak. f) Hûtéssel melyik anyagnak növelhetô meg az oldhatósága? A klórnak. g) Az oldhatósági adatok mindig milyen összetételû oldatokra vonatkoznak? Telített oldatokra. h) Melyik telített oldat hígabb: a klórgáz 20 °C-on telített oldata, vagy az ezüst-nitrát 20 °C-on telített oldata? A klórgázé. i) Mi történik, ha a 20 °C-on telített ezüst-nitrát vizes oldatát lehûtjük 0 °C-ra? Kiválik valamennyi szilárd ezüst-nitrát. VI.

Oldószer tömege 140 g

Oldott anyag tömege 60 g

Oldat térfogata 250 cm3 VII. D) 1. B) 2.

Oldat tömege 200 g

tömeg% 30

Oldott anyag térfogata 50 cm3 B) 3. A) 4.

térfogat% 20 B) 5. C) 6.

VIII.

A gyertya a hengerben továbbég addig, míg el nem fogy a levegôben lévô oxigén, ekkor elalszik. Az oxigéngáz helyére meszes víz kerül, ezért a hengerben a vízszint felemelkedik kb. a henger 1/5-öd részéig. Ebbôl tudhatjuk, hogy a levegônek kb. 20%-a az oxigén. (Az égés során keletkezô CO2-gázt a lúgoldat elnyeli.)

1/5

II. témakör B típusú feladatlap I. II.

1. Telített oldat: Adott mennyiségû oldószer több anyagot már nem tud oldani adott hômérsékleten. 2. pH-érték: Számszerûen kifejezi a vizes oldat kémhatását. A keverék

A szétválasztási mûvelet

A fizikai tulajdonság, ami szerint szétválasztjuk

só és jód sóoldat és homok

hevítés szûrés

szublimáció szemcseméret

Vegyület 6.

Keverék 1., 4., 5., 7., 8.

III. Anyagok csoportosítása Kémiai elem 2., 3.

IV. A) Igaz. B) Hamis, az ásványvizek oldatok. C) Igaz. D) Hamis, a levegô 1/5-e oxigéngáz. E) Hamis, minél erôsebb a lúg, annál nagyobb a pH-értéke.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

V.

9:59

Page 95

(közönséges nyomáson) 0 °C 20 °C 50 °C CO2 (g)/100 g víz 0,35 0,17 0,1

0 °C 20 °C 50 °C réz-klorid (g)/100 g víz 71 77 87,5

CO2 (g)/100g víz

réz-klorid (g)/100 g víz

87,5

80

0,4 0,35

77 60

0,3 0,2

40

0,17 0,1

0,1 20

0

71

50

20 20

0


50


a) 0 °C-on melyik anyagnak nagyobb az oldhatósága? A réz-kloridnak. b) 50 °C-on melyik anyagnak kisebb az oldhatósága? A szén-dioxid-gáznak. c) Melyik anyag forralható ki az oldatból? A szén-dioxid. d) Melyik anyagnak változik az oldhatósága a hômérséklettel? Mindkettônek. e) Melegítés hatására melyik anyagnak nô meg az oldhatósága? A réz-kloridnak. f) Hûtéssel melyik anyagnak növelhetô meg az oldhatósága? A szén-dioxidnak. g) Az oldhatósági adatok mindig milyen összetételû oldatokra vonatkoznak? Telített oldatra. h) Melyik telített oldat hígabb: a szén-dioxid 20 °C-on telített oldata, vagy a réz-klorid 20 °C-on telített oldata? A széndioxidé. i) Mi történik, ha a 20 °C-on telített réz-klorid vizes oldatát lehûtjük 0 °C-ra? Kiválik valamennyi szilárd réz-klorid. VI.



Oldat térfogata 500 cm3

Oldat tömege 150 g

tömeg% 12

Oldott anyag térfogata 25 cm3

VII. D) 1. B) 2.

térfogat% 5

C) 3. D) 4.

VIII.

A) 5. A) 6.

tapasztalat:

desztillált víz

E A

B

ammónium-klorid

nátrium-hidroxid

a kémcsô felmelegszik

a kémcsô lehûl

E oldat

kiindulási anyagok

kiindulási anyagok

oldat

B

A II. témakör C típusú feladatlap I. II.

1. Telítetlen oldat: Az oldatban még oldható oldott anyag az adott hômérsékleten. 2. Gázelegy: Különbözô gáz-halmazállapotú anyagok keveréke. A keverék vas és rézpor só és jód

A szétválasztási mûvelet mágnes használata hevítés

A fizikai tulajdonság, ami szerint szétválasztjuk mágnesezhetôség szublimáció


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 96

III. Anyagok csoportosítása Kémiai elem 3.

Vegyület 5.

Keverék 1., 2., 4., 6., 7., 8.

IV. A) Hamis, 1000 cm3 oldatban 10 g oldott anyag van. B) Hamis, az édesvizek is tartalmaznak oldott anyagot. C) Igaz. D) Hamis, az ammónium-klorid oldódása endoterm. E) Hamis, minél erôsebb a savoldat, annál kisebb a pH-értéke. V. (közönséges nyomáson) 0 °C 20 °C 50 °C 0 °C 20 °C 50 °C hidrogén-klorid-gáz (g)/100 g víz

82

72

vas-klorid (g)/100 g víz

63

hidrogén-klorid-gáz (g)/100 g víz 100

74,5

92

315

vas-klorid (g)/100 g víz 82

80

315

300 72 63

60

200

40 100 74,5 50

20 20

0

50 hômérséklet [°C]

92 50

20

0


a) 0 °C-on melyik anyagnak nagyobb az oldhatósága? A hidrogén-kloridnak. b) 50 °C-on melyik anyagnak kisebb az oldhatósága? A hidrogén-kloridnak. c) Melyik anyag forralható ki az oldatból? A hidrogén-klorid. d) Melyik anyagnak változik az oldhatósága a hômérséklettel? Mindkettônek. e) Melegítés hatására melyik anyagnak nô meg az oldhatósága? A vas-kloridnak. f) Hûtéssel melyik anyagnak növelhetô meg az oldhatósága? A hidrogén-kloridnak. g) Az oldhatósági adatok mindig milyen összetételû oldatokra vonatkoznak? Telített oldatra. h) Melyik telített oldat hígabb: a hidrogén-klorid 20 °C-on telített oldata, vagy a vas-klorid 20 °C-on telített oldata? A hidrogén-kloridé. i) Mi történik, ha a 20 °C-on telített vas-klorid vizes oldatát lehûtjük 0 °C-ra? Kiválik valamennyi szilárd vas-klorid. VI.



Oldat térfogata

tömeg% 16

Oldott anyag térfogata

3

500 cm VII. D) 1. B) 2.

Oldat tömege 1000 g 2,5 cm

D) 3. D) 4.

térfogat%

3

0,5 A) 5. B) 6.

VIII.

lakmusz: lila káposztalé:

sósav piros piros


ecet piros piros

szalmiákszesz kék zöld

nátrium-hidroxid-oldat kék sárga

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 97

21. óra: Az atom felépítése Az atomok létével kapcsolatban azt kell a tanulóknak megérteni, hogy a mi makroszkopikus világunkhoz képest mennyire parányi méretûek ezek a részecskék. Érdemes az atomszerkezet megismerésének történeti áttekintésével kezdeni (ismétlés: Démokritosz és Dalton atommodellje). Fontos, hogy az atom szerkezetét: az atom-atommag térfogat- és tömegviszonyát szemléltessük hasonlatokkal. Problémát jelenthet, hogy a tanulók még nem tanultak elektrosztatikát. Mivel a továbbiakban a kémia jelenségeinek a megértéséhez erre feltétlenül szükség van, okvetlenül érdemes a töltések vonzását-taszítását megbeszélni, bemutatni. Az óra elôkészítése Ha a tanulók még nem ismerik a jelenséget, érdemes az azonos töltések taszítását, illetve az ellentétes töltések vonzását szemléltetni. Ehhez nagyon egyszerû eszközöket lehet készíteni: bodzabél golyócskákat cérnaszállal felfüggesztünk. Ha ezekhez szôrmével megdörzsölt bakelitrudat érintünk (a bakelitrúd negatív töltésû), illetve bôrrel megdörzsölt üvegrudat érintünk (az üvegrúd pozitív töltésû), akkor vizsgálhatjuk, hogy az azonos töltésû és az ellentétes töltésû golyócskák hogyan mozdulnak el egymás közelében. Eszköz Elektromos kölcsönhatás vizsgálata Interaktív tananyag

bodzabélbôl készült golyók, cérnaszál, állvány, bakelitrúd, szôrmedarab, üvegrúd, bôrdarab Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 10. 71. oldal 3., 4. feladat Táblázatok a tankönyvbôl: 9. 15. táblázat: Az atomok adatai (69. o.) 10. 16. táblázat: Az elemi részecskék (69. o.) 11. 17. táblázat: Az atom felépítése (71. o.) Képek, ábrák: 51. 114. ábra: Dalton atommodellje (69. o.) 52. 115. ábra: Thomson atommodellje (69. o.) 53. 116. ábra: Rutherford atommodellje (69. o.) 54. 117. ábra: Bohr atommodellje (70. o.) 55. 118. ábra: 1932-ben megállapított atommodell (70. o.)

Háttér Rövid életrajzok olyan tudósokról, akik az atom felépítésével foglalkoztak John Dalton (1766–1844): Autodidakta angol természettudós, a színvakság (daltonizmus, 1794) felismerôje. Meteorológiai, botanikai, fizikai, csillagászati és földrajzi kutatásokat egyaránt végzett. Megállapította, hogy a gázkeverékek össznyomása az alkotó gázok parciális nyomásainak összege (1803), kísérletei, mérései segítségével kidolgozta a róla elnevezett Dalton-féle atomelméletet (1804, 1808), melynek alapján megfogalmazta a „többszörös súlyviszonyok törvényét”, és bevezette a relatív atomsúlyokat (1803). Madame Curie (Marie Sklodowska) (1867–1934): Lengyel származású francia fizikus és kémikus, kétszeres Nobel-díjas (fizikai, 1903, kémiai, 1911) tudós. Apja a varsói gimnázium matematikatanára volt. 1891-ben a párizsi Sorbonne-ra ment, ahol igen nehéz anyagi körülmények között folytatta tanulmányait. 1895-ben feleségül ment Pierre Curie-hez, akivel közösen végezték kutatómunkájukat egészen annak haláláig. Egyetemi tanár (1906), a Rádium Intézet vezetôje (1914). Doktori disszertációja a Becquerel-féle sugárzással foglalkozott (1903). Ô vezette be a radioaktivitás elnevezést. Az uránszurokérc vizsgálataiból új elemre következtetett, felfedezte a hazájáról elnevezett polóniumot (1898) és a radioaktív sugárzásra utaló elnevezésû rádiumot (1898). Elôállította a fémrádiumot (1910). A munkájával járó állandó radioaktív sugárhatás fokozatosan kikezdte egészségét, fehérvérûségben halt meg. Pierre Curie (1859–1906): Nobel-díjas (fizikai, 1903) francia fizikus. Bátyjával felfedezte a piezoelektromosságot (1880), tanulmányozta a mágnesességet, megállapította, hogy a ferromágneses rend adott, s az anyagra jellemzô hômérsékleten felbomlik (Curie-pont), és az anyag paramágnesessé válik. 1895-ben vette feleségül Marie Sklodowskát (Mme Curie), akivel együtt kezdte meg a rejtélyes Becquerel-féle sugárzás és az uránszurokérc vizsgálatát. uKÉMIA 7. tanári kézikönyvu97

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 98

1898-ban ismerték fel, hogy a sugárzás nem az érc urántartalmától függ. Több tonna uránérc feldolgozásával tizedgrammnyi rádium-kloridot nyertek (1902), mellette felfedezték még a radioaktív polóniumot is. Sir Joseph John Thomson (1856–1940): Nobel-díjas (fizikai, 1906) angol fizikus, az elektronok interferenciájának kimutatója. Cambridge-ben végezte egyetemi tanulmányait, majd késôbb a Cavendish Laboratórium igazgatója lett. Kimutatta a katódsugarak elhajlását elektromos térben, és ezzel igazolta, hogy nem elektromágneses sugárzásról van szó, hanem negatív töltésû részecskékrôl. Elektromos és mágneses eltérítéssel meghatározta ezen részecskék (elektronok) töltésének és tömegének arányát. A katódsugárzás tehát elektronokból áll, és a késôbbi mérések a töltésüket és tömegüket is megadták. Ezen ismeretek alapján Thomson megalkotta a róla elnevezett, legelsô atommodellt. Lord Ernest Rutherford (1871–1937): Új-zélandi származású, Nobel-díjas (kémiai, 1908) angol fizikus, az atommag bomlásának úttörô tanulmányozója. Új-Zélandon végezte egyetemi tanulmányait, Cambridge-ben ösztöndíjasként folytatta kutatásait, majd Kanadában kapott professzori kinevezést. Visszatért a Cavendish Laboratóriumba, és itt az uránsók sugárzását kezdte vizsgálni. Ennek során csoportosította a sugárzásokat, megalkotta a radioaktív bomlási elméletet. Az alfa-részecskék fémfólián való szóródásából következtetett az atomok szerkezetére. A Rutherford-féle atommodell szerint a kis méretû és a nagy tömegû atommag körül körpályákon keringenek az elektronok. Elsôként figyelt meg mesterséges magátalakítást: nitrogént bombázott alfa-részecskékkel. Niels Henrik Bohr (1885–1962): Nobel-díjas (fizikai, 1922) dán fizikus, egyetemi tanár. J. J. Thomson tanítványa, majd E. Rutherford munkatársa, mellette dolgozta ki az új, a kvantumfeltételekkel összhangban lévô atommodelljét (Bohr-féle atommodell, 1913). Werner Karl Heisenberg (1901–1976): Nobel-díjas (fizikai, 1932, a díjat 1933-ban adták át) német fizikus. A müncheni egyetemen tanult, majd doktorált (1923). Legnagyobb eredménye a kvantummechanika megalapozása: ez a kvantumos jelenségek leírására addig még nem használt matematikai módszernek, az ún. mátrixszámításnak az alkalmazását jelentette. Ezzel alapvetôen hozzájárult az atom szerkezetének pontosabb leírásához is. Heisenberg az elméleti fizika széles területén eredményesen kutatott; a fizika és a filozófia közötti kapcsolat értelmezésével is foglalkozott, és gondolatai alapvetôen hatottak a kutatások irányvonalára. A tankönyvi feladatok megoldása 1. 10 , azaz egymilliárd darab atom fér el 10 cm hosszon. 2. Az atommagban protonok és neutronok vannak, és egy proton vagy egy neutron tömege 1840-szer nagyobb, mint egy elektron tömege. 3. Melyiknek nagyobb a tömege? a) a proton > az elektron e) az atommag < az atommag b) a neutron > az elektron összes protonja c) a proton = a neutron f) az atom > az atom d) az elektronfelhô < az atommag összes neutronja összes elektronja 9

4. Melyiknek nagyobb a térfogata? a) az atom b) az elektronfelhô

> >

az atommag az atommag

c) az elektronfelhô

=

az atom

A munkafüzet feladatainak megoldása (21.) 1. A) Hamis. B) Hamis, a neutron semleges részecske. C) Igaz, az atom méretét az elektronfelhô határozza meg. 2.

Az atom felosztása atommag elektronhéj


Az elemi részecske neve és jele proton p+ neutron n0 elektron e–

D) Igaz. E) Hamis, a neutronok tömege is meghatározó. F) Igaz. Viszonyított tömeg 1 1 0,0005

Viszonyított töltés +1 0 –1

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 99

3. A protonok és neutronok. Az elektronok állandó mozgásukkal kitöltenek egy meghatározott teret az atommag körül, ezt elektronfelhônek nevezzük. Az elnevezés kifejezi, hogy nincs éles határfelülete az atomnak. 4. Az atom átmérôje 10 –10 m nagyságrendû, az atommag átmérôje pedig 10 –15 m nagyságrendû, tehát az atommag 5 nagyságrenddel kisebb, mint az atom, azaz százezred része az atomnak. *5. Démokritosz • • az elektron felfedezése Dalton • • oszthatatlan atom Rutherford • • ahány féle anyag, annyiféle atom van Curie házaspár • • a radioaktivitás vizsgálata Bohr • • „mazsolás puding” modell Thomson • • az elektronok valószínû tartózkodását az atomban kvantummechanikai atommodell • matematikai függvények írják le • „parányi naprendszer” modell • az atommag felfedezése • az atom „héjas” szerkezete 6. Mikor írta Wells a fent említett regényét? 1913-ban. Mi a címe? A fölszabadult világ. Milyen jelenségrôl ír az idézett részletben? Arról ír, hogy az atom nem oszthatatlan, és elbomlásakor nagy energiamennyiség keletkezhet. Wells saját korában mit tudtak az atomról? 1913-ban annyit tudtak az atomról, hogy az atom protonokból és elektronokból áll (a neutront csak késôbb fedezték fel). Rutherfordnak milyen szerepe volt az atomszerkezet kutatásában? Mikor alkotta meg atommodelljét? Kísérletileg bebizonyította, hogy az atom közepén egy parányi, de jóformán az atom teljes tömegét meghatározó pozitív töltésû mag van. Az általa megalkotott atommodell olyan, mint egy parányi naprendszer: az atom közepén lévô pozitív töltésû mag a Nap, és körülötte a negatív töltésû elektronok úgy keringenek, mint a Nap körül a bolygók. Atommodelljét 1911-ben alkotta meg. Mikor kereste fel Szilárd Leó Rutherfordot? 1933 ôszén, Angliában. Ki számolt be errôl a találkozóról? Teller Ede. Hogyan vélekedett Rutherford az atomenergia hasznosításáról? Igaza volt? Rutherford nem hitt az atomenergia felhasználhatóságában, nem volt igaza, mert 1934. március 12-én Szilárd Leó szabadalmat jelentett be a neutronláncreakciókkal kapcsolatban, aminek során az atomenergia felszabadítható. Mi a véleményed arról, hogy egy nagy hírû, fontos felfedezést tett tudós késôbb, egy tudományos problémával kapcsolatban „maradinak” bizonyul? A tudománytörténet több ilyen példát is ismer (Dr. Balázs Lóránt A kémia története c. könyve alapján): a) Cavendish korának kiemelkedô tudósa volt. Felfedezte a hidrogént, a levegôvel végzett rendkívül pontos kísérletei alapján már 1785-ben eljutott a nemesgázok létezésének feltételezéséig, amelyeket csak egy évszázaddal késôbb fedeztek fel. Ugyanakkor, annak ellenére, hogy még az életében felfedezték az oxigént, bevezették az égés oxigénelméletét, ô mégis élete végéig a téves flogisztonelmélet híve maradt. b) 1912-ben Küster megadta a hemin (a vér piros festékanyaga) molekulaszerkezetét, amelyet a Nobel-díjas Willstätter kifejezetten hibásnak tartott, pedig Küsternek lett igaza. c) Svante Arrhenius 1883-ban doktori disszertációjában kifejtette ionelméletét (ma elektrolitos disszociációnak nevezzük a folyamatot, amikor pl. a szilárd NaCl vizes közegben Na+-okra és Cl–-okra esik szét). Az uppsalai egyetem híres kémiaprofesszora, Cleve nem fogadta el a fiatal kutató elméletét: „Ebben a pohárban sóoldat van. Ön csakugyan elhiszi, hogy benne csak úgy úszkálnak a nátrium- és kloridionok?” *7. Elektron.

22. óra: Az atommag A legfontosabb az, hogy a tanulók megértsék: az atommagok a kémiai változások során nem változnak, az atommagok változásához (bomlásához vagy egyesüléséhez) felszabaduló vagy szükséges energia sok nagyságrenddel meghaladja a kémiai változásoknál fellépô energiamennyiséget. A radioaktivitás az atommag változása, bomlása, tehát ezt sem tudjuk kémiai módszerekkel befolyásolni. Az óra elôkészítése Táblázatok a tankönyvbôl: 12. 18. táblázat: Néhány atom felépítése (72. o.) Interaktív tananyag 13. 19. táblázat: A szén izotópjai (72. o.) 14. 20. táblázat: A hidrogén izotópjai (73. o.)

Háttér A magerôk Az eddigi ismeretek alapján jogos kérdés, hogy ha az atommagban olyan rendkívül kis helyre oly sok pozitív töltés zsúfolódik össze, hogyan lehetséges, hogy azonos töltésük következtében nem taszítják szét a magot.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 100

A nukleonokat (a mag részecskéit: a protonokat és a neutronokat együttesen) az ún. magerôk tartják össze. Ezek az erôk nem függnek a töltéstôl, rendkívül nagy erôhatások, de csak igen kis távolságban hatnak. Annak ellenére, hogy nem függnek a töltéstôl, csak protonokból álló atommag nem ismert, a neutronoknak az atommagban a protonokat összetartó szerep jut. Az urán radioaktív bomlása, a radioaktív sugárzás Az atommagban a neutronok száma a protonok számához képest a rendszám növekedésével nô. Ez azt jelenti, hogy míg a kisebb rendszámú atomoknál kb. ugyanannyi neutron van, mint proton, a nagyobb rendszámúaknál már több a neutron. Pl. a higanyatom egyik izotópjának az atommagjában 80 proton és 120 neutron van, vagy az urán radioaktív izotópjában 92 proton mellett 143 neutron van. Bizonyos kémiai elemek egyes izotópjainak atommagjai önként, spontán módon bomlanak (radioaktív izotópok). A maghasadási láncreakciókban (amelyek lejátszódnak az atombombában vagy az atomerômûvekben is) a magban lévô „neutron-többletnek” nagy szerepe van. Például a 235-ös tömegszámú urán-izotópnál maghasadás lép fel neutronok hatására: 235 + 10n = 139 + 86 + neutronok 92U 56Ba 36Kr A fenti radioaktív bomlás szerint az urán atommagjában 143 neutron van, míg a maghasadás után keletkezô bárium és kripton atommagjában összesen 133 neutron van. A felszabaduló neutronok újabb urán atommagokat bombáznak, azok bomlanak, így jön létre láncreakció. A felszabaduló atomenergia a kémiai energiákhoz képest jóval nagyobb: 1 kg urán hasadásakor felszabaduló energia kb. 3000 tonna, vagyis 3 . 106 kg szén elégésekor keletkezik. A világ harminc országában 431 energiatermelô reaktor mûködik. A megtermelt villamos energia mennyisége 2230 TWh/év [TW: tera watt = 1012 W], amely ezen országok villamosenergia-felhasználásának közel 23%-a. Magyarországon a paksi atomerômûben négy reaktorblokk üzemel. A paksi atomerômûben elôállított villamos energia mennyisége 14 TWh/év , amely az ország villamosenergia-felhasználásának közel 43%-a. A radioaktivitás az atommag bomlásának kísérôjelensége, amely semmiféle kémiai módszerrel nem befolyásolható. A kémiai változások az atommagot nem befolyásolják, a kémiai változások energiája sok nagyságrenddel kisebb, mint amekkora energiával az atommagban változást lehetne elérni. A radioaktív bomlást különbözô sugárzások kísérik. Sugárfizikai és sugárbiológiai szempontból két csoportra oszthatjuk ezeket: ionizáló sugárzások (az emberi szervezetben kimutatható fizikai és kémiai kölcsönhatásokat okoznak) és nem ionizáló sugárzások (biológiai hatásukról jóval kevesebbet tudunk, kimutatható fizikai és kémiai változásokat nem okoznak). Sugárfertôzéskor az elnyelt dózis bármely ionizáló sugárzásra vonatkozóan az adott anyagban elnyelt energia és a besugárzott tömeg hányadosa, mértékegysége a J/kg , jele a gray (Gy). Ha ezt az értéket megszorozzuk egy ún. biológiai hatásosságot jellemzô tényezôvel, akkor megkapjuk az adott szerv várható biológiai károsodását jellemzô egyenérték dózist, melynek jele a sievert [ejtsd: szívert] (Sv). Az ún. természetes háttérsugárzásból (kozmikus sugárzás, földi eredetû sugárzás) eredô sugárterhelés átlagosan 2,4 mSv/év [mSv: millisievert]. Léteznek ennél lényegesen magasabb „hátterû” területek is, amelyek fôleg a nagyobb radonkoncentrációnak tudhatók be. Ehhez a sugárdózishoz adódik hozzá az egyéb forrásból származó sugárterhelés: egészségügyi vizsgálat (röntgendiagnosztika, izotópdiagnosztika, sugárkezelés), egyéb sugárzás (nukleáris balesetek, fegyverkezési balesetek). Egyéni érzékenységtôl függôen kb. 1 Gy a küszöbdózis, mely fölött az emberi szervezetet károsodás érheti. Fontos tudni, hogy a radioaktív sugárzás semlegesítésére vagy a radioaktív bomlás megszüntetésére semmiféle módszer nincsen, csak a radioaktív anyag elôl való elzárkózás, annak eltávolítása, elszállítása, vagy a sugárzás leárnyékolása. Ezt azért is érdemes tisztázni, mert 1986-ban, a csernobili atomerômû katasztrófájakor hozzánk eljutó radioaktív porszennyezôdés esetén sokan azt gondolták, hogy ha megfôzik a zöldséget, akkor a radioaktivitása már veszélytelenné válik.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 101

Sugárzási veszélyhelyzet (sugárbaleset) korai idôszakában az elkerülhetô dózisokra való sürgôs intézkedési ajánlások. A beavatkozás típusa Elkerülhetô dózis elzárkózás (max. 2 napra) legalább 10 mSv effektív dózis kitelepítés (max. 1 hétre) legalább 50 mSv effektív dózis jódtabletták szedése legalább 100 mGy pajzsmirigydózis A jódtabletták szedése azért kiemelt fontosságú, mert a reaktorbalesetek során nagy valószínûséggel különféle jódizotópok kerülnek ki, amelyek sugárzása veszélyes, és a jód elsôsorban a pajzsmirigyben halmozódik fel. A jódizotópok többsége azonban rövid (órás, napos) felezési idejû. A jódtabletták szedése azért hatásos, mert a szervezetbe bevitt nem radioaktív jód kielégíti a pajzsmirigy jódszükségletét, mintegy blokkolja a jódfelvételt, s így a késôbb a szervezetbe bejutó radioaktív jód már nem épül be, hanem távozik a vizelettel. A fentiekbôl következik, hogy a tabletták szedése akkor a leghatásosabb, ha már a radioaktív szennyezés megérkezése elôtt néhány órával megkezdôdik, 1–2 óránál hosszabb idô elteltével már nem érdemes ezzel a módszerrel védekezni.

Oktatási intézmények „Biztonsági programjának” kialakítása nukleáris balesetek esetén (A Nukleárisbaleset-elhárítási Kormánybizottság Titkárságának megbízásából kiadott nyomtatvány alapján, 1997.) Kiemelt fontosságú a tanulóifjúság védelme, mivel az akkumulálódó dózis náluk nagyobb eséllyel okozhat betegséget életük folyamán. Elsôdleges feladat a megfelelô tájékoztatás, az atomenergia felhasználásával kapcsolatos minimális szükséges ismeretek átadása. Az iskolákat fel kell készíteni a nukleáris veszélyhelyzetre való megfelelô reagálásra, ha mégoly csekély valószínûséggel következhetnek is be. Az ilyenkor követendô magatartást, az elhárítási és védelmi intézkedések terveit, valamint azok megismertetését, az általános és ismétlôdô oktatás, tájékoztatás rendjét, a megvalósítás személyi és tárgyi eszközeit az iskolai Biztonsági programokban célszerû lefektetni. Ugyancsak fontos a szülôk megfelelô tájékoztatása. Fel kell mérni a lehetséges veszélyhelyzeteket, azaz kockázatelemzést kell végezni. Ez tartalmazhatja: a) az iskola környezetének feltérképezését, azaz – van-e a közelben atomerômû, vagy egyéb nukleáris létesítmény; – milyen az uralkodó széljárás, milyenek a csapadékviszonyok; – milyenek a felszíni vizek, amelyek adott esetben a radioaktív szennyezés terjedésében szerepet játszanak; – hogyan helyezkednek el a fô közlekedési útvonalak, amelyek potenciális menekülési útvonalként szolgálhatnak; b) az iskola belsô környezetének feltárását, azaz – melyek az elzárkózásra alkalmas helyiségek; – milyen optimális útvonalon lehet ezeket a helyiségeket az épület különbözô pontjairól megközelíteni; – hogyan lehet hozzáférni az elsôsegélynyújtó eszközökhöz, jódtablettákhoz és egyéb gyógyszerekhez; – a kitelepítés vagy áttelepítés optimális tervét; c) az iskola és környezetének viszonyát, azaz – a riasztási lánc tervét; – milyen hírközlô eszközök állnak rendelkezésre a szülôk, kollégisták stb. értesítésére, illetve a hatóságokkal való kapcsolattartásra;


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 102

– honnan érkezik az iskola ivóvize, képezhetô-e legalább néhány napos biztonsági tartalék; – honnan szerezhetô be esetleg biztonságos élelmiszer, gyógyszer. Az oktatási intézményekben foganatosított intézkedéseknél fokozottan számolni kell pszichológiai tényezôkkel (pl. elzárkózáskor), amelyek megnehezíthetik a fegyelem fenntartását, ezért a pedagógusok felkészítésénél erre is hangsúlyt kell fektetni. Pl. a pánikot megelôzendô figyelemelterelô foglalkoztatásnál nem szabad olyan játékokat vagy bármilyen egyéb foglalatosságot engedélyezni, amely fokozott légzéssel jár. Végül fontos, hogy baleseti szituációban az oktatási intézményekben dolgozó pedagógusok feladata elsôsorban a fegyelem fenntartására, a tanulók adatainak feljegyzésére és az esetleges elsôsegélynyújtásra terjed ki. A szakszerû balesetelhárítási tennivalók végrehajtása a megfelelô hivatalos szervek feladata és kötelessége. Ezek legfontosabb képviselôje a Polgári Védelem.

1. 2. 3. 4. 5.

A tankönyvi feladatok megoldása a) nátrium, b) 11, c) 11, d) 11. 41 20Ca (kalcium). Magnézium. 35 – 17 = 18 neutront tartalmaz, 1735Cl. A foszfor rendszáma 15, tehát atommagjában 15 proton van, és a semleges foszforatom elektronfelhôjét 15 elektron alkotja. Relatív tömege 31, tehát a 15 proton mellett 16 neutron van.

A munkafüzet feladatainak megoldása (22.) 1. C) 1. (Az eddig tanultak alapján mindkettôre igaz az állítás, bár tudjuk, hogy az 1-es tömegszámú hidrogén atommagjában nincsen neutron.) A) 4. C) 6. C) 8. A) 10. B) 2. D) 5. A) 7. D) 9. A) 3. 12 32 a) 40 18Ar b) 6C c) 16S a) Alumínium b) 13 c) 27 d) 14 e) 13 f) 13 B) Hamis, mert a hidrogénatomnak ezt az izotópját deutériumnak nevezzük, és 2-es a tömegszáma. Az atommagon belül a részecskékre hatnak az ún. magerôk, amelyek függetlenek a töltéstôl, és nagyságrendekkel nagyobb erôt jelentenek, mint a töltésbôl adódó vonzás, illetve taszítás. A magerôk azonban csak igen kis távolságon belül hatnak. Mindazonáltal nem létezik olyan stabilis atommag, amelyben több proton van, és nincs neutron. A neutronok jelenléte stabilizálja az atommagokat. *6. Az alkimisták szerint mire való a „bölcsek köve”? Mindenfajta fémet arannyá változtat, és általa nyerhetô az életelixír nevû folyadék is, amely halhatatlanságot biztosít fogyasztójának. Magyarázd meg, hogy miért nem teljesülhet az alkimisták vágya, hogy aranyat állítsanak elô más elembôl! Elemátalakításkor más rendszámú atomot kell elôállítani, vagyis az atommagot kell átalakítani. Ez olyan nagy energiát igényel, ami a kémiai reakciók energiaváltozásait több nagyságrenddel meghaladja, tehát kémiai reakció során nem mehet végbe atommag-reakció. Hogyan lehetne a mai kor ismereteit felhasználva más elembôl aranyat elôállítani? Atomenergiát felhasználva más atomból lehetne aranyatomot készíteni. A mesterséges elemátalakítás történhet úgy, hogy óriási gyorsítókban felgyorsított részecskével (pl. protonnal, neutronnal, He-atommaggal) „bombázzák”, vagyis ütköztetik az átalakítani kívánt atommagot. Véleményed szerint miért nem gyártanak így aranyat? Az így kapott arany rendkívül drága, hiszen „atomonként” állítják elô. *7. 4.

2. 3. 4. *5.

1. A T O M


T

2. P R O T O N

M

3. T Ö M E G S Z Á M

A

T É R F O G A T

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 103

23. óra: Az elektronszerkezet Értelmezni kell a gyerekeknek, hogy azt nem tudjuk megmondani, hogy hol van éppen az elektron az atomban, csak azt tudjuk megadni, hogy az atommagtól bizonyos távolságú, meghatározott térfogatú részben nagy valószínûséggel (90%-os valószínûséggel) megtalálható. A másik fontos dolog, amit a gyerekeknek meg kell érteniük, hogy attól függôen, hogy az elektronok az atommaghoz közelebb vagy távolabb tartózkodnak, más-más energiával rendelkeznek. A kedvezôbb helyzet általában alacsonyabb energiaszintet jelent, tehát ha az elektron az atommaghoz közelebb található (az atommag vonzó hatása jobban hat rá), akkor ez kedvezôbb, az ilyen elektron alacsonyabb energiaszintet képvisel. Ahhoz, hogy egy elektront kiszakíthassunk az atomból, energiát kell befektetnünk. Ha eleve a nagyobb energiával rendelkezô elektront akarjuk kiszakítani, akkor ezt kevesebb energiabefektetéssel tudjuk elérni, mintha egy kedvezôbb helyzetû, alacsonyabb energiaszinten lévô elektront akarnánk kiszakítani. Ezért az atommagtól legtávolabb esô, legkülsô héjon lévô elektronokat tudjuk a legkönnyebben, a legkisebb energiabefektetéssel kiszakítani az atomból, vagy még távolabbi, nagyobb energiaszintû elektronhéjra juttatni, gerjeszteni. A lángfestési kísérletek alapja, hogy energia (itt: hôenergia) segítségével a külsôbb elektronhéjra gerjesztett elektronok, ha „visszaesnek” az alacsonyabb energiaszintû héjakra, eközben energiát sugároznak ki. A leadott energiát a lángfestés esetén fényenergia formájában adják le, amit mi különbözô színekként érzékelünk. Az óra elôkészítése Ha illatszerszórókat feltöltünk a különbözô vizsgálandó sók oldatával, akkor az óra elôkészítése nem igényel sok idôt. Kísérlet Anyag Eszköz Lángfestés

lítium-, nátrium-, kálium-, kalcium-, bári- illatszerszóró flaskák (a megfelelô oldaumsóoldatok (például fémkloridok) tokkal feltöltve), Bunsen-égô, gyufa


Kísérlet: 21. Lángfestés Kitöltendô feladatok: 2. Munkafüzetbôl: 17. 68. oldal 3. feladat Képek, ábrák: 56. 125. ábra: A H-atom elektronfelhôje (75. o.) 57. A H-atom (75. o.) 58. A He-atom (76. o.) 59. 126. ábra: Az elektronhéjak (75. o.) 60. 127. ábra: Az Al elektronszerkezete (75. o.) 61. 128. ábra: Az elektronok energiaszintjei (76. o.) 62. 129. ábra: A Na-atom gerjesztett állapota (77. o.)

Háttér A pályaenergia Az atompálya az a térrész az atomon belül, melyben 90%-os valószínûséggel megtalálható az elektron. Az adott atompálya energiája (a pályaenergia) az az energia, amely akkor szabadul fel, ha az elektron a végtelenbôl az adott atompályára zuhan. Mértékegysége kJ/mol. A „végtelen” ebben az esetben azt a távolságot jelenti, ahol a mag vonzása már nem hat az elektronra. A definícióból következik, hogy a maghoz legközelebbi pályán lévô elektronok veszítenek legtöbb energiát, azaz a legbelsô pályán lévô elektronok vannak a legalacsonyabb energiaszinten, míg a távolabbi pályán lévô elektronoknak nagyobb az energiája. Ezt a tanulóknak nagyon nehéz lenne megérteni, hiszen azt mondjuk, hogy a külsô héjon lévô elektronokat lehet a legkisebb energiával eltávolítani az atomból. Éppen ezért célszerû, ha egyáltalán nem említjük az elektronok pályaenergiáját, hanem úgy fogalmazunk, hogy „a legkönnyebben eltávolítható elektron”, a „legerôsebben kötött elektron”. Az atomok elektronszerkezete Az elektronszerkezetet bonyolult matematikai számításokkal a kvantummechanika írja le. Az elektron nem fogható fel kis „golyócskának”, amely meghatározott pályán kering. Az atomban kötött elektronnak nem


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 104

tudjuk pontosan leírni a helyét az idô függvényében, mint egy körmozgást végzô golyónak. Az elektronnál csak azt lehet megmondani, hogy egy helyen mekkora valószínûséggel tartózkodik. Az atomba zárt elektron helye nem tetszôleges, az elektronok nem lehetnek az atomban „akárhol”, és nem lehet tetszôleges nagyságú az energiájuk. Az atomban lévô elektronok energiájának az értéke minden atomra jól definiált, amelyet az atommag pozitív töltésének és az elektron negatív töltésének a vonzása és az elektronok egymás közötti taszítása szab meg.

A kvantumszámok Az elektron pályáját, az atompályát ismerjük, ha tudjuk, hogy – mekkora az atompálya átlagos távolsága az atommagtól, – milyen az atompálya alakja, – milyen irányban helyezkedik el az atompálya (mágneses térben). Az atompályák fenti adatait 3 kvantumszámmal egyértelmûen leírhatjuk. A fôkvantumszám – jele n – jellemzi az atompályának a magtól való távolságát, vagyis a méretét. A távolság növekedésével n értéke is nô. n értékei lehetnek: 1, 2, 3, ......n n = 1 a maghoz legközelebbi lehetséges helyzetet jelöli, n = 2, n = 3 egyre nagyobb távolságokat jelentenek az atommagtól. Az azonos fôkvantumszámú elektronokat egy elektronhéjhoz tartozónak mondjuk. Az azonos fôkvantumszámú pályák héjakat képeznek. A héjak betûjelei n különbözô értékeinél: n: 1, 2, 3, 4, 5,... jele: K, L, M, N, O,... A mellékkvantumszám (jele l) az atompálya térbeli alakját jellemzi. A legbelsô pálya csak gömbszimmetrikus lehet, a nagyobb fôkvantumszámú (nagyobb méretû) pályák más alakúak. l értékei lehetnek: 0, 1, 2, 3, ....... (n – 1) Az azonos mellékkvantumszámú elektronok egy alhéjat alkotnak. A megfelelô alhéjak betûjelei (a betûjellel gyakrabban jelöljük az alhéjakat) l: 0, 1, 2, 3, .....(n – 1) jele: s, p, d, f, alak: gömb súlyzó bonyolult térbeli alakzatok A mágneses kvantumszám (jele m) az atompálya térbeli irányát adja meg mágneses térben. A gömbszimmetrikus töltéseloszlásnak természetesen nincs térbeli iránya, ott a mágneses kvantumszám értéke 0, a többi pályák esetén: m értékei lehetnek: – l, – l + 1, – l + 2, … 0, 1, 2, .... +l A fô-, a mellék- és a mágneses kvantumszámok az atompályáját jellemzik az atomban. Az atomban lévô elektron mágneses tulajdonsága kétféle lehet, ezt a spinkvantumszámmal (spinnel) jellemezzük: ms: +1/2, illetve –1/2. A – – –

pályaenergiáról tudni kell, hogy negatív érték, mert az elektron energiát veszít, miközben a magvonzás következtében adott pályára lép, az azonos fô- és mellékkvantumszámú pályák energiái azonosak, az azonos fôkvantumszámú, de eltérô mellékkvantumszámú pályák energiái nem nagy mértékben különböznek egymástól, – az egyes atompályákhoz tartozó pályaenergiák jelölése: E1s E2s E2p E3s ...


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 105

További általános törvényszerûségek az elektronszerkezet kiépülésével kapcsolatban: – a Pauli-elv, amely kimondja, hogy egy atomban nem lehet két olyan elektron, amelynek mind a négy kvantumszáma megegyezik, legalább az egyik kvantumszámukban különbözniük kell; – az energiaminimum elve, amely szerint mindig a lehetô legalacsonyabb energiájú pályára lép be az elektron. – a Hund-szabály, amely kimondja, hogy egy adott alhéjon az elektronok úgy helyezkednek el, hogy közülük minél több legyen párosítatlan. Mivel a párosítatlan elektronok azonos spinûek, a feltöltôdés úgy történik, hogy egy alhéjon minél több azonos spinû elektron legyen. Az egyes héjakon (azonos fôkvantumszám) és alhéjakon elektronok maximális száma a Pauli-elv értelmében: l n m szám betûjel 0 1 0 s 2 0 s 0 1 p –1, 0, +1 3

0 1 2

s p d

0 –1, 0, +1 –2, –1, 0, +1, +2

4

0 1 2 3

s p d f

0 –1, 0, +1 –2, –1, 0, +1, +2 –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3

(azonos mellékkvantumszám) elhelyezkedô ms

atompálya

+1/2, –1/2 +1/2, –1/2 +1/2, –1/2

1s 2s 2p

+1/2, –1/2 +1/2, –1/2 +1/2, –1/2

3s 3p 3d

+1/2, +1/2, +1/2, +1/2,

4s 4p 4d 4f

–1/2 –1/2 –1/2 –1/2

elektronok száma 2 2 6 8 2 6 10 18 2 6 10 14 32

Ha egy alhéjon éppen a maximális számú elektron van, telített az alhéj. A számokkal és betûjelekkel történô jelölés nem mutatja, hogy az egyes alhéjakon hogyan helyezkednek el az elektronok. Ezt a cellás ábrázolás szemlélteti. A cellás ábrázolás esetén egy-egy négyzet egy-egy atompályát jelöl, az ellentétes spinû elektronokat ellentétes irányú nyilak jelzik. Például a foszfor elektronszerkezetének jelölése: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 15P: ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ telített alhéjak félig telített alhéj Az alhéjak feltöltôdésének sorrendje olyan, hogy az atom energiája a legkisebb legyen. Azt várnánk, hogy egy-egy héj feltöltôdik teljesen, és azután kezdôdik meg a következô, eggyel nagyobb fôkvantumszámú héj feltöltôdése. Ez azonban a nagyobb rendszámú elemeknél nem így történik. A gömbszimmetrikus pályák elôbb töltôdnek fel elektronokkal, mint a bonyolultabb alakú d és f pályák. Az atompályák feltöltôdésének a sorrendje: 1s 2s 2p 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 3s 3p 3d 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 5d → 6p → 7s → 5f → 6d 6s 6p 6d 7s uKÉMIA 7. tanári kézikönyvu105

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 106

A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelések: Lángfestés Milyen színûre festette a lángot a nátrium: sárgára, a kálium: ibolyaszínûre, a kalcium: téglavörösre, a lítium: bíborvörösre, a bárium: halványzöldre. Feladatok 1. Hat rá az atommag vonzása és a többi elektron taszító hatása. 2. a) A lítiumnak 1 vegyértékelektronja van a legkülsô elektronhéján. b) A bórnak 3 vegyértékelektronja van a legkülsô elektronhéján. c) A szénnek 4 vegyértékelektronja van a legkülsô elektronhéján. *3. Mivel az atommag pozitív töltése változatlan maradt, de eggyel kevesebb negatív töltésû elektron veszi körül, pozitív töltésû lesz a létrejövô részecske. *4. Az atommagtól legtávolabbi elektronhéjon lévô elektront lehet könnyebben gerjeszteni. A vegyértékhéj egyik elektronját lehet könnyebben gerjeszteni. A munkafüzet feladatainak megoldása (23.) 1.

Az atommagban van 15 proton és 16 neutron 10 proton és 10 neutron 29 proton és 34 neutron

Elektronok száma az atomban 15 10 29 16 8O

2. Mi az elem neve? Mennyi a rendszáma? Mennyi a tömegszáma? Hány proton van az atommagjában? Hány neutron van az atommagjában? Hány elektron van egy atomjában? 3.

Tömegszám 31 20 63

Vegyjel N Ne O Cl F

Név nitrogén neon oxigén klór fluor

oxigén 8 16 8 8 8 Rendszám 7 10 8 17 9

p+ száma 7 10 8 17 9

Rendszám 15 10 29

Az elem neve és vegyjele foszfor, P neon, Ne réz, Cu

20 10Ne

28 14Si

neon 10 20 10 10 10

szilícium 14 28 14 14 14

Tömegszám 15 20 16 37 19

no száma 8 10 8 20 10

e- száma 7 10 8 17 9

4. a) Egy elem másik elemmé alakul, ha megváltozik az atomban a protonszám/neutronszám/elektronszám. b) Az ellentétes töltések vonzzák/taszítják egymást. c) Az atomban elektromos vonzóerô mûködik az elektronok között/a protonok között/az elektronok és protonok között. d) Az atomban elektromos taszítóerô mûködik az elektronok között/a protonok között/az elektronok és protonok között. e) Az alumíniumatomban az atommaghoz legközelebbi/legtávolabbi elektronra hat a legerôsebb vonzóerô. f) Az alumíniumatomból a vegyértékhéjról/atomtörzsbôl lehet a legkisebb energiabefektetéssel elektront eltávolítani. 5. Az elem minôségét: a protonok száma. A rendszámát: a protonok száma. . A vegyértékelektron-szerkezetét: a legkülsô héjon 6 elektron van. :S. : *6. Milyen nemzetiségû volt Bohr? Dán nemzetiségû. A közvélemény honnan ismerte a nevét eleinte? Focista volt. Jellemezd saját szavaiddal a Bohr-féle atommodellt! Bohr szerint az elektronok nem keringhetnek akárhol a mag körül, hanem csakis meghatározott sugarú pályákon, héjakon. Egy-egy héjon csak meghatározott számú elektron foglalhat helyet, és meghatározott energiával rendelkeznek. Mekkora a szöveg szerint egy atom átmérôje? Az atomok átmérôje körülbelül a milliméter tízmilliomod része. Ezt fejezd ki tíz hatványaként: 10 –7 mm = 10 –10 m. Ha gombostûfejnyinek képzeljük el az atommagot, akkor a legközelebbi elektron kb. hány méter sugarú pályán mozoghat körülötte? Az elektronok 20-tól 150 méter sugarú kör- vagy ellipszispályán keringenek az atommag körül. Mi történik a világító fénycsövekben lévô atomok elektronszerkezetével?


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 107

E külsô héj energiaszintje: itt nagyobb energiájú elektronok találhatók belsô héj energiaszintje: itt kisebb energiájú elektronok találhatók

Milyen párhuzam található a karikatúra és a különbözô atommodellek között? Egyik sem hû képe a valóságnak, csak segít megérteni a valóságot. *7. atomtörzs

24. óra: Az atomok elektronszerkezete és a periódusos rendszer Ennek az órának a legfôbb célja, hogy a tanulók megértsék ezen a szinten a periódusos rendszer és az atomok elektronszerkezete kiépülésének kapcsolatát. Meg kell látni az összefüggést a periódusok és az elektronszerkezet, valamint a csoportok és a vegyértékhéj szerkezete között. Az elmondottakat úgy gyakoroltathatjuk, ha sorra véve a periódusos rendszer elemeit, az elsô 20 elem atomjának elektronszerkezetét részletesen megbeszéljük. Meg kell ismerkedniük a periódusos rendszer egyes csoportjaival is. Mivel a hasonló vegyértékelektronszerkezet hasonló kémiai tulajdonságokat eredményezhet, ezek hasonló tulajdonságú elemcsoportokat is jelentenek egyben (alkálifémek, alkáliföldfémek stb.). Ismételjük át az 5. órán tárgyaltakat (kémiai elemek csoportosítása)! Az óra elôkészítése


Képek, ábrák: 63. 130. ábra: Mengyelejev (78. o.) Tartalomjegyzék: 9. Periódusos rendszer

Háttér A periódusos rendszer különbözô felosztása, az elemek csoportosítása a) Fémek – félfémek – nemfémek Fémek: – fémes tulajdonságúak (jellemzôjük a szürkés szín, a fémes fény, a szilárd halmazállapot szobahômérsékleten, a jó megmunkálhatóság, a jó hô- és áramvezetés, az egymással való ötvözhetôség), – fémrácsos szerkezetûek, – kis elektronegativitásúak (kémiai reakcióikban a kevés számú vegyértékelektront leadják, így gyakran képeznek kationokat), – kevés számú vegyértékelektronjuk van. A vegyértékelektron-szerkezet alapján további csoportosítás is lehetôvé válik a periódusos rendszerben, és az azonos vegyértékelektron-szerkezetet általánosan is jelölhetjük: – alkálifémek (ns1) [Li, Na, K, Rb, Cs, Fr] – alkáliföldfémek (ns2) [Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra] – földfémek (ns2np1) [Al, Ga, In, Tl] – átmeneti fémek ((n–1)d1–10ns1–2) [d-mezô fémei] – IV. fôcsoport (ns2np2) [Sn, Pb] – V. fôcsoport (ns2np3) [Bi] – ritkaföldfémek ((n–2)f1–14(n–1)d0–1ns2) [f-mezô fémei: lantanidák, aktinidák]

Nemfémek: – fizikai tulajdonságaik nem egységesek, – szerkezetük nem egységes,


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 108

– nagy elektronegativitásúak (kémiai reakcióikban gyakran képeznek aniont vagy kovalens kötésû vegyületet), – nagyobb számú vegyértékelektronnal rendelkeznek. További csoportosításuk a periódusos rendszerben az azonos vegyértékelektron-szerkezet általános jelölésével: – I. fôcsoport (ns1) [H] – széncsoport (ns2np2) [C] – nitrogéncsoport (ns2np3) [N, P] – oxigéncsoport (ns2np4) [O, S] – halogének (ns2np5) [F, Cl, Br, I] – nemesgázok (külsô elektronjaikat nem tekintjük vegyértékelektronoknak, mivel kémiai reakciókban gyakorlatilag nem vesznek részt) [He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn]

Félfémek: olyan kémiai elemek, melyeknek vannak fémes és nemfémes allotróp módosulataik is. Allotróp módosulatok: egy kémiai elem olyan változatai, melyek molekulaszerkezetben vagy kristályszerkezetben eltérnek egymástól. b) A periódusos rendszer „mezôi” Azok az elemek tartoznak egy mezôbe, melyeknek azonos alhéjaik épülnek ki: – s-mezô elemei (az s alhéj épül) [I. fôcsoport (H, alkálifémek), II. fôcsoport, He] – p-mezô elemei (p alhéj épül) [III., IV., V., VI., VII., VIII. fôcsoport a He kivételével] – d-mezô elemei (d alhéj épül) [átmeneti fémek] – f-mezô elemei (f alhéj épül) [ritka földfémek: lantanidák, aktinidák] Tendenciák a periódusos rendszerben: Atomméret – a periódusos rendszer egyes periódusaiban általában balról jobbra, a növekvô rendszámmal általában csökken, csoporton belül lefelé, a növekvô rendszámmal növekszik. Ionméret: A kationok sugara egy perióduson belül a rendszám növekedésével csökken, a csoportban lefelé nô. Ionizációs energia: a periódusos rendszerben periodikusan változik: minden periódusban az alkálifémeké a legkisebb és a nemesgázoké a legnagyobb, egy oszlopon belül pedig lefelé haladva csökken. A második ionizációs energia minden értéke nagyobb, mint az elsô ionizációs energiáé (pozitív ionról kell a negatív töltésû elektront leszakítani), egy perióduson belül az alkáliföldfémeké a legkisebb és az alkálifémeké a legnagyobb. Elektronegativitás: a periódusos rendszerben az oszlopokban lefelé haladva általában csökken, és a periódusokban balról jobbra haladva általában nô. A periódusos rendszerrôl néhány érdekesség Az elemek csoportosítása, rendszerezése csak akkor jöhetett szóba, amikor már elegendô számú elemet ismertek, a XIX. sz. elejétôl. Döbereiner (1780–1849), Lothar Meyer (1830–1895) és még mások is próbálkoztak valamiféle rendszerezéssel, de legsikeresebb az orosz Dimitrij Mengyelejev (1834–1895) volt. Mengyelejev 1868-ban az orosz Kémiai Társaság ülésén számolt be elemrendszerérôl. Nem csak az elemek fizikai adatait, hanem a kémiai tulajdonságokat is figyelembe vette. 1869-ben a következôképpen fogalmazta meg periódusos rendszerének alapelveit: „Ha az elemeket függôleges oszlopokba rendezzük el növekvô atomsúly szerint úgy, hogy a vízszintes sorok hasonló tulajdonságú elemeket tartalmazzanak ismét csak növekvô atomsúlyuknak megfelelôen, olyan elrendezést kapunk, amelybôl több általános következtetést vonhatunk le: 1. Az atomsúlyuk nagysága szerint elrendezett elemek tulajdonságaik periodikus változását mutatják.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 109

2. Kémiailag hasonló elemek atomsúlya vagy igen közel esik egymáshoz (Pt, Ir, Os), vagy azonos nagysággal növekszik (K, Rb, Cs). 3. Az atomsúlyok szerinti elrendezés megfelel az elemek vegyértékének és bizonyos fokig a kémiai viselkedésükben mutatott különbségnek, pl. Li, Be, B, C, N, O, F. 4. A természetben leggyakrabban elôforduló elemeknek kicsi az atomsúlya … és a legkönnyebb elem, a hidrogén jogosan szerepel mint tömegegység. 5. Sok új elem felfedezését megjósolhatjuk, pl. a Si és az Al analóg elemei a 65-ös és a 75-ös atomsúly között. 6. Néhány atomsúlyt feltehetôen javítani kell, pl. a Te atomsúlya nem lehet 128, hanem 123 és 126 közé kell esnie.” A kémikusok kezdetben nem értették meg Mengyelejev elgondolásának a lényegét. A sikert az hozta meg a számára, amikor a megjósolt elemeket (az eka-bórnak nevezett szkandiumot, az eka-alumíniumnak nevezett galliumot és az eka-szilíciumot, a germániumot) felfedezték, és az elemek tulajdonságai meglepô pontossággal megegyeztek a megjósoltakkal. A 104-nél nagyobb rendszámú elemek elnevezésére 1997-ben született megegyezés. A IUPAC ajánlására a rendszám görög elnevezése alapján hárombetûs vegyjelet javasoltak, a következô számnevek alapján: 0 nil

1 un

2 bi

3 tri

4 quad

5 pent

6 hex

7 sept

8 oct

9 enn

Ilyen alapon a 104-es elem az un-nil-quadium (Unq) a 105-ös elem az un-nil-pentium (Unp) nevet kapta. 1997 elôtt ezeknek az elemeknek már adtak neveket, az irodalomban gyakran így szerepelnek, ami az alábbi táblázatból kiolvasható: Rendszám 104 105 106 107 108 109 110 111

A rendszám alapján elnevezve Unnilquadium (Unq) Unnilpentium (Unp) Unnilhexium (Unh) Unnilszeptium (Uns) Unniloktium (Uno) Unnilennium (Une) Ununnillium (Uun) Unununnium (Uuu)

A hivatalosan használt nevek Rutherfordium (Rf) Dubnium (Db) Seaborgium (Sg) Bohrium (Bh) Hassium (Hs) Meitnerium (Mt) Darmstadtium (Ds) Roentgenium (Rg)

Ezek az elemek azonban rendkívül rövid életû radioaktív elemek (felezési idejük többnyire 1 s-nál is kevesebb), ezért a kémiai viselkedésük vizsgálata nehéz. A tankönyvi feladatok megoldása Feladatok 1. az alumíniumatomnak: három elektronhéja és három vegyértékelektronja van, az oxigénatomnak: két elektronhéja és 6 vegyértékelektronja van, és a brómatomnak: 4 elektronhéja és. . 7 vegyértékelektronja. van. 2. magnéziumatom: Mg: klóratom: :Cl . . . nitrogénatom: :N. . 3. a) Si (szilícium), b) F (fluor), c) Na (nátrium), d) O (oxigén). 4. a) 1 vegyértékelektronja, b) 7 vegyérékelektronja (halogének), c) 2 vegyértékelektronja van. 5. a) 10-es rendszámú, neon, Ne, b) 12-es rendszámú, magnézium, Mg, c) 10-es rendszámú, neon, Ne. A munkafüzet feladatainak megoldása (24.) 1. A) Hamis, mert a hidrogén is az I. fôcsoportba tartozik, de nem fém. B) Igaz. C) Hamis. D) Igaz. E) Igaz. F) Hamis, mert a He legkülsô elektronhéján csak 2 elektron van.


KEMIA_7_JAV2

2.

8/14/09

9:59

Page 110

Fémek 2., 3., 5., 6., 10., 11., 12.

Nemfémek 1., 4., 7., 8., 9.

3. A periódusos rendszer tartalmazza az összes ismert elemet. Periódusoknak nevezzük a vízszintes sorokat, fôcsoportoknak nevezzük az I. A, II. A ... VIII. A függôleges oszlopokat. A periódusos rendszerben a rendszám balról jobbra, illetve föntrôl lefelé nô. Az azonos fôcsoportba tartozó elemek atomjainak elektronszerkezetére az jellemzô, hogy vegyértékelektronjaik száma azonos, ezért kémiai tulajdonságaik nagyon hasonlóak/különbözôek. Az azonos periódusba tartozó elemek atomjainak elektronszerkezetére az jellemzô, hogy mindig egy újabb elektronhéj kezd kiépülni, ezért kémiai tulajdonságaik nagyon hasonlóak/fokozatosan változnak. 4. Mg 1. Al 3. He 5. Br 7. P 9. Li 2. Xe 4. Br 6. Al 8. Al 10. 5. Atomszerkezete: atommagja 11 protont tartalmaz, elektronfelhôjében összesen 11 elektron van. 3 elektronhéjjal rendelkezik, legkülsô héján 1 vegyértékelektron található. Alkálifém. *6. Melyik században élt Mengyelejev? XIX. sz.-ban. Melyik elemet fedezte fel Boisbaudran? Galliumot. Mirôl nevezte el? A franciák ókori hazájának nevérôl, Galliáról. Mit kifogásolt Mengyelejev Boisbaudran mérési eredményeivel kapcsolatban? Az újonnan felfedezett elem fajsúlyának mérési eredményét kifogásolta. Hogyan fogadta Boisbaudran a kritikát? Tisztább fémet állított elô, és megmérte pontosabban a fajsúlyát. Boisbaudran újabb mérései milyen eredménnyel zárultak? Mengyelejev elképzelései beigazolódtak. Tanulmányaid alapján válaszolj a szemelvény végén feltett kérdésre: vajon mi az oka annak, hogy az elemek tulajdonságai atomsúlyuktól függnek? Valójában az elektronszerkezettôl függnek a kémiai sajátságok, amit a rendszám határoz meg, ez viszont összefügg az atomsúllyal (mai atomtömeg fogalmának felel meg). 7. szilícium

*K óra: A nemesgázok (kiegészítô óra) Ha van lehetôség arra, hogy olyan jellegû kiegészítô órákat iktassunk a tanmenetbe, melyeken a tanulók kíváncsiságát felkelthetjük a tudományos érdekességek iránt, akkor célszerû ezzel a lehetôséggel élni. Az ilyen órákon a következô módszereket alkalmazhatjuk: – „kutató munkát” adhatunk a tanulóknak az interneten az adott témában, melyek közül a legérdekesebbek elhangozhatnak az órán; – kiadhatunk érdekes cikkeket, szövegszemelvényeket egy-egy diáknak, akik errôl beszámolnak a többieknek; – kiadhatunk érdekességeket egy-egy tanulócsoportnak, és ebbôl az órán „vetélkedôt” rendezhetünk játékosabb formában. Az óra során elmélyíthetjük a tanulók ismereteit a nemesgázatomok jellegzetes elektronszerkezete és kémiai viselkedésük kapcsolata között. Ehhez a munkafüzet feladatait is célszerû használni. Háttér Internetes oldalak a nemesgázokkal kapcsolatban www.sulinet.hu http://hmika.freeweb.hu/Kemia/Html/Nemesgaz.htm http://hu.wikipedia.org/wiki/Nemesg%c3%A1z http://www.kemiakonyv.hu/szervtelen/NF_nemesgaz.html Irodalom a nemesgázokkal kapcsolatban: Dr. Balázs Lóránt: A kémia története, Nemzeti Tankönyvkiadó, 1996 Breuer, Hans: SH Atlasz – Kémia, Springer Hungarica Kiadó Kft., 1995 Greenwood, N. N. – Earnshow, A.: Az elemek kémiája I–III., Nemzeti Tankönyvkiadó, 1997 Nyilasi János: Atomok és elemek, Gondolat Kiadó, 1972 Atkins, P. W.: A periódusos birodalom, Világ – Egyetem Sorozat, Kulturtrade Kiadó, 1995


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 111

A munkafüzet feladatainak megoldása (*K.) *1. A nemesgázok nevében a „nemes” arra utal, hogy nem reakcióképesek, önálló atomokként stabilisak, nem képeznek molekulákat, azaz nem lehet egykönnyen kémiai reakcióba vinni ezeket. Gázhalmazállapotban atomosak. Folyadék halmazállapotban is atomosak. Szilárd halmazállapotban is atomosak. (A nemesgázok kristályrácsában nemesgázatomok vannak a rácspontokon, mégsem tekintjük atomrácsnak, mert köztük nem alakulhatnak ki kovalens kötések, csak „diszperziós” kötések. Így olyan különleges molekularácsnak tekinthetjük, melynek rácspontjaiban „egyatomos molekulák” vannak.) Alacsony olvadás- és forráspont jellemzi ôket. Színtelenek és szagtalanok. Vízben nem oldódnak. *2. A hélium nagy mennyiségben fordul elô a Napban, de a földi légkörben és urántartalmú ásványokban is megtalálható. Az argon viszonylag nagyobb és állandó mennyiségben fordul elô a levegôben. A radon nagyobb mennyiségben fordul elô radioaktív ércekben. *3. A hélium felhasználása: meteorológiai léggömbök töltésére, mélybúvárok légzôpalackjában az oxigén mellett alkalmazzák stb. A neon felhasználása: neon fénycsövekben stb. Az argon felhasználása: argon-lámpákban, fémek hegesztésénél az oxidáció elkerülésére stb. A kripton felhasználása: kriptonégôk stb. A xenon felhasználása: xenonégôk stb. A radon felhasználása: gyógyászati izotópos diagnosztikában stb.

Összefoglalás A tankönyvi összefoglaló táblák és a munkafüzet segítségével ismételjük át a tanult fogalmakat, és gyakoroljuk a periódusos rendszerben való eligazodást! Játékos formában is gyakorolhatjuk:

„Ki vagyok én?” játék A játék lényege az, hogy valaki kitalál egy fogalmat, és elôre leír néhány információt a fogalomról, majd sorban felolvassa. Az, aki minél elôbb, azaz kevesebb információ alapján találja ki a keresett fogalmat, több pontot kap. Csak egyszer lehet rákérdezni a fogalomra; az, aki nem találta el, kiesik a játékból. Néhány példa: 1. Fogalom: tömegszám – az atom fontos adata vagyok (6 pontot ér, ha ebbôl kitalálja a keresett fogalmat) – értékem csak egész lehet (5 pontot ér, ha a két információ segítségével kitalálja a fogalmat) – értékem függ az atommag összetételétôl (4 pontot ér, ha az eddigi három információ segítségével kitalálja a fogalmat) – nagyságom változó lehet egy elem esetén is (3 pontot ér) – az izotópokat meghatározom (2 pontot ér) – a protonok és neutronok számának összege vagyok egy atommagban (1 pontot ér) 2. Kémiai elem: kén – a periódusos rendszer tartalmaz (7 pont) – a nemfémekhez tartozom (6 pont) – három elektronhéjam van (5 pont) – az atomtörzsem 10 elektront tartalmaz és az atommagot (4 pont) – sárga és szilárd vagyok (3 pont) – hat vegyértékelektronom van (2 pont) – az oxigéncsoporthoz tartozom (1 pont)


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

*Atommodellek

Fogalmak

9:59

Page 112

Démokritosz-féle oszthatatlan atommodell, Dalton-féle oszthatatlan atommodell, Thomson-féle „mazsolás puding”-modell, Rutherford-féle „parányi naprendszer”-atommodell, Bohr-féle „elektronhéjas”-atommodell, a mai kvantummechanikai atommodell atom, elemi részecske, proton, neutron, elektron, atommag, elektronfelhô, relatív tömeg és töltés, rendszám, tömegszám, izotóp, elektronhéj, vegyértékelektronok, atomtörzs, nemesgáz-elektronszerkezet, periódusos rendszer *magerôk, *gerjesztett állapotú és alapállapotú atom

Az óra elôkészítése Interaktív tananyag Játékok, feladatok: 8. Atomjáték 10. Társasjáték: Anyagszerkezet Táblázatos összefoglalások: 4. Anyagszerkezet A munkafüzet feladatainak megoldása (IV.) 1. A) Igaz. B) Hamis, a neutron relatív tömege – az atomi részecskék szokásos jellemzése szerint – egységnyi. C) Igaz. D) Igaz. E) Igaz (jó közelítéssel). F) Hamis, az elektron relatív tömege 0,0005 (kb. 2000-szer kisebb tömegû, mint a proton és a neutron.) 2. D) 1. (A felsoroltak között nincs olyan, melynek rendszáma 4, tömegszáma 7.) B) 2. B) 3.

C) 4. C) 5.

B) 6. A) 7.

B) 8. C) 9.

A) 10.

3. a) a foszfor rendszáma b) a magnéziumatom vegyértékelektronjainak száma c) a szén atomtörzsében lévô elektronok száma d) a kalciumatomban lévô elektronok száma e) a 126-os tömegszámú jódizotópban a neutronok száma

<

a fluor tömegszáma

<

a brómatom vegyértékelektronjainak száma

< >

a szilícium atomtörzsében lévô elektronok száma az argonatomban az elektronok száma a 127-es tömegszámú jódizotópban a protonok száma

>

4. Na, K 1. Fe 9. O, S 17. C 2. Cl 10. Na, Mg, Al, S, Cl, Ar 18. O, S 3. Kr 11. Fe 19. Ar 4. He, Ar, Kr 12. Cl, K 20. He 5. He, Ar, Kr 13. Ca 6. Ca 14. H 7. Na, Mg, Al, K, Ca, Fe 15. Mg 8. H, Na, K 16. 5. Rendszáma: 8. Protonjainak száma: 8. Elektronjainak száma: 8. A periódusos rendszer melyik csoportjában található? VI. A, oxigéncsoport. Hány vegyértékelektronja van? 6. Mibôl áll az atomtörzse? Atommag + az 1. elektronhéjon lévô 2 elektron. A periódusos rendszer melyik periódusában található? 2. periódus. Hány elektronhéja van? 2 elektronhéja van. Melyik a hozzá legközelebb álló nemesgáz? Ne. Melyik elem kémiai tulajdonságai hasonlítanak a leginkább hozzá? S, kén. Miért? Hasonló külsô elektronszerkezetük miatt, ahol mindkettônél 6 elektron van. *6. 4., B John Dalton (1766–1844) 1., A Sir Joseph John Thomson (1856–1940) 3., D Lord Ernest Rutherford (1871–1937) 2., C Niels Bohr (1885–1962) *7. 1. P R O T O N 2. N E U T R O N 3. E L E K T R O N F E L H Ô 4. R E L A T I V 5. I Z O T Ó P O K 6. D E U T É R I U M 7. T R Í C I U M 8. F Ô C S O P O R T


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 113

25–26. óra: Egyszerû ionok keletkezése Az órát érdemes kísérlettel kezdeni (nátrium és klór reakciója), amelynek értelmezésénél megbeszélhetjük az egyszerû ionok keletkezését. Az egyszerû ionok keletkezésének tanításánál a tanulók azt általában könnyebben belátják, hogy ha egy elektront felvesz az atom, akkor a keletkezô részecskének negatív töltése lesz, jobban meg kell azonban magyarázni a pozitív töltésû ionok keletkezését. Az egyszerû ionok keletkezésekor az elektronszerkezet megváltozásának értelmezéséhez célszerû a tankönyvi ábrákat használni (137–141. ábrák), melyek segítségével a méretváltozás is bemutatható. Ezt a témát célszerû két órában feldolgozni. A második órát szintén egy kísérlettel kezdhetjük (kalcium égése), és a bemutatott kémiai reakciót elektronszerkezeti magyarázattal és energiadiagrammal értelmezzük. Az óra elôkészítése Anyag

Eszköz 1.) mikroméretekben (ha nincsen elszívó fülke): injekciós tû (5 cm3-es, 20 cm3-es), kémcsô, gumidugó, oldalt lyukas kémcsô, kémcsôfogó, Bunsen-égô, gyufa, kés, csipesz, szûrôpapír 2.) ha van elszívó fülke: gázfelfogó henger, a tetejére óraüveg, oldalt lyukas kémcsô, kémcsôfogó, Bunsen-égô, gyufa, kés, csipesz, szûrôpapír

Nátrium és klór kémiai reakciója

nátrium; klórgáz fejlesztéséhez: KMnO4 és tömény HCl

Kalcium égetése

fém, kalcium darabka csipesz, Bunsen-égô, gyufa, óraüveg a keletkezett CaO felfogásához Kísérletek: 22. Klórgáz elôállítása 23. Fém nátrium 24. Nátrium és klór reakciója 25. Kalcium égetése Animációk:12. Egyszerû ionok képzôdése Kitöltendô feladatok: 2. Munkafüzetbôl: 18. 77. oldal 4. feladat Képek, ábrák: 65. 137. ábra: Na-atom és Ne-atom (83. o.) 66. 138. ábra: Cl-atom és Ar-atom (83. o.) 67. 139. ábra: Na elektront ad át a Cl-nak (84. o.) 68. 142. ábra: NaCl keletkezésének energiadiagramja (85. o.) 69. 143. ábra: Ca elektront ad át az O-nak (85. o.) 70. 144. ábra: Alkálifémek elektronszerkezete (86. o.) 71. 145. ábra: Alkáliföldfémek elektronszerkezete (86. o.) 72. 146. ábra: Halogének elektronszerkezete (86. o.) 73. 147. ábra: O és S elektronszerkezete (86. o.)


A kísérletekkel kapcsolatos gyakorlati megjegyzések: 1. Mikroméretekben, biztonságosan is elvégezhetjük azokat a kísérleteket, amelyek során kellemetlen szagú vagy mérgezô gáz keletkezik, vagy ilyen gázzal folyadék kísérletezünk. Viktor Obendrauf osztrák professzor egy tanulmányában leírta ennek megvalósítását mûanyag fecskendôk alkalmazásával, a kémia oktatásában. Eszerint egy egyszerû gázfejlesztô készüléket a következôképpen kell összeállítani: szilárd anyag A kémcsô aljára tesszük a szilárd anyagot, a kisebb méretû fecskendôbe pedig a gázfejlesztéshez szükséges folyadékot. A tûkkel egyszerûen átszúrjuk a gumidugót. A kisméretû fecskendôbôl fokozatosan csepegtetjük a folyadékot a szilárd anyagra, így gáz fejlôdik a kémcsôben, amit a nagyobb fecskendôvel felszívhatunk. A nagy fecskendônek „nyomáskiegyenlítô” szerepe is van, ha nagyobb a kémcsôben a nyomás, a fecskendô dugattyúja magától elindul felfelé. (Fontos a lassú csepegtetés, hogy a hirtelen fejlôdô nagyobb mennyiségû gáz ne lôjje ki a dugót a kémcsôbôl!) Ha megtelt a nagy fecskendô gázzal, akkor a fecskendôt lehúzzuk a tûrôl, gyorsan egy másik tût csatlakoztatunk hozzá, és a kívánt helyre „fecskendezzük” a gázt. A kémcsô gumidugójából kiálló „csupasz” tûre (amelyrôl eltávolítottuk a gázzal teli fecskendôt), egy aktív szénnel teli fecskendôt csatlakoztatunk, hogy a keletkezô gázok ne a környezetbe jussanak, hanem az aktív szén felületén megkötôdjenek.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 114

A kisebb méretû (2 cm3-es) fecskendô gumitömítés nélküli legyen (így a tömény savak nem teszik tönkre), a hozzá tartozó tûk (1,2 x 40 mm) az agresszív savakkal szemben is nagy passzivitást mutatnak. A nagyobb fecskendô (20 cm3-es) könnyen mozgó gumitömítéses legyen (szilikonolajjal bekenve ezt segíthetjük). A gázfejlesztôben a tûk egymástól a lehetô legtávolabb helyezkedjenek el, így nem keletkezhetnek gázok a fecskendôben. Az aktív szenes szûrôt néhány alkalom után cserélni kell. A tûket használat után rögtön mossuk el, és levegô átfúvásával szárítsuk, így hónapokig használhatók maradnak! A tû okozta sérülések elkerülésére ajánlatos a tûket úgy tárolni, hogy dugóba szúrjuk. Elôállítható gázok klórgáz hidrogéngáz oxigéngáz szén-dioxid-gáz kén-dioxid-gáz hidrogén-klorid-gáz ammóniagáz acetilén

Szilárd anyag (a kémcsôben) KMnO4 cinkszemcsék MnO2 Na2CO3 Na2SO3 NaCl NaOH-granulátum CaC2

Folyadék (a kis fecskendôben) tömény sósav tömény sósav 10%-os H2O2-oldat 10%-os sósav 10%-os sósav tömény kénsav ammóniaoldat víz

2. Oldalt lyukas kémcsô készítése: Egy kémcsövet (az alsó egyharmadánál) és egy kombinált fogóba fogott nagyméretû (100-as) vasszeget Bunsen-égô lángjába tartunk (szúróláng), és amennyire lehetséges, felhevítjük, majd az izzó szeget a felhevített kémcsô oldalába szúrjuk, erôsen benyomjuk, majd hirtelen kihúzzuk. Némi gyakorlással elsajátítható ez a mûvelet. Természetesen ott, ahol üvegtechnikusi segítség rendelkezésre áll, célszerû azt igénybe venni. Háttér Ionkristályok létrejöttének a feltétele Elemek kölcsönhatásából akkor jön létre ionrácsos kristály, ha a két atom elektronegativitás-különbsége nagyobb, mint 1,8 (∆EN > 1,8), és a két atom elektronegativitásának az összege közepes érték (ΣEN: 3,5–4,5). Az 1,8-as ∆ENhatárt nem lehet nagyon szigorúan venni, például a MgBr2 esetében a ∆ENBr-Mg = 1,5, ugyanakkor a magnézium-bromid olvadáspontja 700 ºC, ami olyan magas, hogy ionosnak kell tekintenünk a kristályszerkezetet.

∆EN

ENNa = 0,9 ENCl = 3,0

ionos NaCl

1,2

kovalens Cl2

fémes NaNa 1,8

4,8

6,0

ΣEN

A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Nátrium és klór kémiai reakciója A klór milyen színû és halmazállapotú anyag? A klór zöldessárga színû gáz. A nátrium milyen színû és halmazállapotú anyag? A nátrium szürke színû, lágy fém. A reakció során keletkezett anyag milyen színû és halmazállapotú? A keletkezett nátrium-klorid (NaCl) fehér kristályos anyag, fehér füstként keletkezik a reakció során. A látott folyamat kémiai vagy fizikai változás? Válaszodat indokold! A folyamat kémiai változás, mert a keletkezett fehér por (NaCl) teljesen más tulajdonságú, mint a nátrium és a klór, fizikai módszerekkel nem alakítható vissza a kiindulási anyagokká. Kísérleti megfigyelés: Kalcium égetése A kalcium milyen színû és halmazállapotú anyag? Szürke színû, szilárd halmazállapotú fém. Milyen színûre festi a lángot a kalcium? Téglavörös a lángfestése.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 115

Milyen színû és halmazállapotú anyag keletkezik? Fehér színû, szilárd halmazállapotú anyag. A látott folyamat kémiai vagy fizikai változás? Válaszodat indokold! A folyamat kémiai változás, mert a keletkezett fehér por (CaO) teljesen más tulajdonságú, mint a kalcium, és fizikai módszerekkel nem alakítható vissza kalciummá. Feladatok 1. a) neonatomnak: 10, d) neonatomnak: 10, g) neonatom: semleges,

e) nátriumatomnak: 11, f) nátriumionnak: 10,

b) nátriumatomnak: 11, c) nátriumionnak: 11,

h) nátriumatom: semleges, i) nátriumion: pozitív.

2. 19 protonja és 18 elektronja van a káliumionnak 3. a) az oxidion elektronszáma nagyobb szám b) egyenlô c) a kloridion elektronszáma nagyobb szám 4. a) a lítiumatom (Li) nagyobb átmérôjû b) a szulfidion (S2– nagyobb átmérôjû) c) a nátriumion (Na+) nagyobb átmérôjû A munkafüzet feladatainak megoldása (25–26.) 1. A) 1. C) 2.

A) 3. B) 4.

2. a)

C) 5. C) 6.

D) 7. D) 8.

a nátriumatom protonjainak száma (11) a klóratom elektronjainak száma (17) a neonatom elektronjainak száma (10) a kloridion protonjainak száma (17) a kalciumion töltése (+2) az O-atom vegyértékelektronjainak száma (6) az oxidion töltése (-2) az oxidion elektronjainak száma (10)

b)

= < = < > > < =

A) 9. B) 10.

a nátriumatom elektronjainak száma (11) a kloridion elektronjainak száma (18) a nátriumion elektronjainak száma (10) az argonatom protonjainak száma (18) a nátriumion töltése (+1) a Ca-atom vegyértékelektronjainak száma (2) a kalciumion töltése (+2) a neonatom elektronjainak száma (10)

3. Az egyszerû ionok az atomokból elektronfelvétellel vagy elektronleadással keletkeznek. Ennek a folyamatnak az a hajtóereje, hogy elérjék a stabilis nemesgáz-elektronszerkezetet. Ebbôl következôen ugyanabból az atomból származó ion rendszáma megegyezik az atoméval, de az elektronok száma vagy kevesebb (pozitív ion), vagy több (negatív ion) ennél. 4. Az atom vegyértékelektronHány elektront vett fel/adott Melyik nemesgáz elektronAz atom Az egyszerû ion képlete jainak száma le? szerkezetét érte el? a)

b)

*c)

Na Cl F

1 7 7

Na+

Ca O S Al

Cl F–

1-t adott le 1-t vett fel 1-t vett fel

Ne Ar Ne

2 6 6

Ca2+ O2– S2–

2-t adott le 2-t vett fel 2-t vett fel

Ar Ne Ar

3

Al3+

3-t adott le

Ne

–

5. Az anyagok mely csoportjába sorolható a kalcium? Fém. Mely tulajdonságai alapján sorolod ide? Szürke, fémes fényû, szilárd, kristályos, elektromos áramot vezeti, megmunkálható. Elektronszerkezete alapján: legkülsô elektronhéján kevés vegyértékelektron van. Milyen színûre festi a lángot a kalcium? Téglavörösre. *Milyen szerkezeti változással magyarázható a lángfestés? Az elektronok könnyû (viszonylag kis energiabefektetéssel járó) gerjeszthetôsége miatt. Milyen változás a kalcium égése? Kémiai változás. Milyen színû és halmazállapotú anyag keletkezik a kalcium égetése során? Fehér, szilárd anyag. Mi ennek az anyagnak a neve? Kalcium-oxid. Képlete: CaO.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 116

*6. A konyhasó milyen ionokra bomlik a vízben? Na+- és Cl – -okra. Ha ionokat tartalmazó oldaton áramot vezetünk át, mi történik az ionokkal? Az ionok vándorlása megindul. Az áramforrás negatív sarka felé milyen töltésû ionok vándorolnak? A pozitív töltésû nátriumionok. Az áramforrás pozitív sarka felé milyen töltésû ionok vándorolnak? A negatív töltésû kloridionok. Húzd alá a szövegben azt a részletet, melybôl kikövetkeztethetô, hogy a réz milyen töltésû ionokat képez vizes oldatban! …„réz válik ki a negatív elektródon”… Milyen töltésûeket? Pozitív töltésû ionokat. *7. 1. K A L C I U M I O N 2. O X I D I O N 3. A L U M Í N I U M I O N 4. K L O R I D I O N 5. C I N K I O N

izzó

áramforrás

grafitrúd

oldat

27. óra: Ionrácsos kristályok Kísérletek bemutatásának segítségével beszéljük meg az ionkristályos vegyületek keletkezését. Fontos, hogy az ionok töltésszáma alapján a tanulók képesek legyenek megállapítani az ionkristály összetételét. Fel kell hívni a figyelmet arra, hogy az ionvegyületek képlete csak az ionrácsban lévô különbözô ionok arányát mutatja, nem úgy, mint a molekulaképlet, mely egy molekulában lévô különbözô atomok számát adja meg. Ha szép kristályokat mutatunk be a gyerekeknek, szemmel látható lesz, hogy a kristályok „belsô rendje” megmutatkozik a szép kristályformákban (egyenes lapokkal határolt felületek). Az óra elôkészítése Anyag

Eszköz csipesz, Bunsen-égô, gyufa, óraüveg a keletkezô MgO-nak

Magnézium égése

magnéziumdarabka

Magnézium és jód reakciója

jód telített vizes oldata, kémcsô magnéziumforgács Kísérletek: 26. Magnézium égése 27. Magnézium és jód reakciója Játékok, feladatok: 9. Ionképletíró Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 11. 90. oldal 3. feladat 2. Munkafüzetbôl: 19. 80. oldal 3. feladat Képek, ábrák: 74. 149. ábra: NaCl ionrács (88. o.) 75. 151. ábra: Mg elektront ad át az O-nak (89. o.) 76. 152. ábra: Mg elektront ad át a I-nak (89. o.)


Háttér Ionos kötések erôssége A tisztán ionrácsosnak tekinthetô vegyületek viszonylag ritkák, gyakoribb a „kovalensbe hajló” ionkötés, ahol figyelembe kell venni a polarizáció jelenségét. Ez azt jelenti, hogy a kation pozitív töltése deformálja az anion elektronfelhôjét. Ez a deformáció olyan mértékû lehet, hogy a kötés kovalensbe hajlik. A polarizációra vonatkozó szabályok (Fajans-féle szabályok): 1. Minél kisebb méretû a kation, annál erôsebben polarizáló hatású, mert a töltés annál kisebb felületre koncentrálódik (ezért is említjük a kationokat mint polarizáló hatású részecskéket, mert ezeknek kisebb a mérete, mint az anionoknak). 2. Az anionok annál könnyebben polarizálhatóak, minél nagyobb méretûek, mert az ilyen anionoknál a legkülsô héj alatt a magtöltést a betöltött héj(ak) árnyékoljá(k). 3. Mind az anion, mind a kation töltésének a növekedése növeli a polarizációt. 4. A kation akkor fejt ki nagyobb polarizáló hatást, ha elektronszerkezete a nemesgázokétól eltérô, mert a nemesgázszerkezet gyakorolja a legnagyobb árnyékoló hatást a magtöltésre, és ezáltal csökkenti a kation polarizáló hatását.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 117

Ha a kötés nem tisztán ionos, hanem a polarizáció miatt kovalensbe hajló, akkor csökken az olvadáspont (átmenet a molekularácsos kristályhoz). Mindazok a tényezôk tehát, amelyek a polarizálhatóságot növelik, egyben csökkentik az olvadáspontot is. Nagyon jól kitûnik ez a tendencia, ha összehasonlítjuk a berillium-, magnézium- és kalcium-klorid olvadáspontját és ionsugarát. Az ionátmérô növekedésével csökken a polarizáló hatás, ezért az ionos jelleg egyre inkább dominál, az olvadáspont nô: Az ionsugár változása és az olvadáspont [pm = pikométer = 10 –12m]: Ion Be2+ Mg2+ Ca2+

Ionsugár [pm] 31 65 99

Képlet BeCl2 MgCl2 CaCl2

Olvadáspont [ºC] 405 712 772

Az ionrácsos kristályok rácsszerkezete Az ionkristályok ideális esetben úgy tekinthetôk, mintha határozott átmérôjû, gömb alakú pozitív ionok és negatív ionok a legszorosabb illeszkedéssel helyezkednének el egymás mellett. Ideális esetben tehát csak a két sugár hányadosa határozza meg a kristályszerkezetet, vagyis nincsenek kitüntetett vegyértékirányok, mint például a gyémánt rácsában. Ennek alapján kiszámítható, hogy milyen atomsugár-hányados mellett milyen kristályrácstípusra számíthatunk. Az egyik határeset, ha nagyméretû rA sugarú A-ionok (általában az anionok) és jóval kisebb méretû rK sugarú K-ionok (rendszerint kationok) képeznek egymással ionvegyületet, és az A-ionok szoros illeszkedése révén létrejött hézagokban elférnek a K-ionok. Szélsô esetben az A-ionok egymással is és a Kionokkal is érintkeznek. 2rA + rK

rK

rA 2rA

A kôsórács (NaCl)

Az ábra szerinti háromszögre felírhatjuk a Pitagorasz-tételt, majd ebbôl kiszámítható egyszerû matematikai mûveletekkel az ionok sugarának az aránya: rA : rK = 1 : 0,414, vagyis ha a sugarak aránya nem tér el ettôl az értéktôl nagy mértékben, akkor ún. kôsórács jön létre. Természetesen a valóságban nem pontosan ekkora sugárarányok fordulnak elô. A kôsókristálynál rNa+ : rCl– = 0,52, tehát, ha valamivel nagyobb a sugarak aránya, akkor is létrejöhet ez a típusú kristályrács. Ilyen kristályban kristályosodik pl. a LiBr, a LiI. A kôsórácsnál a koordinációs szám 6 (egy kationt 6 anion vesz körül a legkisebb távolságra, és fordítva). Ha a sugárhányados értéke ennél az aránynál jóval nagyobb, akkor kôsó típusú rács nem keletkezhet, mert az anionok által létesített hézagokban nem férnek el a kationok. Ekkor a kationt nyolc anion veszi körül, egy kocka csúcsain elhelyezkedve. Ilyen rácstípus pl. a cézium-kloridé (CsCl). A kocka csúcspontjain egymás mellett lévô anionok érintik egymást, az átlósak nem.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 118

rK ao

rA

ao ao 2

2rK + 2rA

ao 2ao

ao

ao

A cézium-klorid (CsCl) kristályrácsa

2ao

Az ábra szerint számítva ennél a rácstípusnál a sugárarány: rA : rK = 1 : 0,733. Ennél a rácstípusnál a koordinációs szám 8, minden kationt 8 anion és minden aniont 8 kation vesz körül a legkisebb távolságban. Ha a kristály AK2 összetételû, például a kalcium-fluorid (CaF2) esetében, a meggondolások akkor is érvényesek. A rCa2+ : rF- = 0,728, egy kalciumiont 8 fluoridion, és egy fluoridiont 4 kalciumion vesz körül a legkisebb távolságban a kristályon belül. Természetesen más rácstípusok is elôfordulnak, már csak azért is, mert az összetett ionok legtöbbje (pl. CO32–) nem tekinthetô gömb alakúnak.

Az ionrácsos kristályok rácsenergiája A rácsenergiát ideális esetben (ha a polarizációval nem kell számolnunk), az elektrosztatikus vonzás határozza meg. Egymástól d távolságban lévô Q1 és Q2 töltés között ható vonzóerô a Coulomb-törvény értelmében: F=

Q1 . Q2 Q1 . Q2 , illetve az energia: E = . 2 d d

A d távolság a pozitív és negatív töltésû ionok sugarának az összegét jelenti. A fentiek értelmében a rácsenergia annál nagyobb, minél nagyobb az ionok töltése, és minél kisebb méretûek az ionok. A kétszeres töltésû ionokat tartalmazó rácsban (például CaO) a számláló négyszer nagyobb értékû, mint az egyszeres töltésû ionok (például NaCl) esetén. Ilyen alapon magyarázható az a tendencia, hogy a növekvô ionsugarak csökkenô rácsenergiát és csökkenô olvadáspontot eredményeznek. Na+ ionsugara: 97 pm X: ionsugarak [pm] dNaX [pm] NaX ionkristály olvadáspontja [°C] NaX ionkristály rácsenergiája [kJ/mol]

F– 136 233

Cl– 181 278

Br– 195 292

I– 216 313

990

801

755

651

917

770

741

690

A nagyobb töltés befolyása a rácsenergiára, illetve az ezzel arányos olvadáspontra nagyon jól látszik, ha összehasonlítjuk a MgO és a LiF olvadáspontját. Az ionok távolsága majdnem ugyanakkora a két ionkristályban, ugyanakkor a MgO olvadáspontja lényegesen magasabb: ionok ionsugarak [pm]


Mg2+ 65

O2– 140

Li+ 60

F– 136

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 119

Az ionok távolsága [pm]: Olvadáspont [°C]:

rMgO = 205 2800

rLiF = 196 848

Az ionok egymásra gyakorolt polarizációs hatása (kovalensbe hajló ionkötés) az olvadáspontot csökkenti (átmenet a molekularácsos kristályba). A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Magnézium égése Milyen színû és halmazállapotú a magnézium? A magnézium szürke színû, szilárd halmazállapotú fém. Milyen fénnyel ég? Vakító, fehér fénnyel ég. (A Mg égéshôje igen nagy, az égésterméke a szilárd halmazállapotú MgO, melyet az égéskor felszabaduló nagy hômennyiség fehér izzásig hevít.) Égetés után milyen színû és halmazállapotú anyag keletkezik? Fehér színû por. Az elvégzett kísérlet fizikai vagy kémiai változás? A folyamat kémiai változás, mert a keletkezett fehér por (MgO) teljesen más tulajdonságú, mint a magnézium vagy az oxigéngáz, és fizikai módszerekkel nem alakítható vissza. Mi a reakciópartnere a magnéziumnak? Az oxigén, O2. Kísérleti megfigyelés: Magnézium és jód reakciója Hogyan változik az oldat színe a magnéziumforgáccsal való összerázás után? Az oldat halványbarna színe eltûnik. A látott folyamat kémiai vagy fizikai változás? A folyamat kémiai változás, mert magnézium-jodid (MgI2) keletkezik. Feladatok 1. Az ionkötés elemekbôl való létrejöttének a feltétele, hogy a reakcióba lépô elemek közül az egyik pozitív, a másik negatív töltésû ion képzôdésére legyen hajlamos, például az egyik fémes elem, a másik nemfémes elem legyen. Ha csak egyféle elembôl indulunk ki, annak atomjai nem tudnak kationt is és aniont is képezni. 2. Az alkálifémek szívesen (kis energiabefektetéssel) adnak le elektront (könnyen képeznek kationt), a halogénelemek könnyen vesznek fel elektront (kis energiaváltozással képeznek aniont). 3. a) KCl, LiBr, NaI, CaO, MgO (Alkálifémek és a halogén elemek, valamint az alkáliföldfémek és az oxigén. A CaS és a MgS ugyan létezô vegyületek, de bomlékonyak, vizes oldatban azonnal hidrolizálnak.) b) CaCl2, MgF2 c) Na2O (a nátrium-oxid létezô vegyület, kerülô úton, nátrium-vegyületbôl elôállítható, de a nátrium elégetve Na2O2vé, nátrium-peroxiddá ég el), K2O (szintén létezô vegyület, de a káliumot elégetve KO2, kálium-szuperoxid keletkezik). A munkafüzet feladatainak megoldása (27.) 1. A) Igaz. B) Hamis, mert a számaránya (mólaránya) 1:1. C) Hamis, az ionkötés erôs elsôrendû kémiai kötés. D) Igaz. E) Igaz, ez az azonos negatív és pozitív össztöltésnek köszönhetô. 2. Milyen részecskék találhatók a rácspontokban? Pozitív (kationok) és negatív (anionok) töltésû ionok. Milyen kölcsönhatás alakul ki a rácspontokban lévô részecskék között? Elektrosztatikus vonzás. Ez a kölcsönhatás milyen kémiai kötést hoz létre? Ionkötést. *Hányadrendû kötés jön létre? Elsôrendû kémiai kötés. Milyen erôs kémiai kötés jellemzi az ionrácsos anyagokat? Viszonylag erôs kémiai kötés. *A kémiai kötés erôsségébôl következtess az anyag keménységére (kicsi/nagy): nagy keménység, olvadás- és forráspontjára (alacsony/magas): magas olvadás- és forráspont.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

3.

Page 120

A kation

Az anion

Az atom, melybôl levezethetô

Az atom vegyértékelektronjainak száma

Hány elektront ad le az atom?

A kation képlete

Az atom, melybôl levezethetô

Az atom vegyértékelektronjainak száma

Hány elektront ad le az atom?

Na Ca Mg Mg Ca *Al Fe

1 2 2 2 2 3 3

1 2 2 2 2 3 3

Na+ Ca2+ Mg2+ Mg2+ Ca2+ Al3+ *Fe3+

Cl O O I Cl F S

7 6 6 7 7 7 6

1 2 2 1 1 1 2

Az anion képlete Cl – 2– O 2– O – I – Cl

F– S2–

Az ionvegyület képlete NaCl CaO MgO MgI2 CaCl2 *AlF3 **Fe2S3

(**Az Fe2S3 létezik, de instabilis vegyület, gyorsan oxidálódik.) 4. Nem jöhet létre ionvegyület azonos atomokból, mert ionvegyület különbözô elemekbôl úgy jöhet létre, hogy az egyik elem atomja lead, a másik elem atomja felvesz elektront. 5. A magnézium a fémekhez tartozik, mert fizikai tulajdonságai: szürke, fémes fényû, jól megmunkálható, az elektromos áramot vezeti stb., és elektronszerkezete alapján: legkülsô elektronhéján kevés elektron található. A jód a nemfémekhez tartozik, szobahômérsékleten szilárd, vízben kismértékben oldódik. A jódos vizet magnéziumporral összerázva a barnás színû jódoldat elszíntelenedik. Ez kémiai változás. *6. Fogalmazd meg saját szavaiddal, hogy mit nevezünk kôzetnek! A kôzet sokféle ásványszemcse halmaza. Mit nevezünk ásványnak? Elemekbôl vagy vegyületekbôl állnak, meghatározott belsô szerkezetük és kémiai összetételük van. Sorolj fel két szempontot, ami szerint csoportosíthatjuk az ásványokat! Kémiai összetételük, kristályszerkezetük alapján csoportosíthatjuk ôket. A fenti két szempont szerint hova sorolható a kôsó? Összetétel szerint: halogenid, kristályszerkezete szerint: szabályos kocka-kristályszerkezetû. Mit jelent az, hogy a kôsó keménysége 2? A Mohs-féle keménységi skálán az ásványok relatív keménységük szerint szerepelnek. Tíz közismert ásványt „karcolhatóságuk” szerint állított sorrendbe: mindegyik karcolja a nálánál kisebb keménységût és karcolható a nála nagyobb értékûvel. A kôsó 2-es keménysége azt jelenti, hogy a relatív keménysége kicsi. A saját szavaiddal magyarázd el, hogy a sós tavakból hogyan képzôdik a kôsó! A tó vizének párolgásával az oldat telítetté válik a kôsóra nézve, több sót nem tud oldani, és annak egy része kiválik. Ha a sós tavakban lévô oldott anyagok közül az oldhatóság az anhidrit < dolomit < gipsz < szilvin sorban nô, akkor vajon milyen sorrendben (rétegekben) válnak ki a bepárlódás során ezek az ásványok? Jelöld az ábrán a rétegek sorrendjét! A legjobban oldódó anyag válik ki utoljára (természetesen szerepe van az anyagok eredeti koncentrációjának is!) A: szilvin, B: gipsz, C: dolomit, D: anhidrit. Mivel magyarázható, hogy a kôsó a lángot sárgára festi? A nátrium lazán kötött vegyértékelektronja könnyen gerjeszthetô. *7. 1. 2. 3. 4. 5. 6. E L T I S E K P Ö O O Z K A N Z L I T L K R I S T Á L Y R Á C S Ö T É Á O I T Í S R N U É V S D M S E I L O N

28. óra: Kovalens kötés

A tanulók már tudják, hogy kémiai reakciók során új anyagok keletkeznek. Tanultak már az ionos kötésrôl, és ebbôl kiindulva megállapíthatjuk, hogy egy reakcióban részt vevô anyagok elektronszerkezete megváltozik: a stabilis nemesgáz-elektronszerkezetet kialakíthatják teljes elektronátadással (ionok képzôdnek és ionkötés jön létre), de nem biztos, hogy mindig létrejöhet a teljes elektronátmenet. Ilyenkor közös elektronpár alakulhat ki a két atom között, kovalens kötés jöhet létre. Kiegészítésként részletesebben is értelmezhetjük a gyerekeknek: ha az atom elektronszerkezete olyan, hogy 1 vagy 2 elektron leadásával könnyedén ki tud alakítani nemesgáz-elektronszerkezetet, akkor könnyen megválik a vegyértékelektronjaitól (az alkálifémek és alkáliföldfémek elektronvonzó képessége kicsi).


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 121

Ha az atom elektronszerkezete olyan, hogy 1 vagy 2 elektron felvételével tudja kialakítani a nemesgáz-elektronszerkezetet, akkor szívesen felvesz elektront (a halogének, az oxigén és a kén elektronvonzó képessége nagy). Ha a kötésben lévô atomok elektronvonzó képességének különbsége [= elektronegativitás-különbség, ∆EN] nagy, akkor várhatóan ionos kötés alakul ki, ha kisebb, akkor inkább kovalens kötés jön létre. A kovalens kötés tanításánál a kötô elektronpárok kialakulását szemléltetnünk kell. A tankönyv ábrái alkalmasak a szemléltetésre, de az interaktív tananyagban ezek az ábrák megelevenednek..

Irásvetítô segítségével a 156. ábra alapján két különálló fóliára felrajzolhatjuk a hidrogénatomokat, majd egymás felé tolva a két fóliát, a molekulaképzôdést is szemléltethetjük. Hasonlóan: a 158. ábra segítségével a két különálló hidrogénatomban lévô elektronok „pillanatfelvételeit” (elektronsûrûségét) rajzoljuk meg fóliára, összetolva a két fóliát megkapjuk a hidrogénmolekula elektronfelhôjét. Térbeli modelleket és mágnestáblát is használhatunk a hidrogénmolekula keletkezésének modellezésére. Az óra elôkészítése


Animációk: 13. Molekulák kialakulása 21. Térkitöltéses molekulamodellek Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 12. 93. oldal 1. feladat 2. Munkafüzetbôl: 20. 83. oldal 4. feladat Képek, ábrák: 77. 154. ábra: Két H-atom összekapcsolódása (91. o.) 78. 156. ábra: H2-molekula képzôdése (91. o.) 79. 158. ábra: H2 elektronfelhôje (92. o.) Tartalomjegyzék: 9. Periódusos rendszer Modellek

Háttér A kovalens kötés A kovalens kötés során két atom ellentétes spinû elektronjai a két pozitív atomtörzs vonzása következtében ún. molekulapályára kerülnek, kialakul a kötô elektronpár, amelynek mozgását mindkét atomtörzs befolyásolja. A kovalens kötés létrejöttét úgy is elképzelhetjük, hogy a kötést létesítô atomok közel kerülve egymáshoz, vonzzák egymás elektronjait, és az atompályák „átfedése” miatt az atompályák módosulnak molekulapályákká. A Pauli-elv a molekulapályákra is érvényes, vagyis egy adott molekulapályán legfeljebb két, ellentétes spinû elektron lehet. A kötô elektronok molekulapályái kisebb energiaszintet jelentenek, mint az atompályák, tehát a kovalens kötés kialakulása energetikailag kedvezô, pl. 2 H(g) = H2(g) ∆H = –436 kJ/mol Kovalens kötés nem jöhet létre, ha a két atom elektronegativitás-különbsége nagyobb, mint 1,8–2,0. (A megadott határok nem pontos értékek. Általában 1,8 körül erôsen poláris a kötés, ennél nagyobb elektronegativitás-különbség esetén ionkötés alakul ki.)

A kovalens kötés jellemzôi A kötéstávolság alatt a kötésben részt vevô két atom atommagjának a távolságát értjük. Az értékét általában pm-ben adják meg [pikométer = 10 –12 m]. Kötési energia alatt az 1 mol molekulában két adott atom közötti kötés felszakításához szükséges energiát értjük. Jele: Ekötés, mértékegysége kJ/mol, elôjele: +. (A kémiai szakirodalomban elôfordul, hogy az ellentétes folyamatot definiálják mint kötési energiát. Ekkor a kötési energia elôjele negatív.) A kovalens kötéseket többféle szempont szerint csoportosíthatjuk. Lehet: – egyszeres és többszörös, a kötô elektronpárok száma szerint;


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 122

– apoláris és poláris, a kötô elektronpár tartózkodási valószínûsége szerint; – lokalizált és delokalizált, attól függôen, hogy hány atomtörzs erôterében tartózkodik a kötô elektronpár; – datív kötés, koordinatív kötés, ha a kötésben részt vevô atomok egyike adja mindkét elektront a kötô elektronpárhoz.

Egyszeres és többszörös kovalens kötés Olyan atomok között, amelyek – több párosítatlan elektronnal rendelkeznek, – atomtörzsük kisméretû és eléggé nagy pozitív töltésû ahhoz, hogy több elektronpárt is az atomtörzsek között tartson, többszörös kötés is létrejöhet (ilyen például a szénatom C=C, C C, oxigénatom O=O, nitrogénatom N N). Az elsô kovalens kötést σ-kötésnek nevezzük. A σ-kötésben részt vevô elektronok az atomtörzsek között, „tengelyszimmetrikus” elhelyezkedésûek, ami azt jelenti, hogy körbejárva a kötéstengelyt, nincs kitüntetett iránya az elektronok töltéseloszlásának (a molekulapályának). A második és harmadik kovalens kötés – amelyeket π1 és π2 kötésnek neveznek – töltéseloszlása nem egyenletes a kötéstengely körül. A második kovalens kötés a kötéstengelyen átfektetett sík alatt és fölött alakul ki, az elektronok elôfordulási valószínûsége a síkban nulla (csomósík). Az egyszeres, kétszeres és háromszoros szén-szén kötés jellemzôi C–C C=C C C kötéstávolság [pm] 154 134 120 Ekötés [kJ/mol] 344 615 812 *Ekötés 271 197 kötéstengely körüli elfordulhat (rotálhat) nem fordulhat el nem fordulhat el elfordulás A táblázat adataiból látszik, hogy a kötéstávolság a többszörös kötések esetén kisebb, mint az egyszeres kötés esetén, a kötési energia növekszik, de a második kötés és a harmadik kötés felszakítási energiája (*Ekötés) kisebb, mint a σ-kötés kötési energiája. Az egyszeres kötés mint kötéstengely mentén a kötést létesítô két atom egymáshoz képest elfordulhat, „rotálhat”, a kettôs és hármas kötés kimerevíti a molekularészletet, a kettôs és hármas kötés körül az atomok nem fordulhatnak el.

Apoláris és poláris kovalens kötés A kötés polaritása a kötésben részt vevô atomok elektronegativitásától függ. Apoláris a kovalens kötés akkor, ha azonos atomok között alakul ki (kémiai elemekben), illetve olyan atomok között, amelyeknek elektronegativitása azonos. Ilyenkor a kötô elektronpár egyformán tartozik mindkét atomhoz, az elektroneloszlás az atomok között egyenletes. Poláris a kötés, ha a kötést létesítô atomoknak az elektronegativitása különbözô, ebben az esetben a kötô elektronpár nagyobb valószínûséggel tartózkodik a nagyobb elektronegativitású atom környezetében, így itt részleges negatív töltés alakul ki, míg a másik atomtörzs körül részleges pozitív töltés. Lokalizált és delokalizált kovalens kötés Ha a kötô elektronpár molekulapályáját csak a kötésben részt vevô két atom atomtörzse befolyásolja, akkor a kötés lokalizált („helyhez kötött”). Ha a kötô elektronpár mozgását nem csak két, hanem több atomtörzs befolyásolja, több atomtörzs pozitív erôterében mozognak („nem helyhez kötöttek”), akkor delokalizált kovalens kötés jön létre. Ilyen delokalizált kötésben általában a π-kötések vesznek részt (elôfordul, hogy a nemkötô elektronpár is delokalizálódik). Delokalizált kötés jön létre például a karbonátionban, nitrátionban stb. A delokalizált kötést a megfelelô atomokat összekötô szaggatott vonallal jelöljük.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 123

Datív kötés, koordinatív kötés A datív kötés azt jelenti, hogy a kovalens kötést létesítô mindkét elektront ugyanaz az atom adja. Pl. az ammóniamolekula nemkötô elektronpárja megkötheti a hidrogéniont, a protont, így összetett ion jön létre: + ⎡ H ⎤ | ⎢ ⎟ – + H+ → H–N–H ⎢ H–N–H ⎟ | | ⎢ H ⎟ H ⎣ ⎦ A komplex ionok „koordinatív kötése” legtöbbször datív kötés. A komplex ionok kialakulásakor a kisméretû, pozitív töltésû központi ion üres atompályáira nemkötô elektronpárral rendelkezô molekulák vagy negatív ionok (ligandumok) kötnek be datív kötéssel. Elsôsorban a d-mezô fémjei alkalmasak központi ionként komplex vegyületek képzésére, mert a belsô, még le nem zárt d-alhéjra beépülhetnek a datív kötést létesítô elektronok. A létrejövô komplex ion stabilitása a ligandum és a központi ion között kialakuló kötés erôsségétôl függ, a komplex ion töltése a központi ion és a ligandumok töltésének az algebrai összege. A központi iont körülvevô ligandumok számát koordinációs számnak nevezzük. Pl. [Al(OH)4]– [Ag(NH3)]+ komplex ion: [Cu(NH3)4]2+ központi ion: Cu2+ Al3+ Ag+ – ligandum: NH3 OH NH3 A tankönyvi feladatok megoldása Feladatok Cl 1. | a) | I – I | b)|Br – Br | *c) Cl–C–Cl *d) |

Cl

S H H

*2. Az azonos atomok közötti kovalens kötések apolárisak (a, b), a különbözô atomok közötti kötések polárisak (*c,*d). *3. KBr NaI H2O CO2 CaO F2 MgCl2 Br2 NaCl Az alkálifémek és az alkáliföldfémek halogenidjei és oxidjai ionkötésû vegyületeket képeznek, mert ezek a fématomok nagyon könnyen adnak le elektront, a halogénatomok és az oxigénatom könnyen vesz fel elektront. A hidrogénatom és a szénatom (nemfématomok) jobban ragaszkodnak az elektronjaikhoz, mint a fématomok, és nem képeznek kationt, hanem kovalens kötést. (Számszerûen: ha a két atom elektronegativitás-különbsége 1,8-nál nagyobb, csak akkor képezhetnek ionkötést.) 4. a) a két atommag között b) A hidrogénmolekulában a hidrogénatommagok távolsága kisebb, mint a hidrogénatomok sugarának összege. A munkafüzet feladatainak megoldása (28.) 1. A) Hamis, a nátrium és klór reakciójában például ionkötés jön létre. B) Igaz. C) Igaz. D) Hamis. E) Igaz. 2. Kémiai reakciók során a kiindulási anyagokban lévô kötések felszakadnak, és új kötések jönnek létre. A változás hajtóereje az, hogy nemesgáz-elektronszerkezet alakuljon ki. Ennek egyik módja, hogy kovalens kötés jön létre, melyet kötô elektronpár hoz létre. Ennek eredményeként a klórmolekulában mindegyik klóratom körül nyolc elektron lesz, mert így éri el a stabilis nemesgáz-elektronszerkezetet. A hidrogénmolekulában azonban csak két elektron tartozik mindkét atomhoz, mert a hidrogénhez legközelebb esô nemesgáz a hélium, és a héliumatomnak csak két elektronja lehet. 3. Milyen részecskék hozzák létre? Elektronok (kötô elektronpár). Milyen részecskében alakulhat ki? Például molekulában. Milyen részecskék között jöhet létre? Atomok között.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 124

Képlet

Szerkezet

Cl2

|Cl

H2

– Cl|

H–H

Br2

|Br

– Br |

H

H2O

|

Kötô elektronpárok száma

*Nemkötô elektronpárok száma

Elemmolekula vagy vegyületmolekula?

1

6

Elemmolekula

1

0

Elemmolekula

1

6

Elemmolekula

2

2

Vegyületmolekula

4

0

Vegyületmolekula

H–O| H |

CH4

H–C–H |

H

*O2

O=O

2

4

Elemmolekula

*N2

N N

3

2

Elemmolekula

CO2

* O=C=O

4

4

Vegyületmolekula

*5. Elektronegativitás: ENCl = 3,0 |Br – Br|

A kötés:

apoláris

ENH = 2,1

H–H apoláris

ENO = 3,5

O=O apoláris

ENC = 2,5

H

H ↓

| H–O|

H →C ←H

poláris

(gyengén) poláris

↑

H

O = C=O poláris

*6. „…Az elektronközösség fenntartásához az atomoknak szoros közelségben kell maradniuk, s az eredmény a két atomot összetartó ’kovalens’ kötés.” Minek nevezi a kötô elektronpárt? Kételektronos elektronközösségnek. E kötés kialakulását mivel indokolja? Nagyobb stabilitást jelent, mintha a két atom külön kószálna. 7. 1. 2. 3. 4. 5. L Í T I U M

*K óra: Molekulák polaritása, a másodrendû kémiai kötés. Molekularácsos kristályok (szakmai kiegészítô óra) Ha el akarjuk mélyíteni a gyerekekben azt a felismerést, hogy a molekulák közötti kölcsönhatások erôssége meghatározza a halmaz tulajdonságait (op., fp., illékonyság, keménység stb.), akkor kiegészítésképpen érdemes foglalkozni a molekulák polaritásával is. Értelmeznünk kell, hogy mit is jelent az, ha egy molekulának „pólusa” van: eddig az derült ki a molekulákról, hogy semleges kémiai részecskék, most pedig a polaritásukat hangsúlyozzuk. Mivel a kötô elektronok tartózkodási valószínûsége „nem egyenletes”, a nagyobb elektronegativitású atom erôterében nagyobb valószínûséggel találhatók meg, ezért részleges töltéssel ruházzák fel ennek az atomtörzsnek a környékét. Fontos azt is hangsúlyozni, hogy csak a kétatomos molekulák esetén igaz az, hogy a kötés polaritása egyértelmûen meghatározza a molekulapolaritást. Többatomos molekulák esetén a kötéspolaritáson kívül a molekulában lévô kovalens kötések térszerkezete is fontos.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 125

Dramatizált játék 1. Kétatomos elemmolekulában lévô apoláris kovalens kötés szemléltetése: Két gyerek, akikrôl kimondjuk, hogy egyforma erôsek, szembe állnak egymással, megfogják egymás kezét, és egyforma erôvel elkezdik húzni egymást. Mivel azonos az erejük, egyik sem tudja kimozdítani a másikat a helyébôl, mozdulatlanul állnak (legfeljebb erôlködnek). Ezzel azt szemléltethetjük, hogy ha azonos elektronegativitású atomok vonzzák magukhoz a kötô elektronpárt, akkor a kötô elektronpár egyik atomtörzs felé sem mozdul gyakrabban, így egyforma valószínûséggel található meg mind a két atom erôterében. Az elemmolekulákban lévô kovalens kötések mindig apolárisak, így az egész molekula is apoláris. Le is rajzolhatjuk az „erôvonalakat”, pl.: I2-molekulán szemléltetve: (0) I↔I 2. Kétatomos vegyületmolekulában lévô poláris kovalens kötés szemléltetése: Két gyerek, akikrôl kimondjuk, hogy az egyik erôsebb, úgy, mint az elôbb, szembe állnak egymással, de most az erôsebbik el tudja húzni a gyengébbiket. Ezzel szemléltethetjük, hogy a nagyobb elektronegativitású atom körül gyakrabban tartózkodnak az elektronok, ezért körülötte részleges negatív töltés alakul ki. Ha elektronegativitás-különbség van a kovalens kötésben részt vevô két atom között, akkor poláris kovalens kötés jön létre. Le is rajzolhatjuk az „erôvonalakat”, pl.: HCl-molekulán szemléltetve: (+) (–) H → Cl dipólus molekula 3. Többatomos vegyületmolekula polaritásának szemléltetése: a) Vízmolekula → ismernünk kell a kötések polaritását (mindkét kovalens kötés poláris, mivel ENO > ENH); → ismernünk kell a molekula alakját (V alakú). Három gyerek egymástól kb. egyforma távolságra áll, és egyikük V alakban egy-egy kezét nyújtja egyegy társa felé. Kimondjuk, hogy ez a szereplô erôsebb a másik kettônél (ô személyesíti meg az Oatomot). A másik két gyerek nyújtja a kezét a középsô gyerek felé, ôk ketten egyformán gyengébbek társuknál (ôk személyesítik meg a H-atomokat). Az erôsebb középsô szereplô kimozdítja helyébôl két gyengébb társát, mindketten felé indulnak el. Az „erôvonalakat” ábrázolva: (–) O H

H (+) Ezzel szemléletessé válhat, hogy a nagyobb elektronegativitású O-atom körül részleges negatív töltés alakulhat ki a vízmolekulában, mert a kötô elektronpárok nagyobb gyakorisággal tartózkodnak erôterében, így a H-atomok körül részleges pozitív töltés jön létre. A kovalens kötések is, és a molekula is poláris. b) Szén-dioxid-molekula → mindkét kovalens kötése poláris (ENO > ENC); → a molekula egyenes bot alakú (lineáris). Három gyerek egymással egy vonalban, és egyenlô távolságban felsorakozik. A két szélsô a középsô felé nyújtja a kezét, a középsô pedig két társa felé. Kimondjuk, hogy a két szélsô egyformán erôsebb, mint a középsô. Hiába húzza a két szélsô gyerek a középsôt, nem tudják kimozdítani helyébôl, mert egyforma erôvel húzzák.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 126

Ezzel azt szemléltethetjük, hogy lehetnek a kovalens kötések polárisak a molekulában, ha ezek szimmetrikusan helyezkednek el, akkor egymás hatását kiolthatják, a molekula apoláris lesz, azaz nincs kitüntetett „pólusa” a molekulának. Az „erôvonalakat” ábrázolva: (0) O⇐C⇒O A molekulák polaritásának értelmezése után megbeszélhetjük, hogy poláris molekulák között erôsebb kölcsönhatás lehetséges, mint apoláris molekulák között, ezért a molekulák között ható másodrendû kötések erôssége különbözô. Az egyik leggyengébb másodrendû kötés apoláris molekulák között jön létre (diszperziós kölcsönhatás). Ilyen kölcsönhatás van a kén vagy a jód kristályrácsában (modelleket ld. a tankönyv 163., 164. ábráján). A poláris molekulák (dipólusmolekulák) között ún. dipólus-dipólus kölcsönhatás alakulhat ki, ilyen kötés van például a szilárd HCl kristályrácsában, ha a HCl-ot olvadáspontja alá hûtjük. A jég kristályrácsában ennél erôsebb másodrendû kötések hatnak: hidrogénkötés. Az óra elôkészítése


Képek, ábrák: 80. 161. ábra: Dipólus-dipólus kölcsönhatás (94. o.) Modellek

Háttér A molekulák polaritása A kötéspolaritás a kötésben részt vevô atomok elektronegativitás-különbségével arányos. Azonos atomok között a kötéspolaritás 0. Kétatomos molekuláknál az elektronegativitás-különbség egyértelmûen eldönti a molekula polaritását. A molekula apoláris, ha ∆EN = 0 (minden elemmolekula apoláris). A HCl-molekulában a ∆EN = 3,0 – 2,1 = 0,9, a molekula dipólus. Többatomos molekulák esetén a molekula polaritását, amennyiben nem tartalmaz nemkötô elektronpárt, úgy dönthetjük el, hogy a kovalens kötést képezô két atom elektronegativitás-különbségével arányos mennyiségeket (vektorokat) mérünk fel a kötések irányában, és ezeket irány és nagyság szerint összegezzük (vektorösszegzés). Az eredô értéke arányos a molekula polaritásával. A nemkötô elektronpárok jelenléte kismértékben módosítja az eredményt.

Másodrendû kötések A molekulák között fellépô kölcsönhatásokat másodrendû kötéseknek nevezzük. Nevezik még intermolekuláris kötésnek vagy van der Waals-molekulavonzásnak is. Aszerint, hogy milyen részecskék közötti kölcsönhatásról van szó, a legfontosabb kölcsönhatások: – apoláris molekulák közötti diszperziós kölcsönhatás; – dipólus molekulák közötti dipólus-dipólus kölcsönhatás; – hidrogénkötés; – ionok-dipólusmolekulák közötti kölcsönhatás. Apoláris molekulák közötti diszperziós kölcsönhatás Az egymás közelébe kerülô apoláris molekulák deformálják egymás elektronfelhôjét, ezért átmenetileg, rövid idôre dipólussá válnak, és gyenge kölcsönhatás alakul ki közöttük. A létrejövô kölcsönhatás erôssége attól függ, hogy a molekula elektronfelhôje mennyire könnyen deformálható. Ha „laza” az elektronszerkezet, azaz viszonylag nagyméretû a molekula, akkor erôsebb a kölcsönhatás. Pl.: a jódmolekulák


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 127

(I2) között sokkal erôsebb diszperziós kölcsönhatás lép fel, mint a sokkal kisebb méretû fluormolekulák (F2) között. Ha molekulák nagy felületen érintkeznek, az egész felületen fellép a diszperziós kölcsönhatás. Pl. a benzolmolekula lapos korong alakú felületei között nagyobb diszperziós kölcsönhatás lép fel, mint a neki megfelelô molekulatömegû, gömb alakú telített szénhidrogén-molekulák között: benzol 2,2-dimetil-propán moláris tömeg [g/mol] 78 72 forráspont [°C] 80,1 (folyadék) 9,5 (gáz) A diszperziós kölcsönhatás minden esetben fellép, ha két molekula kellô mértékben megközelíti egymást.

Dipólus-dipólus kölcsönhatás A dipólusmolekulák ellentétes töltései között jön létre. Kristályban szabályosan rendezôdnek el, folyadékban igyekeznek irányítottan, ellentétes töltésekkel összekapcsolódva elhelyezkedni. Dipólus-dipólus kölcsönhatás lép fel pl.: a HCl-, HBr-, HI-molekulák között. Hidrogénkötés A másodrendû kémiai kötéseknek azt a fajtáját, ahol a molekulában lévô hidrogénatom létesít kötést két másik atom között, hidrogénkötésnek nevezzük. Létrejöttének feltételei: – a hidrogén nagy elektronegativitású atomhoz kapcsolódjon H→X (X lehet: F-, O-, N-atom) – egy nagy elektronegativitású atom körül legyen nemkötô elektronpár a molekulában A hidrogénkötés – a többi másodrendû kötéshez hasonlóan – nem feltétlenül azonos molekulák között jön létre. δ+ δ– δ+ δ– (a δ (delta) részleges töltést jelent) H → X:.....................H → X: ←⎯→ a hidrogénkötés távolsága A hidrogénkötés létrejöttének a magyarázata, hogy a nagy elektronegativitású atom a H-tôl magához vonzza a kovalens kötés elektronpárját, és a proton nagyon nagy pozitív elektromos erôtere magához vonzza a másik atom körül lévô nemkötô elektronpárt. (A protonban lévô egységnyi töltés tízmilliárdszor kisebb felületen oszlik el, mint pl. a nátriumionban.) A hidrogénkötés a másodrendû kémiai kötések közül a legerôsebb kölcsönhatás, irányított kötés, energiatartalma kb. egy nagyságrenddel nagyobb, mint a többi másodrendû kötésé. A hidrogénkötés következményei: a moláris tömeg alapján várhatónál – sokkal magasabb olvadás- és forráspont, – nagyobb belsô súrlódás (viszkozitás), – nagyobb hôkapacitás (például a vízzel viszonylag sok hôt kell közölni, hogy a hômérséklete 1 °C-kal emelkedjen), – nagyobb felületi feszültség. A víz sok szempontból kirívó tulajdonságait a vízmolekulák között fellépô erôs hidrogénkötés magyarázza (ld. 8. óra háttéranyagát is). Ion-dipólusmolekula közötti kölcsönhatás A hidratáció során az ion és a vízmolekulák között lép fel ilyen kölcsönhatás, pl.: hidratált alkáli- és alkálifémionokban. (A d- és p-mezô fémeinek hidratált ionjai inkább akvakomplexeket képeznek, ott nem ez a kölcsönhatás lép fel, hanem koordinatív kötés jön létre az ion és a vízmolekula között. Ld. 33. óra háttéranyagában.)


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 128

Különbözô kötések energiatartalma: Kötéstípus Kovalens kötés Ionkötés Ion-dipol (hidrátburok) H-kötés Diszperziós

Példa H–H Na+ Cl– Na+(H2O)x H........O He........He Cl2........Cl2

A kötés energiatartalma [kJ/mol] 456 770 410 25-33 0,085 2,97

Molekularácsos kristályok A molekularácsos kristályok rácspontjain molekulák vannak, és közöttük másodrendû kötések hatnak. A nemesgázok is idesorolandók, annak ellenére, hogy a rácspontokon atomok találhatók, ugyanis a nemesgázatomok között diszperziós kölcsönhatás hat. Miután a rácsenergia a másodrendû kölcsönhatásból adódik, ez legalább egy nagyságrenddel kisebb energiát jelent, mint az elsôrendû kötések energiája. A molekularácsos kristályokat éppen ezért az alacsony olvadáspont, alacsony forráspont, kis keménység jellemzi. Gyakran (fôleg a megközelítôen gömb alakú, nem túl nagy molekulájú anyagok) szublimálnak. Sem kristályuk, sem az olvadékuk nem vezeti az elektromos áramot. Az olvadáspontot a másodrendû kötések nagysága szabja meg. Pl.: op.F < op.Cl, mert a klórmolekula nagyobb méretû, jobban deformálható az elektronfelhôje, ezért jobban polarizálható, erôsebb a Cl2molekulák közötti diszperziós kölcsönhatás. Hasonlóan magyarázhatók az alábbi op.-viszonyok: a CCl4 op.-ja magasabb, mint a CH4 op.-ja; a Ne op.-ja magasabb, mint a He op.-ja; az O2 op.-ja magasabb, mint a N2 op.-ja. A molekulák közötti hidrogénkötés fellépése is megemeli a rácsenergiát, ez pedig magasabb olvadáspontot eredményez: a H2O olvadáspontja magasabb, mint a H2S-é, mert a kénhidrogénmolekulák között nem lép fel hidrogénkötés, csak gyengébb dipólus-dipólus kölcsönhatás. A tankönyvi feladatok megoldása Feladatok 1. I2 (diszperziós kölcsönhatás) < HCl (dipólus-dipólus kölcsönhatás) < H2O (H-kötés) 2. Minél erôsebb a másodrendû kötés a molekulák között, annál magasabb az anyag olvadáspontja. A munkafüzet feladatainak megoldása (*K.) *1. B. 1. B. 2.

C. 3. C. 4.

A. 5. A. 6.

D. 7. A. 8.

B. 9. B. 10.

*2. Az elemmolekulákban lévô kovalens kötések mindig polárisak/apolárisak. Az apoláris molekulák között gyenge/erôs másodrendû kötés alakulhat csak ki. A jód molekularácsában a jódmolekulák között gyenge másodrendû kötések vannak. A másodrendû kötések erôssége különbözô molekulák között különbözô mértékû lehet. Poláris molekulák között erôsebb másodrendû kötések alakulhatnak ki. A másodrendû kötések legerôsebb típusa a hidrogénkötés. A vízmolekulák között hidrogénkötés alakul ki gáz/folyékony/szilárd halmazállapotban. *3. Sorrend: 1. hidrogén (–259 °C) 2. metán (–182 °C) 3. bróm (–7,3 °C) 4. víz (0 °C)

Összefoglalás A tankönyvi összefoglaló táblák és a munkafüzet segítségével ismételjük át a tanult részecskéket, kötéstípusokat, rácstípusokat és jelölésüket.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 129

egyszerû ionok és *méretük, kationok, anionok, *poláris és apoláris molekulák ionkötés, kovalens kötés, *többszörös kovalens kötés, *másodrendû kötések ionkristály, *molekularács egyszerû ionok képlete, ionkristályok képlete, *elektronszerkezeti képlet

Részecskék Kötéstípusok Rácstípusok Jelölés

Az óra elôkészítése Interaktív tananyag Játékok, feladatok: 10. Társasjáték: Kémiai kötések Kitöltendô feladatok: 2. Munkafüzetbôl: 21. 85. oldal 2. feladat 22. 86. oldal 3. feladat 23. 86. oldal 5. feladat Táblázatos összefoglalások: 5. Kémiai kötések A munkafüzet feladatainak megoldása 1. C) 1. (Az ionkötésnél az ionok között, a kovalens kötésnél az elektronok és az atommag között alakul ki elektrosztatikus vonzás.) A) 2. B) 4. D) *6. C) *8. B) *10. C) 3. A) 5. A) 7. A) *9. 2. a) Na b) Cl c) Ca d) O e) I f) S 3. Elem

– + – + + +

1 1 2 2 1 2

e– e– e– e– e– e–

→ → → → → →

+

Na – Cl Ca2+ O2– – I S2–

Vegyület Kovalens kötésû molekulák Br2, H2, I2 CH4, H2O

neve: neve: neve: neve: neve: neve:

nátriumion kloridion kalciumion oxidion jodidion szulfidion

Ionkötésû kristályok KBr, MgO, NaCl, CaO, MgI2

4. LiF, CaF2, Li2S, CaS, *Al2S3, *AlF3 5. A kémiai reakció kiindulási A kísérlet megnevezése anyagai (vegyjel, képlet, rövid jellemzés) fém nátrium (szürke, Nátrium-klorid szilárd) és klórgáz (sárgáskeletkezése elemeibôl zöld, mérgezô gáz) Na + Cl2 magnézium (szürke, szilárd fém) és oxigéngáz (színtelen, A magnézium égése szagtalan) Mg + O2

Egyéb Ne, Ar

Tapasztalat (a látott változás és a keletkezô anyagok rövid jellemzése)

A változás rövid magyarázata

fehér füst (szilárd anyag) keletkezik

A nátrium és a klór nátrium-kloriddá egyesül: 2 Na + Cl2 = 2 NaCl

Vakító fehér fényjelenség tapasztalható; fehér szilárd anyag keletkezik

A magnézium elég (egyesül az oxigénnel): 2 Mg + O2 = 2 MgO

Magnézium-jodid keletkezése elemeibôl

magnézium (szürke, szilárd fém) és a vízben kis magnéziummal összemennyiségben, sárgás szín- rázva a sárgás oldat nel oldódó jód elszíntelenedik Mg + I2

Kalcium égetése lángban

kalcium (szürke, szilárd fém) és a levegô oxigénje Ca + O2

A láng téglavörösre színezôdik; fehér szilárd anyag keletkezik

A magnézium kémiai reakcióba lép a jóddal: Mg + I2 = MgI2 A kalcium kémiai reakcióba lép a levegô oxigénjével (elég): 2 Ca + O2 = 2CaO


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

*6. ANYAGISMERET

Page 130

nátrium• klórgáz• konyhasó• kalcium• magnézia• magnézium-jodid•

•szúrós szagú, mérgezô gáz •égetésével égetett meszet kapunk •finom porát fogporokba is teszik •petróleum alatt tároljuk •vizes oldata színtelen •langyos tömény oldata hánytató hatású

*7. Kötô elektronpár („köt” + „ôr” fele + „el” EK + TR O-n + P + „ár”).

29. óra: Az anyagmennyiség mértékegysége a mól Az óra feladata nem könnyû: érzékeltetni kell a gyerekekkel, hogy a mól milyen hatalmas szám. A tankönyv példái alkalmasak erre (mólnyi tojás tömege, teremben lévô 600 ezer trillió ember stb., sôt visszatekinthetünk a 25. ábrához, ahol az atomok igen kicsi méretét érzékeltettük). További példák: a) 1 mg vasban kb. 1019 darab vasatom van. Ha ennyi atomot eloszlatnánk egyenletesen a Föld felületén, akkor minden cm2-re(!) 2 darab vasatom kerülne. b) Ha egy gépírónô percenként 100 leütést képes megtenni az írógépén, akkor a Föld keletkezése óta (tehát kb. 4,5 milliárd éve) több mint 2500 gépírónônek kellene megszakítás nélkül gépelnie ahhoz, hogy mára meglegyen a 6 . 1023 db leütés(!). Az óra elôkészítése Interaktív tananyag Óravázlatok: 10. Az anyagmennyiség és a kémiai jelek (1. része) Képek, ábrák: 81. 165. ábra: Avogadro (97. o.) 82. 167. ábra: Arányosság (98. o.) Háttér Az Avogadro-féle szám Többféle módszerrel meghatározható. Avogadro-tételbôl kiindulva: tökéletes gázok egyenlô térfogataiban egyenlô számú molekula van, ha hômérsékletük és nyomásuk egyenlô. 1 cm3 térfogatban levô molekulák száma megadható, 0 °C hômérsékleten és 0,1 MPa nyomáson éppen 2,69 . 1019 (Loschmidt-szám). Azonban elônyösebb a molekulák számát nem 1 cm3 térfogatra megadni, hanem olyan térfogatra, melyben például a hidrogéngáz éppen a relatív tömegével szerepel grammokban mérve (MH2 = 2 g), vagy az oxigéngáz szintén a relatív tömegét adja grammokban (MO2 = 32 g) stb. Ez a térfogat a fent leírt körülmények között (normál állapot) éppen 22,41 dm3, melyben anyagi minôségtôl függetlenül mindig 6 · 1023 db gázmolekula van, és ez éppen a gáz mólnyi mennyiségét adja meg. Standard körülmények között (25 °C, 0,1 MPa) a különbözô gázok moláris térfogata 24,5 dm3, azaz ekkora térfogatban van éppen 6 . 1023 db molekula. A tankönyv feladatainak megoldása Feladatok 1. 32:12 2. 1 g hidrogéngázban 6 · 1023 db hidrogénatom van, tehát egy atom tömege: 1 g/6 · 1023 3. 1 mol kénatom tömege 32 g, 1 mol oxigénatom tömege 16 g, tehát 1 mol S-atom 2-szer olyan tömegû, mint 1 mol O-atom. 4. a) 1 g/mol · 3 mol = 3 g b) 35,5 g/mol ion · 0,2 mol = 7,1 g c) 2 g/mol · 0,5 mol = 1 g 5. 12 g/mol · 2 mol = 24 g, és 2 mol szénben 2 · 6 · 1023 db szénatom van 6. 5 · 6 · 1023 db nitrogénatom és 5 mol nitrogénatom 14 g/mol · 5 mol = 70 g 7. a) 40 g kalciumban van 6 · 1023 db atom, tehát 10 g-ban 6/4 · 1023 db atom van. b) 12 g szénben van 6 · 1023 db atom, tehát 3 g-ban 6/4 · 1023 db atom van. c) 24 g magnéziumban van 6 · 1023 db atom, tehát 6 g-ban 6/4 · 1023 db atom van.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 131

8. a) 27 g/mol · 2 mol = 54 g b) 56 g/mol · 2,5 mol = 140 g. c) 23 g/mol · 10 mol = 230 g. d) 12 g/mol · 0,2 mol = 2,4 g. 9. a) 12 g szén 1 mol szénatomot tartalmaz, 2,4 g szén 1/5 mol = 0,2 mol szénatomot. b) 27 g alumínium 1 mol alumíniumatomot tartalmaz, 81 g alumínium 3 mol. c) 40 g kalciumban van 1 mol kalciumatom, 20 g-ban 0,5 mol van. d) 1 g hidrogénben 1 mol hidrogénatom van, 3,5 g-ban 3,5 mol. 10. a) 1 mol nitrogénmolekula tömege 28 g, 3 mol nitrogénmolekula tömege 84 g. b) 1 mol ammóniamolekula tömege 17 g, 10 mol ammóniamolekula tömege 170 g. c) 1 mol klórmolekula tömege 71 g, 0,5 mol klórmolekula tömege 35,5 g. 11. a) 2 g hidrogénben 1 mol hidrogénmolekula van, 24 g-ban 12 mol van. b) 18 g vízben 1 mol vízmolekula van, 36 g vízben 2 mol van. c) 6 · 1023 db klórmolekula 1 mol. d) 0,1 mol oxigénmolekula. 12. a) 6 · 1023 db ammóniamolekula 1 mol, 1,5 · 1023 db 1/4 mol = 0,25 mol. b) 6 · 1023 db rézatom 1 mol, 30 · 1023 db rézatom 5 mol. c) 6 · 1023 db vízmolekula 1 mol, 100-szor annyi vízmolekula 100 mol. A munkafüzet feladatainak megoldása (29.) 1. Avogadro-szám: az anyagmennyiség egysége a mól, 1 mol anyag nagyszámú, 600 ezer trillió részecskét tartalmaz. Ezt a számot Avogadro-számnak nevezték el. Tíz hatványaival kifejezve: 6 · 1023 darab részecskét jelent. Mól: valamely anyagnak azt a mennyiségét, amelyben 6 · 1023 db részecske található, az anyag 1 móljának nevezzük. A mól az anyagmennyiség mértékegysége. Moláris atomtömeg: bármely elem egy móljának a tömege a moláris atomtömeg. Moláris molekulatömeg: a moláris molekulatömeg a molekulát felépítô atomok moláris atomtömegeinek összege; 1 mol anyagmennyiségû molekula tömege. 2. 1 mol Fe-atom tömege (6 · 1023 db vasatom tömege) 56 g; 3 mol · 56 g/mol = 168 g; 0,5 mol · 56 g/mol = 28 g. 3. 1 mol, azaz 6 · 1023 db vízmolekula tömege 18 g; 5 mol · 18 g/mol = 90 g víz; 1/3 mol · 18 g/mol = 6 g víz. 4. 1 mol nátrium: 6 · 1023 db nátriumatom; 10 mol oxigéngáz (O2): 60 · 1023 db = 6 . 1024 db oxigénmolekula; 25 mol szén: 25 · 6 · 1023 db = 1,5 · 1025 db szénatom; 0,2 mol hidrogéngáz (H2): 0,2 · 6 · 1023 db = 1,2 · 1023 db hidrogénmolekula. 5. 2 mol oxigénatom (32g) = 1 mol kénatom (32 g) 1 mol oxigéngáz (32 g) > 1 mol neongáz (20 g) 3 mol rézatom (190,5 g) < 2 mol ezüstatom (218 g) 6. ammónia (NH3): 17 g/mol; szén-dioxid (CO2): 44 g/mol; metán (CH4): 16 g/mol; kálium-nitrát (KNO3): 101 g/mol; víz (H2O): 18 g/mol; higany-oxid (HgO): 216 g/mol. *7. Moláris tömeg (MO + „lá” + rizs z nélkül + TÖ + „meg”).

30. óra: A kémiai jelek mennyiségi értelmezése Az általános iskolai oktatásban az a cél, hogy a gyerekek megtanulják a vegyjel, a képlet jelentését a reakcióegyenletekben alkalmazni (ld. késôbb), a számítási feladatokban használni. A kémiai reakciók értelmezésével érteniük kell majd a kémiai reakciók mennyiségi viszonyait is, azt, hogy a reakcióegyenletben feltüntetett együtthatókból következtethetünk az anyagmennyiségekre, és ennek segítségével azt is megmondhatjuk, hogy milyen tömegû anyagok reagálnak egymással „maradék nélkül”. Problémát jelenthet az, hogy a vegyjel és a képlet jelentését egyszerre kétféle mennyiséggel is felruházzuk: egy darab, illetve egy mol mennyiséget is jelenthetnek. Valójában ez nem okoz gondot a számítási feladatok során, mivel rendszerint eldönthetô, hogy melyik mennyiségi jelentést kell használnunk. Az óra elôkészítése


Óravázlatok: 10. Az anyagmennyiség és a kémiai jelek (2. része)

Háttér Riedel Miklós: Az SI és a IUPAC definíciók alkalmazása a kémiaoktatásban c. munkájában írja a következôket: Az elemek vegyjelének és a vegyületek képletének jelentéseivel a IUPAC ajánlás foglalkozik. E szerint a kémia elemek vegyjelének jelentései a következôk:


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 132

1. Jelenti az elem egy atomját. Például a Cl egy klóratomot jelent, amelyben 17 proton, 18 vagy 20 neutron van, tömegszáma 35 vagy 37. Átlagos tömege 35,4527 g a természetes, Földrôl származó mintákban. 2. A vegyjel rövid írásmód (mint egy gyorsírási jel), amely egy mintát, egy darabot jelent az illetô elembôl. Például az Fe egy darabot, egy mintát jelenthet a vasból, a He bizonyos mennyiségû héliumgázt jelenthet. A képlet jelentései a következôk: 1. Több atomból álló elemi egységek jelölésére szolgál. Például: N2, P4, NaCl stb. 2. A képlet a megfelelô kémiai anyag egy mintáját, darabját is jelenti. Például: CH3OH metanol, 1 mol CH3OH 1 mol metanol, 500 g CH3OH 500 g metanol. A kémiai elemek vegyjele és az anyagok képlete nem fizikai mennyiség. (A fizikai mennyiség egy mérôszám és a mértékegység szorzataként írható fel.) Abból az idôbôl származik, amikor a mól még nem volt egyértelmûen mértékegység, és az anyagmennyiség nem volt alapmennyiség, hogy a vegyjel és a képlet 1 mol anyagot és így a reakcióegyenlet 1 mol egyenlet szerinti átalakulást jelent. Megjegyzendô, hogy a vegyjel és a képlet nem jelenthet egységnyi anyagmennyiséget is az illetô kémiai anyagból, amennyiben következetesen akarjuk alkalmazni: – a mennyiségekre vonatkozó matematikai szabályt, miszerint a fizikai mennyiség a mérôszám és a mértékegység szorzata; – továbbá az SI-t, amely az anyagmennyiséget mint alapmennyiséget és a mólt mint annak mértékegységét rögzíti. Példa: a H2 képlet jelentése: egy hidrogénmolekula, hidrogén. 3 mol H2: 3 mol hidrogénmolekula. Ezzel szemben ellentmondó jelentéshez vezet, ha a H2 = 1 mol hidrogén jelentést is tulajdonítunk a képletnek, mert ez esetben helyettesítve: 3 mol H2 = 3 mol . 1 mol hidrogén = 3 mol2 hidrogén, ami értelmetlen. A Kémia 7. tankönyvben a mól értelmezése nem a IUPAC ajánlása szerint történt, azonban úgy gondoljuk, hogy ezen a szinten ez inkább az értelmezhetôséget segíti. A tankönyvi feladatok megoldása Feladatok 1. a) 3 mol rezet jelent; b) 3 mol · 63,5 g/mol = 190,5 g rezet jelent; c) 3 mol . 6 . 1023 darab/mol = 18 · 1023 darab = 1,8 · 1024 darab rézatomot jelent. 2. a) 2 mol hidrogénmolekulát jelöl; b) 2 mol · 2 g/mol = 4 g hidrogént jelöl; c) 2 mol · 6 · 1023 darab/mol = 12 · 1023 darab = 1,2 · 1024 darab hidrogénmolekulát jelent; d) 2 · 2 · 6 · 1023 db hidrogénatomot, azaz 2,4 · 1024 db hidrogénatomot jelent. 3. a) 0,5 mol vízmolekulát jelent; b) 0,5 · 6 · 1023 db = 3 · 1023 db vízmolekulát jelent; c) 1 mol vízmolekula 18 g vizet jelent, 0,5 mol vízmolekula 9 g vizet jelent; d) minden vízmolekulát két darab hidrogénatomra és egy darab oxigénatomra lehet felbontani, tehát 3 · 1023 darab vízmolekulát 6 · 1023 darab hidrogénatomra és 3 · 1023 darab oxigénatomra lehet felbontani. 4. 1 mol NaBr tömege 103 g, amelyben 23 : 80 a nátrium és a bróm tömegaránya. 103 g NaBr-ban 23 g a nátriumtartalom, 100 g-ban 100 · 23/103 g = 22,3 g, azaz 22,3% a nátriumtartalom. 5. 32 g oxigéngáz 1 mol, amelyben 6 · 1023 darab oxigénmolekula (O2), és kétszer ennyi, 12 · 1023 darab oxigénatom van. A 8 g oxigéngáz 1/4 mol, tehát 1/4-szer ennyi oxigénmolekulát (= 1,5 · 1023 db O2), és 1/2-szer ennyi oxigénatomot (= 3 · 1023 darab O) tartalmaz.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 133

A munkafüzet feladatainak megoldása (30.) 3 mol hidrogénmolekula (6 g) < 0,5 mol kénatom (16 g) = 2 mol brómmolekula (320 g) > < 6 · 1023 db alumíniumatom (27 g) 3 · 1023 db oxigénmolekula (16 g) > 1,2 · 1024 db klóratom (71 g) > 2. a) CH4: metán b) 10 CH4: metán 1 db metánmolekula 10 db metánmolekula 1 mol metán 10 mol metán 6 · 1023 db metánmolekula 60 · 1023 db metánmolekula 16 g metán 160 g metán

1.

0,5 mol klórmolekula (35,5 g) 1 mol oxigénatom (16 g) 2 mol nátriumatom (46 g) 6 · 1023 db kénatom (32 g) 1,5 · 1023 db nitrogénmolekula (7 g) 3 · 1023 db szénatom (6 g) c) 0,1 CH4: metán [0,1 db metánmolekulát nem jelent, mert annak nincs értelme] 0,1 mol metán 0,6 · 1023 db metánmolekula 1,6 g metán

3. a) 3 mol · 2 g/mol = 6 g H2 < 0,5 mol · 18 g/mol = 9 g H2O < 3 mol · 71 g/mol = 213 g Cl2 b) 1 mol · 16 g/mol = 16 g CH4 < 1/3 mol · 160 g/mol = 53,3 g Br2 < 2 mol · 27 g/mol = 54 g Al. c) 0,1 mol · 2 g/mol = 0,2 g H2 < 0,1 mol · 17 g/mol = 1,7 g NH3 < 0,1 mol · 44 g/mol = 4,4 g CO2. 4. a) 80 g kalcium: 2 Ca; b) 9 g víz: 0,5 H2O; c) 1,2 . 1024 db magnéziumatom: 2 Mg; d) 2 mol argon: 2 Ar; e) 6 mol metán: 6 CH4; f) 1,2 . 1022 db oxigénmolekula: 0,02 O2. 5. a) 0,3 mol nitrogénmolekula tömege: 0,3 mol . 28 g/mol = 8,4 g; b) 10 mol vízmolekula tömege: 10 mol . 18 g/mol = 180 g; c) 3 . 1024 db rézatom tömege: 5 mol . 63,5 g/mol = 317,5 g; d) 6 . 1025 db ammóniamolekula tömege: 100 mol . 17 g/mol = 1700 g = 1,7 kg. 6. a) 440 g szén-dioxid-molekula: 440 g · 1/44 g/mol = 10 mol; b) 3,2 g oxigénmolekula: 3,2 g · 1/32 g/mol = 0,1 mol; c) 3 · 1022 db oxigénatom: 3 · 1022/6 · 1023 = 1/20 = 0,05 mol; d) 1,5 · 1022 db ammóniamolekula: 1,5 · 1022/6 · 1023 = 0,025 mol. *7. 5.

A

1. N I T R O G É N

Y

2. A T O M B Ó L

G

3. M O L Á R I S

E

4. I O N

N

A R A N Y

7.

I

6. S Z U L F I D

É

V E G Y J E L

Gyakorlóóra Összefoglalás helyett a számítási feladatokon keresztül gyakoroltathatjuk be a kémiai mennyiségi viszonyokat. Ebben segítenek a munkafüzetben található számítási feladatok. A munkafüzet feladatainak megoldása 1. a) 12 g szén: 6 · 1023 darab atomot tartalmaz; b) 12 g Mg: 3 . 1023 darab atomot tartalmaz; c) 12 g titán: 1,5 · 1023 darab atomot tartalmaz; d) 12 g Cl: 12 · 6/35,5 · 1023 = 2,02 · 1023 darab atomot tartalmaz. 2. a) 48 g oxigén: 3 mol atomot jelent; b) 96 g S: 3 mol atomot jelent; c) 120 g kalcium: 3 mol atomot jelent; d) 3 g H: 3 mol atomot jelent. 3. a) 28 g nitrogéngáz (N2): 6 · 1023 darab molekulát tartalmaz; b) 18 g víz (H2O): 6 · 1023 darab molekulát tartalmaz; c) 88 g szén-dioxid-gáz (CO2): 2 · 6 · 1023 = 12 · 1023 darab molekulát tartalmaz; d) 51 g ammóniagáz (NH3): 3 · 6 · 1023 = 18 · 1023 darab molekulát tartalmaz.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 134

4. a) 32 g oxigéngáz (O2): 1 mol molekulát jelent; b) 142 g klórgáz (Cl2): 2 mol molekulát jelent; c) 160 g bróm (Br2): 1 mol molekulát jelent; d) 32 g metán (CH4): 2 mol molekulát jelent. 5. a) 0,25 mol metángáz: 0,25 · 6 · 1023 darab molekula = 1,5 · 1023 darab molekula; b) 3 mol klórgáz: 3 · 6 · 1023 darab molekula = 1,8 . 1024 darab molekula; c) 22 g szén-dioxid-gáz: 0,5 · 6 · 1023 darab molekula = 3 · 1023 darab molekula; d) 34 g ammóniagáz: 2 · 6 · 1023 darab molekula = 1,2 · 1024 darab molekula. 6. a) 0,5 mol metángáz: 0,5 · 5 · 6 · 1023 darab atom = 15 · 1023 darab atom; b) 1,5 mol klórgáz: 1,5 · 2 · 6 · 1023 darab atom = 18 · 1023 darab atom; c) 44 g szén-dioxid-gáz: 3 · 6 · 1023 darab atom = 18 · 1023 darab atom; d) 34 g ammóniagáz: 2 · 4 · 6 · 1023 darab atom = 48 · 1023 darab atom. 7. O: 1023 db hidrogénatom < X: 0,5 mol neonatom (3 · 1023 db neonatom) < I: 1 g hidrogénatom (6 · 1023 db hidrogénatom) < G: 9 · 1023 db klóratom < É: 1 mol hidrogéngáz (12 · 1023 db hidrogénatom) < N: 40 g oxigénatom (15 · 1023 db oxigénatom) < A: 3 mol oxigénatom (18 · 1023 db oxigénatom) < T: 4 mol nátriumatom (24 · 1023 db nátriumatom) < O: 3 mol oxigéngáz (36 · 1023 db oxigénatom) < M: 6 · 1024 db nitrogénatom (60 · 1023 db nitrogénatom)

O

X

I

G

É

N

A

T

O

M

*K óra: Kémiai számítások (kiegészítô, gyakorlóóra) Érdemes a kémiai számítások gyakorlására még egy külön órát szánni, hogy a gyerekek megértsék a legalapvetôbb feladattípusok megoldását. Ebben segítenek a munkafüzet végén található feladat gyûjtemény idevonatkozó feladatai. A moláris mennyiségekre vonatkozó feladatok megoldásai: 1. A CO %-os széntartalma: 28 g CO-ban van 12 g szén 100 g CO-ban van 12 · 100/28 g = 42,8 g szén, azaz 42,8% C. Más gondolatmenettel: 28 g CO 100%, ennek 12 g a széntartalma, ez az egésznek 12 · 100/28% = 42,8%-a. A CO2 %-os széntartalma:

44 g CO2-ban van 12 g szén 100 g CO2-ban van 12 · 100/44 g = 27,27 g szén, azaz 27,27% C. Más gondolatmenettel: 44 g CO2 100%, ennek 12 g a széntartalma, ez az egésznek 12 · 100/44% = 27,27%-a. 2. A CH4 %-os hidrogéntartalma: 16 g CH4-ben van 4 g hidrogén 100 g CH4-ben van 4 · 100/16 g = 25 g hidrogén, azaz 25% H. Más gondolatmenettel: 16 g CH4 100%, ennek 4 g a hidrogéntartalma, ez az egésznek 4 · 100/16% = 25%-a. Az NH3 %-os hidrogéntartalma: 17 g NH3-ban van 3 g hidrogén. 100 g NH3-ban van 3 · 100/17 g = 17,6 g, azaz 17,6% H. Más gondolatmenettel: 17 g NH3 100%, ennek 3 g a hidrogéntartalma, ez az egésznek 3 · 100/17% = 17,6%-a. 3. 32 g oxigéngázban 6 · 1023 darab oxigénmolekula van, 1,6 g oxigéngázban X darab oxigénmolekula van. X = 1,6 · 6 · 1023/32 darab = 0,3 · 1023 darab = 3 · 1022 darab oxigénmolekula van, és 6 · 1022 db oxigénatom. 4. 1 mol nitrogéngáz 28 g, tehát 56 g N2 gáz 2 mol, azaz 2 · 6 · 1023 darab = 12 · 1023 darab = 1,2 · 1024 darab N2 molekula van benne. Ebben a halmazban kétszer ennyi N-atom van: 2,4 · 1024 darab nitrogénatom. 5. 18 g víz 1 mol, azaz 6 · 1023 darab vízmolekula. Minden vízmolekulában 10 darab proton van (a 2 hidrogénatomban 2 p+ és az oxigénatomban 8 p+), tehát 18 g vízben 10 · 6 · 1023 darab = 60 · 1023 darab = 6 · 1024 darab proton van. 6. 1 mol S 32 g, 8 g S tehát 1/4 mol kénatom: 6/4 · 1023 = 1,5 · 1023 darab kénatom. Minden kénatomban 16 proton van, tehát összesen a 8 g kénben: 16 · 1,5 · 1023 darab = 24 · 1023 darab proton van. 7. A 14-es tömegszámú szénizotóp egy atomjában 8 neutron van. 2,5 móljában: 8 · 2,5 · 6 · 1023 darab = 120 · 1023 darab = 1,2 · 1025 darab neutron van. 8. (6 · 12 + 12 · 1 + 6 · 16 = 180) A szôlôcukor moláris molekulatömege: 180 g/mol. 9. (12 · 12 + 22 · 1 + 11 · 16 = 342) A répacukor moláris molekulatömege: 342 g/mol. 10. Mivel a víz sûrûsége 1 g/cm3, így 200 cm3 víz 200 g. 1 mol víz 18 g, X mol víz 200 g. X = 200/18 mol = 11,1 mol víz. 1 mol vízben 6 · 1023 db molekula van, ami 3 · 6 · 1023 db atomra bontható,


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 135

11,1 mol vízben 11,1 · 6 · 1023 db molekula van, ami 11,1 · 3 · 6 · 1023 db atomra bontható. Pontosabban: 66,6 · 1023 db vízmolekula ugyanennyi oxigénatomra bontható: 66,6 · 1023 db = 6,66 · 1024 db oxigénatom, és kétszer ennyi hidrogénatomra: 133,2 · 1023 db = 1,33 · 1025 db hidrogénatom. 11. A kalcium-oxid, CaO, moláris tömege 56 g/mol. 56 g CaO-ban 40 g a kalcium, 100 g CaO-ban X g a kalcium. X = 40 · 100/56 g = 71,4 g kalcium van, vagyis a kalcium-oxid tömegének 71,4 tömeg%-a kalcium. 12. A magnézium-jodid, MgI2, moláris tömege 278 g/mol, vagyis 278 g MgI2-ban 254 g a jód. 100 g MgI2-ban 254 · 100/278 g = 91,3 g jód van, vagyis a magnézium-jodid tömegének 91,3 m/m%-a jód. 13. a) a konyhasó, NaCl, moláris tömege 58,5 g/mol. 58,5 g NaCl-ban 35,5 g a klór, vagyis 100 g NaCl-ban 35,5 · 100/58,5 = 60,68 g, vagyis a NaCl klórtartalma: 60,68 m/m%. b) a kálium-klorid, KCl, moláris tömege 74,5 g/mol. 74,5 g KCl-ban 35,5 g a klór, vagyis 100 g KCl-ban 35,5 · 100/74,5 = 47,65 g, vagyis a KCl klórtartalma: 47,65 tömeg%. c) a magnézium-klorid, MgCl2, moláris tömege 95 g/mol. 95 g MgCl2-ban 71 g a klór, vagyis 100 g MgCl2-ban 71 · 100/95 = 74,7 g, vagyis a MgCl2 klórtartalma: 74,7 tömeg%.

III. Témazáró feladatlapok megoldásai III. témakör A típusú feladatlap I.

II.

1. Atomtörzs: az atommag és az elektronfelhô a vegyértékelektronok nélkül. 2. Kovalens kötés: olyan kémiai kötés, melyet kötô elektronpár hoz létre. a proton moláris tömege egy atom elektronfelhôjének térfogata az alumínium rendszáma a káliumion töltése a kénatom elektronjainak száma a 12-es tömegszámú szénizotópatomban lévô protonok száma a fluor moláris atomtömege ahány darab atomot tartalmaz 0,5 mol cink

III.

> > < < <

az elektron moláris tömege egy atom atommagjának térfogata az alumínium tömegszáma a kalciumion töltése a szulfidion elektronjainak száma a 13-as tömegszámú szénizotópatomban = lévô protonok száma > a hidrogén moláris molekulatömege < ahány darab atomot tartalmaz 0,5 mol oxigénmolekula

Atom Név

Vegyjel

nátrium klór hidrogén

Na Cl H

Ion p+-ok száma 11 17 1

magnézium-klorid: MgCl2

–

e -ok Név száma 11 nátriumion 17 kloridion 1

Molekula +

Képlet Na+ Cl–

p -ok száma 11 17

–

e -ok száma 10 18

Képlet

Szerkezet

Cl2 H2

Cl – Cl H–H

lítium-oxid: Li2O

IV. A) Igaz. B) Hamis, az alkáliföldfém-ionok mindig +2 töltésûek. C) Hamis, mert ionok között jön létre. D) Hamis, mert a jódoldat barna színe eltûnik, és magnézium-jodid keletkezik. E) Igaz. V. egyik sem 1. E) 2. B) 3. D) 4.

E) 5. C) 6. E) 7. B) 8.

B) 9. egyik sem 10. egyik sem 11. C) 12.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 136

VI. 2,5 mol víz a) 2,5 mol · 18 g/mol = 45 g; b) 2,5 mol · 6 · 1023 darab/mol = 15 · 1023 db molekula = 1,5 · 1024 db molekula; c) 2,5 · 2 · 6 · 1023 db H-atom; d) 2,5 · 3 · 6 · 1023 db atom. VII. A) 1. D) 2.

B) 3. C) 4.

A) 5. D) 6.

A) 7. C) 8.

VIII. 1. Rajzold le az eszközöket, anyagokat úgy, ahogy ezt a kísérlet során használjuk! 2. Mit tapasztalunk? Füst keletkezik. 3. Milyen anyag keletkezik? Neve: Nátrium-klorid (konyhasó). Képlete: NaCl. Színe és halmazállapota: Fehér, szilárd anyag.

III. témakör B típusú feladatlap I.

1. Vegyértékelektron: a legkülsô elektronhéjon lévô elektronok, legtöbbször ezek vesznek részt a kémiai reakciókban (elsôsorban fôcsoportok elemeire vonatkozik). 2. Tömegszám: a protonok és neutronok számának összege az atomban. II. az elektron moláris tömege < a neutron moláris tömege egy atom atomtörzsének térfogata < egy atom elektronfelhôjének térfogata a klór rendszáma < a klór tömegszáma a kalciumion töltése = a magnéziumion töltése az oxidion elektronjainak száma > az oxigénatom elektronjainak száma a 12-es szénizotópatomban lévô neutronok < a 13-as szénizotópatomban lévô neutronok száma száma a klór moláris atomtömege < a klór moláris molekulatömege ahány darab atomot tartalmaz 1,5 mol réz < ahány darab atomot tartalmaz 1 mol hidrogénmolekula III. Atom Ion Molekula –

e -ok száma 19

Név

Képlet

K

p+-ok száma 19

káliumion

K+

O

8

8

oxidion

Név

Vegyjel

kálium oxigén

2–

O

p+-ok száma 19

e–-ok száma 18

8

10

Képlet

Szerkezet

O2 *[ O = O ]

nitrogén

N

7

N2

7

*[ N = N ] kalcium-jodid: CaI2; nátrium-szulfid: Na2S. IV. A) Hamis, a nátrium sárgára festi a B) Igaz. lángot. C) Igaz. C) 4. V. A) 1. C) 2. A) 5. E) 3. D) 6.

D) Igaz. E) Igaz. D) 7. E) 8. A) 9.

egyik sem 10. B) 11. E) 12.

VI. 1,5 mol szén-dioxid a) 1,5 mol · 44 g/mol = 66 g; b) 1,5 mol · 6 · 1023 darab/mol = 9 · 1023 db molekulát tartalmaz; c) kétszer annyi O-atomot tartalmaz, mint ahány molekulát (1,8 · 1024 db O-atom); d) háromszor annyi atomot tartalmaz, mint ahány molekulát (2,7 · 1024 db atom). VII. C) 1. A) 3. D) 5. C) 7. A) 2. D) 4. A) 6. B) 8. VIII. 1. A magnézium színe, halmazállapota? Szürke színû, szilárd fém. 2. A magnézium égésekor mit tapasztalunk? Vakító fénnyel ég. 3. Milyen anyag keletkezik? Neve: magnézium-oxid; Képlete: MgO. Színe, halmazállapota: fehér, szilárd vegyület.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 137

III. témakör C típusú feladatlap I.

1. Izotóp: azokat az atomokat, amelyeknek rendszáma azonos, tömegszámuk azonban különbözô, egy elem izotópjainak nevezzük. 2. Rendszám: az atommagban lévô protonok száma, mely meghatározza a kémiai minôséget.

II.

a proton moláris tömege egy atom atomtörzsének térfogata a kripton rendszáma [36] a kloridion töltése [-1] a magnéziumatom elektronjainak száma [12] a 12-es tömegszámú szénizotópatomban lévô elektronok száma [6] a nitrogén moláris molekulatömege [28] ahány darab atomot tartalmaz 2,5 mol vas 23 23 [2,5 . 6 . 10 db = 15 . 10 db]

III.

= > < > > = > <

Atom

a neutron moláris tömege egy atom atommagjának térfogata a kripton tömegszáma [pl. 84] a szulfidion töltése [-2] a magnéziumion elektronjainak száma [10] a 13-es tömegszámú szénizotópatomban lévô elektronok száma [6] a neon moláris atomtömege [20] ahány darab atomot tartalmaz 2 mol hidrogén23 23 molekula [2 . 2 . 6 . 10 db = 24 . 10 db] Ion

e–-ok Név száma 20 kalciumion

Név

Vegyjel

kalcium

Ca

p+-ok száma 20

kén

S

16

16

hidrogén

H

1

1

szulfidion

Képlet Ca2+ 2–

S

Molekula p+-ok száma 20

e–-ok száma 18

16

18

Képlet

Szerkezet

S8

H2

kálium-szulfid: K2S; kalcium-bromid: CaBr2. IV. A) Hamis, a magnézium vakító lánggal ég. B) Igaz. C) Hamis, az ionos kötés ionok között jön létre. V. C) 1. A) 2.

C) 3. D) 4.

C) 5. B) 6.

D) Hamis, a nátrium-klorid fehér. E) Igaz.

C) 7. E) 8.

E) 9. egyik sem 10.

B) 11. C) 12.

VI. 0,5 mol metán a) 0,5 mol · 16 g/mol = 8 g; b) 0,5 mol · 6 · 1023 g/mol = 3 · 1023 db molekulát tartalmaz; c) négyszer annyi H-atomot tartalmaz, mint ahány molekulát (4 · 3 · 1023 db H-atom); d) ötször annyi atomot tartalmaz, mint ahány molekulát (5 · 3 · 1023 db atom). VII. C) 1. B) 2.

C) 3. C) 4.

A) 5. egyik sem 6.

A) 7. egyik sem 8.

VIII. 1. Jellemezd a jód vizes oldatát! A jód oldékonysága vízben: kicsi. A vizes jódoldat színe: halványbarna. 2. Mit tapasztalunk, ha a jódoldatba magnéziumport szórunk? elszíntelenedik. 3. Milyen anyag keletkezik? Neve: magnézium-jodid; Képlete: MgI2.

31–32. óra: A gyors égés Az égéssel már mindenki találkozott, jelenség szintjén már ismert folyamat a gyerekek körében. Egy rövid kémiatörténeti bevezetôvel elmesélhetjük, hogy a kémiai lényegét nehezen ismerték fel. Gyors égési reakciókat mutatnak a következô tankönyvi képek: 5. ábra (5. old.), 6. oldal, 9. oldal, 45. ábra (20. old.), 43. oldal, 85. oldal, 88. oldal, 103. oldal, 104. oldal. A témát két órában dolgozzuk fel, hogy kísérletekre is és értelmezésükre is elegendô idô jusson. A kémiai reakciókat energiaváltozás szempontjából is értelmezzük, energiadiagram segítségével. Magyarázhatjuk az energiaminimumra való törekvés elvének rövid lényegét: a természetben azok a folyama-


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 138

tok mennek „önként” végbe, amelyek „energetikailag kedvezôek”. Ez sokszor azt jelenti, hogy a termék alacsonyabb energiaszintre kerül (ez kedvezô állapot). Nagyon hasznos, ha az órán az égési folyamatot a részecskék mozgásának (energiatartalmának), és a részecskék közötti kötések felszakadásának, illetve újraalakulásának szintjén modellezzük, ahogyan ezt a tankönyv ábrázolja. Ehhez alkalmas szemléltetôeszköz egy mágneses tábla mágneses modellekkel (amit kis mágnesek segítségével akár saját kezûleg is készíthetünk: mágnesre színes körlapokat ragasztunk). Ennél szemléletesebb, ha használjuk az interaktív tananyagot. Az óra elôkészítése Interaktív tananyag

Óravázlatok: 11. Az égés (1. része) 12. A redoxireakciók (1. része) Kísérletek: 28. A szén izzása 32. Az égés Animációk: 14. Szén égése 15. Metán égése Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 13. 107. oldal 4. feladat 2. Munkafüzetbôl: 24. 91. oldal 2. fealdat 25. 92. oldal 3. feladat Táblázatok a tankönyvbôl: 15. A szén égése (104. o.) 16. A metán égése (106. o.) Képek, ábrák: 83. 168. ábra: Lavoisier (102. o.) 84. 169. ábra: Priestley (102. o.) 85. 170. ábra: Scheele (102. o.)

Háttér Az aktiválási energia A kémiai reakciók különbözô sebességgel játszódnak le, vannak ún. pillanatreakciók, amelyek gyakorlatilag azonnal végbemennek, és vannak ún. idôreakciók, amelyeknél mérhetô idô alatt játszódik le a kémiai változás. A reakciósebesség függ: – a kiindulási anyagok koncentrációjától (a kiindulási anyagok részecskéi között lehetséges ütközések számától); – a hômérséklettôl (magasabb hômérsékleten a hatásos ütközések száma megnô); – katalizátor jelenlététôl (a reakciót gyorsítja úgy, hogy megnyit egy másik lehetséges reakcióutat). A részecskék mozognak, mozgásuk közben ütköznek egymással. Ez az ütközés lehet hatásos, azaz elegendô energiát adhat a kötések felbontásához: kémiai reakcióhoz vezet. Nagyon sok ütközés azonban nem eredményez kémiai átalakulást. Sok esetben kevés olyan részecske található a reakcióelegyben, mely megfelelô energiával rendelkezik a hatásos ütközésekhez. Például a hidrogéngáz és a klórgáz elegye évekig eltartható sötétben anélkül, hogy reakció menne végbe közöttük. UV fény hatására azonban a klórmolekulák kötése felszakad, a szabad klóratomok energiája nagyobb, mint a molekulában kötötteké volt, tehát hatásosan tudnak ütközni a hidrogénmolekulákkal, és láncreakciót indítanak el, mely pillanatszerû gyorsasággal megy végbe (klórdurranógáz). Az aktiválási energia (Eakt): eredményes ütközéshez szükséges energiatöbblet, a reakció végbemeneteléhez szükséges. E

E

aktív állapot

⎫ ⎬ energiagát ⎭

Eakt kiindulási állapot

∆H

aktív állapot

Eakt kiindulási állapot

végállapot

∆H

végállapot

Exoterm folyamat


Endoterm folyamat

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 139

A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: A szén égése Milyen színû és halmazállapotú a szén? Fekete, szilárd halmazállapotú. A szén égése során milyen fényjelenséget tapasztalsz? A szén izzik. Kísérleti megfigyelés: Metán égése különbözô mennyiségû oxigén jelenlétében Milyen a Bunsen-égô lángja, ha a levegônyílás teljesen zárva van? Sárgán világító és feketén kormozó. Milyen lett az óraüveg? Kormos, párás. Milyen a Bunsen-égô lángja, ha a levegônyílás teljesen nyitva van? Színtelen lánggal ég. Milyen lett az óraüveg? Párás. Feladatok 1. Kémiai változások: tábortûz meggyújtása, gyufa égése; Fizikai változás: víz forralása, jód szublimációja. 2. Exoterm folyamatok: égés (kémiai változás), dörzsölés (fizikai változás), súrlódás (fizikai változás). 3. A gyertya anyaga, a paraffin biztosan tartalmaz szenet (korom) és hidrogént, ami égéskor vízzé (pára) ég el. (A paraffin telített szénhidrogén.) 4. a) A folyamat Atomok, molekulák rajzával Energiaváltozás szempontjából Kémiai jelöléssel: A kémiai reakció típusa:

*b) A folyamat

RÉZ

+

OXIGÉN

exoterm folyamat (hôfelszabadulással jár) 2 Cu + égés, egyesülés

ALUMÍNIUM

+

O2

OXIGÉN

→

→

→

RÉZ-OXID

2 CuO

ALUMÍNIUM-OXID

Atomok, molekulák rajzával Energiaváltozás szempontjából Kémiai jelöléssel: A kémiai reakció típusa:

exoterm folyamat (hôfelszabadulással jár) 4 Al + égés, egyesülés

3 O2

→

2 Al2O3

A munkafüzet feladatainak megoldása (31–32.) 1. A) Igaz. (Nem mindig, például a metán égésénél nem C) Hamis, mert az égés exoterm (hôfelszabadulással jáegyféle anyag keletkezik.) ró) reakció. B) Igaz. D) Igaz. E) Igaz. 2. a) A szén égése: kémiai reakció, egyesülés A változás röviden: SZÉN + OXIGÉN → SZÉN-DIOXID Az energiaváltozás: hôfelszabadulás, exoterm változás E

+ ∆E

– ∆E

SZÉN + OXIGÉN SZÉN-DIOXID

*Ha a szénnel energiát közlünk (melegítjük), akkor a benne lévô kémiai kötések felszakadnak, az anyag magasabb energiaszintre jut. Hô hatására az oxigénmolekulák is felszakadnak oxigénatomokra. A nagyobb energiájú részecskék egymással kémiai reakcióba lépnek, új kémiai kötéseket alakítanak ki, így új anyag keletkezik. Az új kötések kialakulása kedvezô, ezért alacsonyabb energiaszintet képvisel a termék, a szén-dioxid.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 140

b) A metán égése: kémiai reakció A változás röviden: METÁN + OXIGÉN Æ SZÉN-DIOXID + VÍZ Az energiaváltozás: hôfelszabadulás, exoterm változás E + ∆E

– ∆E

METÁN + OXIGÉN SZÉN-DIOXID + VÍZ

*A kiindulási anyagok, a metán és az oxigén, hô hatására magasabb energiaszintre kerülnek, a molekulákban lévô kovalens kötések felszakadnak, ebben az állapotban reakcióképesebbek, új kémiai kötéseket alakítanak ki, új anyagok keletkeznek (víz és szén-dioxid). 3. A folyamat MAGNÉZIUM + OXIGÉNGÁZ → MAGNÉZIUM-OXID Atomok, molekulák rajzával Energiaváltozás szempontjából exoterm reakció, hôtermelés 2 Mg + Kémiai jelöléssel: egyesülés, égés A kémiai reakció típusa: 4.

→

2 MgO

Tökéletes égés kémiai változás

Nem tökéletes égés kémiai változás

több oxigén szükséges

kevesebb oxigén is elegendô

Az anyag széntartalma milyen termék/ekké alakul?

teljes egészében szén-dioxiddá (CO2) alakul

a szén-dioxid mellett keletkezik szén-monoxid (CO) és korom (C) is

Milyen energiaváltozással jár?

exoterm folyamat

exoterm folyamat

A Bunsen-égô lángjánál milyen esetben valósul meg? Hogy hívjuk a lángot?

ha a Bunsen-égô levegônyílását kinyitjuk szúróláng

ha a Bunsen-égô levegônyílását bezárjuk világító láng

Kémiai változás-e? Melyikhez kell több oxigén ugyanannyi kiindulási anyag esetén?

5.

O2

A gyors égés feltételei

A tûzoltás módszerei

1. Legyen jelen éghetô anyag.

Erdôtüzeknél, tarlótûz esetén körülszántják az égô helyet, hogy ne legyen éghetô anyag.

2. Legyen jelen megfelelô mennyiségû oxigéngáz.

Szórhatunk homokot vagy vizet a tûzre, kisebb tûz esetén pokróccal letakarhatjuk, így elzárjuk a levegôtôl az éghetô anyagot, és nem érintkezik oxigénnel.

3. Megfelelô hômérséklet (gyulladási hômérséklet)

Vízzel való oltásnál a víz lehûti az égô anyagot a gyulladási hômérséklet alá.

*6. Milyen energiaforrás kitermelésére alkalmas építmény a Piper Alpha? Kôolaj. Milyen meghibásodással kezdôdött a katasztrófa? Súlyos csôtöréssel. Az eddig tanultak alapján mivel magyarázod, hogy a dízelolaj-szivárgás felszította a lángokat? A dízelolaj könnyen gyulladó, éghetô anyag. Milyen jelenségek kísérték az égés folyamatát? Robbanások, füst, hô. Vajon mire volt jó a paradicsomlé ebben a helyzetben? Hûtésre. Mit tudsz arról, égô olajat lehet-e vízzel oltani? Indokold válaszodat! Égô olajat nem lehet vízzel oltani, mert az olaj a vízzel nem elegyedik, és mivel kisebb a sûrûsége, mint a víznek, a víz tetején helyezkedik el, ott folytatja az égést.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

1. G E R J E S Z T E T T

*7.

9:59

2. A T O M T Ö R Z S

3. B Ó R

Page 141

4. B R Ó M

5. A T O M M A G

6. N E U T R O N

33. óra: A lassú égés. Az égés mint redoxireakció Azt kell a gyerekeknek megérteniük, hogy a lassú égés és a gyors égés között kémiailag nincs nagy különbség; jelenség szintjén viszont nagy különbséget tapasztalunk: a gyors égés heves és látványos reakció, a lassú égést viszont közvetlenül nem észlelhetjük. A lassú égésre példa a rozsdásodás (ld. tankönyv 70. ábra). Ha a redoxireakciókat nem akarjuk részletesen elektronátmenettel tárgyalni, akkor elegendô az oxidációt oxigénfelvételre, a redukciót pedig oxigénleadásra egyszerûsíteni. Kiegészítô anyagként azonban a redoxireakciók értelmezhetôk elektronátmenettel. Ha van elegendô idônk a magyarázatra, akkor nem okozhat különösebb gondot a tanulóknak ennek megértése, mert mindent tanultak, ami ehhez szükséges (vegyértékelektron-szerkezet, ionképzôdés, ionvegyületek, ionképlet). Az óra elôkészítése


Óravázlatok: 11. Az égés (2. része) 12. A redoxireakciók (1. része) Táblázatok a tankönyvbôl: 17. 26. táblázat: Gyors égés és lassú égés (108. o.) Képek, ábrák: 86. 171. ábra: A vas rozsdásodása (108. o.)

Háttér Redoxireakciók értelmezése oxidációs számok segítségével Ha egy redoxireakcióban teljes elektronátmenet történik, tehát egy kis elektronegativitású elem atomja elektront ad át egy nagy elektronegativitású elem atomjának, és ilyen módon kation és anion képzôdik, meg lehet adni a mólonként átadott elektronok mennyiségét, és meg tudjuk mondani az ionok töltését, például: Mg + 1/2 O2 → MgO 2 e–

Részfolyamatok: Mg → Mg2+ + 2 e– oxidáció (elektronleadás) 1/2 O2 + 2 e– → O2– redukció (elektronfelvétel) Ha egy redoxireakcióban kovalens kötésû vegyület keletkezik, akkor csak részleges elektronátmenet történik. A kovalens kötésben részt vevô kötô elektronpár nagyobb valószínûséggel tartózkodik a nagyobb elektronegativitású atomtörzs erôterében, mint a kisebb elektronegativitású atomtörzs környékén (poláris kovalens kötés). Ilyen esetben nem tudjuk megmondani pontosan, hogy hány elektronátmenettel járt a reakció, mivel csak részleges az elektronátadás, de az oxidációs számok segítségével „számszerûsíthetjük” ezeket a redoxireakciókat is: a nagyobb elektronegativitású atomhoz hozzárendeljük a kötésben részt vevô elektronokat, mintha felvette volna ezeket, és ilyen módon meghatározott számú és negatív elôjelû oxidációs számmal jellemezhetjük a kötésben lévô atomot. A kisebb elektronegativitású atom, amelyiktôl elvonzotta a másik atom az elektront vagy elektronokat, értelemszerûen pozitív számértékkel jellemezhetô. Az oxidációs számnak tehát mindig elôjele van, és megmutatja, hogy hány elektront adott le vagy vett fel a kötésben lévô atom. Azonos elektronegativitású atomok kapcsolódása esetén természetesen egyik sem vonz el a másiktól elektront (pl.: apoláris kovalens kötés).


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 142

Az oxidációs számok meghatározásának szabályai: 1. Kémiai elemeknek az oxidációs száma mindig zérus. Például: a fém Mg-ban a Mg-atomok oxidációs száma 0, az elemi oxigéngázban, az O2-molekulákban kötött O-atomok oxidációs száma 0, vagy az elemi szénben a C-atomok oxidációs száma 0. 2. Egyszerû ionoknak mindig az ion töltésével és elôjelével egyezik meg az oxidációs száma. Például: a Mg2+ oxidációs száma +2, az O2– oxidációs száma –2, tehát a MgO-ban a Mg oxidációs száma +2, és az O oxidációs száma –2, amit úgy is jelölhetünk, hogy vegyjeleik fölé írjuk +2 –2 MgO 3. Kovalens kötésû vegyületeknél a nagyobb elektronegativitású atomhoz rendelt elektronok száma adja az oxidációs számot negatív elôjellel, a kisebb elektronegativitású atomnál pedig pozitív elôjellel. Például: a HCl-molekulában lévô kötô elektronpárt a Cl-atom magához vonzza nagyobb elektronegativitása miatt, így a HCl-ban a Cl-nak –1, a H-nek +1 az oxidációs száma, amit a következô képpen jelölhetünk: +1 –1 H → Cl Hasonló megfontolások miatt a CO2-ban a C-nek +4, az O-nek –2 az oxidációs száma: –2 +4 –2 +4 –2 O=C=O CO2 4. Ha a vegyületek összetételének megfelelô képletek szerint megadott oxidációs számokat összegezzük, akkor az összeg mindig zérus kell legyen. Például: ΣMgO = +2 –2 = 0, ΣHCl = +1 –1 = 0, ΣCO2 = +4 +2 · (–2) = 0 5. Összetett ionokban az oxidációs számok összege megegyezik az ion töltésével. Például: ΣSO42– = +6 +4 (–2) = –2, ΣNO–= +5 + 3 · (–2) = –1, ΣCO23– = +4 +3 · (–2) = –2 A fentiek értelmében a redoxireakciók mindig oxidációsszám-változással járnak. Például: 0 0 +2 –2 a magnézium oxidálódott (nôtt az oxidációs száma 0-ról +2-re) 2 Mg + O2 → 2 MgO az oxigén redukálódott (csökkent az oxidációs száma 0-ról –2-re) 0 0 +4 –2 C + O2 → CO2

a szén oxidálódott (nôtt az oxidációs száma 0-ról +4-re) az oxigén redukálódott (csökkent az oxidációs száma 0-ról –2-re)

A tankönyvi feladatok megoldása 1. 2 Ca + O2 → 2 CaO 2. a) Szenet (korom); b) A petróleum széntartalma szén-dioxiddá ég el, és eközben hô szabadul fel. Ha korom is keletkezik, akkor az égés nem tökéletes égés, és nem szabadul fel annyi energia, tehát a petróleumégôk mûködése nem gazdaságos. 3. a) Égése során nem keletkezik füst, korom; b) Tökéletesen elégethetô, ezért gazdaságosabb a használata; c) Nem kell a tüzelôanyagot „cipelni”, a koromtól, salaktól a kályhát, tûzhelyet megtisztítani stb. 4. A reakció redukció, hiszen oxigénelvonással jár. A munkafüzet feladatainak megoldása (33.) 1. A vas rozsdásodása lassú égésnek tekinthetô, mert a vas a levegô oxigénjével egyesül, oxidálódik, vas-oxiddá alakul (igaz, hogy a folyamat nem egyértelmû, mert vegyesen keletkeznek vas-oxidok és vas-hidroxid, de mindegyik oxidáció a vas szempontjából), a folyamat során hô szabadul fel, amit nem észlelünk, mert a folyamat lassú, és a hô átadódik a környezetnek, és közben fényjelenséget nem észlelünk. 2. Hasonlítsd össze a gyors égést és a lassú égést a táblázat segítségével! Milyen típusú kémiai változás? A változás hevessége szerint Energiaváltozás szerint


Gyors égés redoxireakció a reakció gyors exoterm folyamat

Lassú égés redoxireakció a folyamat lassú (esetleg évekig is eltart) exoterm folyamat

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Fényjelenség kísérheti-e? Végbemenetelének feltételei szerint Példa

Page 143

Gyors égés fényjelenség észlelhetô a) éghetô anyag b) oxigén c) gyulladási hômérséklet tábortûz, magnézium égése vakító lánggal, gyufa meggyújtása stb.

Lassú égés fényjelenség nem észlelhetô a) éghetô anyag b) oxigén rozsdásodás

3. 1. A) 3. C) 5. G) 7. F) 2. E) 4. D) 6. B) 8. H) 4. a) SZÉN + OXIGÉN → SZÉN-DIOXID Mi a reakciótermék? Szén-dioxid (CO2). Mi az oxidálószer? Az oxigén (O2). Mi vette fel az oxigént? A szén (C). Mi történt a reakcióban a szénnel? A szén oxidálódott. Milyen típusú kémiai reakció? Redoxireakció (a szén oxidálódott). b) SZÉN + SZÉN-DIOXID → SZÉN-MONOXID Mi a reakciótermék? Szén-monoxid (CO). Mi adta le az oxigént? A szén-dioxid (CO2). Mi történt a reakcióban a szén-dioxiddal? A szén-dioxid oxigént adott le, vagyis redukálódott. Mi a redukálószer? Az oxigént a szén vette fel, vagyis a redukálószer a szén (C). Milyen típusú kémiai reakció? Redoxireakció. . :O : *5. Mg: + → Mg2++ O2– . 2 e– Mi ad le elektront? A magnézium. Mi oxidálódik? A magnézium. Mi vesz fel elektront? Az oxigén. Mi redukálódik? Az oxigén. Mi az oxidálószer? Az oxigén. Mi a redukálószer? A magnézium. A redoxireakciók során elektronátadás történik: az egyik reakciópartner elektront ad át a másiknak, oxidálódik, a másik, amely az elektront felveszi, redukálódik. *6. Miért fontos, hogy a vas rozsdásodási folyamatait meggátoljuk? A rozsdásodás nagyon nagy anyagi károkat okoz. Sorold fel, hogy milyen anyagok együttes jelenléte szükséges ahhoz, hogy a vas hatékonyan rozsdásodjon! Víz, oxigén, vizes oldat (elektrolit). Miért olyan nehéz a vasat a rozsdától „megszabadítani”? A rozsda laza lemezes réteget alkot a vas felületén, és ezért az oxidálószer tovább is hozzáfér a vashoz. Miért nem érdemes a rozsdás vasat lefesteni? Ha a laza rozsdarétegre ráfestünk, a festékréteg alatt is folytatódik a rozsdásodás. Milyen kémiai változás a vas rozsdásodása? A rozsdásodás lassú égés, redoxireakció (a vas oxidációs reakciója). *7. Exoterm folyamat.

34. óra: Egyesülés és bomlás Az óra célja, hogy a kémiai reakciók legegyszerûbb típusairól a gyerekek képet kapjanak, és eligazodjanak közöttük. Ilyen reakció az egyesülés és a bomlás is, melyre két látványos kísérletet tartalmaz a tankönyv példaként. A tanult kémiai változások csoportosítása: R E D O X I R E A K C I Ó K

EGYESÜLÉS 1. Na és Cl2 reakciója (tankönyv 83. old.) 2. Mg és I2 reakciója (tankönyv 89. old.) 3. Zn és S reakciója (tankönyv 110. old.) Égés: 1. Ca égése (tankönyv 85. old.) 2. Mg égése (tankönyv 88. old.) 3. Szén égése (tankönyv 103. old.)

BOMLÁS 1. Vízbontás (tankönyv 32. old.) 2. Higany-oxid bomlása (tankönyv 111. old.)

E X O T E R M

E N D O T E R M

V A G Y

R E A K C I Ó K


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 144

A végbemenô kémiai reakciókat jól szemléltethetjük mágneses tábla és mágneses modellek segítségével. A higany-oxid bomlásának szemléltetése a tankönyv 173. ábrája alapján történhet. Az ilyen jellegû bemutatás nagyon jól elôkészíti a reakcióegyenletek írását. Kiegészítô anyagként a példának felhozott reakciókat más szempont szerint is jellemezhetjük: a cinkszulfid keletkezése és a higany-oxid bomlása egyaránt redoxireakció, azaz elektronátmenettel jár. Az óra elôkészítése Kísérlet Cink és kén reakciója (Vigyázat! A reakció nagyon heves, kis anyagmennyiséggel dolgozzunk!)

Higany-oxid bomlása


Anyag

Eszköz fémlemez, amin a reakció cinkpor és kénpor keveréke végbemehet, Bunsen-égô, vasháromláb, gyufa kémcsô, gyújtópálca, higany-oxid kémcsôfogó, gyufa, Bunsen-égô Óravázlatok: 12. A redoxireakciók (2. része) Kísérletek: 29. Cink és kén reakciója 30. Higany-oxid bomlása 31. Oxigéngáz kimutatása Táblázatok: 2. Munkafüzetbôl: 26. 100. oldal *7. feladat Képek, ábrák: 87. 173. ábra: HgO bomlása (111. o.)

Háttér Az egyesülés és bomlás szerinti csoportosítás tulajdonképpen az atomszerkezeti ismeretek birtokában nem jogos, ugyanis ezek a reakciók besorolhatók sav-bázis, redoxi- vagy más reakciók közé (többnyire redoxireakciók). Mivel a redoxireakciók elektronszerkezeti magyarázata nem törzsanyag, ezért látszott célszerûnek ezt a csoportosítást beiktatni. A tankönyvi feladatok megoldása 1. Kémiai tulajdonságok: éghetôség, bomlékonyság, vegyértékelektron-szerkezet megváltozása 2. a) egyesülés; b) bomlás. A munkafüzet feladatainak megoldása (34.) 1. D. 1. (Mivel ez még nem jelenti azt, hogy egy kiindulási anyag van.) A. 2. (Az égés általában egyesülés, de nem mindig, pl.: metán égése.) C. 3., C. 4., D. 5., B. 6., A. 7., A. 8., D. 9., D. *10. CINK + KÉN 2. szürke színû, fémes fényû, Jellemezd a reakcióban szilárd sárga színû por részt vevô anyagokat halmazállapotú (szín, halmazállapot)! Az anyagok mely csoportjába fémes elem nemfémes elem sorolhatod ezeket? egyesülés, *redoxireakció Milyen típusú kémiai reakció? Írd le a reakciót kémiai jelekkel! . (pontokkal jelöld a vegyérték Zn: + :S: . – e -okat) *Mi ad le elektront? a cink (Zn) ad le elektront *Mi vesz fel elektront? a kén vesz fel elektront *Mi az oxidálószer? a kén az oxidálószer *Mi a redukálószer? a cink a redukálószer *A termékben milyen kémiai kötés alakulhat ki? *Részecskeátmenet szempontjából milyen típusú a redoxireakció reakció?


→

CINK-SZULFID vajszínû, szilárd halmazállapotú vegyület

→

ZnS

ionos jellegû kovalens kötés

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 145

3. Jellemezd a reakcióban részt vevô anyagokat (szín, halmazállapot)! Az anyagok mely csoportjába sorolhatod ezeket? Milyen típusú kémiai reakció? Mi ad le oxigént? Mi redukálódik?

HIGANY-OXID → HIGANY + OXIGÉN narancsszínû (hômérséklet-változás a higany szürke színû, fémes színtelen, szagtalan gáz hatására színét változtatja), fényû folyadék szilárd halmazállapotú vegyület

fémes elem

nemfémes elem

bomlás,* redoxireakció a higany-oxid ad le oxigént, ezért redukálódik

Hô hatására a higany-oxid a színét változtatja, ami fizikai változás (lehûlés után visszanyeri az anyag az eredeti színét.) A keletkezô oxigéngáz útjába izzó hurkapálcát tartunk, és az lángra lobban. 4. Azokat a kémiai reakciókat nevezzük egyesülésnek, melyekben több anyagból egy új anyag keletkezik. Ilyen kémiai változás lehet például az égés, mely oxigénnel való egyesülés. Energiaváltozás szempontjából az égés mindig hôtermelô, exoterm folyamat, de minden egyesülésrôl ez nem mondható el. Bomlásnak azokat a kémiai változásokat nevezzük, melyekben egy anyagból több új anyag keletkezik. Energiaváltozás szempontjából a bomlás is lehet akár hôtermelô, exoterm, akár hôleadással járó, endoterm folyamat. 5. Hidrogén-, oxigén-, vízmolekulák. A kiindulási anyagokról: A hidrogén kétatomos molekulákat alkotó, színtelen, szagtalan elemi gáz. Színtelen lánggal vízzé ég el. Az oxigén kétatomos molekulákat alkotó, színtelen, szagtalan elemi gáz, az égést táplálja. A termékrôl: A vízmolekulák két hidrogénatomból és egy oxigénatomból felépülô vegyületmolekulák. A víz szobahômérsékleten színtelen, szagtalan, íztelen folyadék, nem éghetô. A kémiai reakcióról: A végbemenô kémiai reakció felfogható mint egyesülési reakció (két anyagból egy új anyag keletkezik), de egyben égési reakció is: a hidrogén vízzé oxidálódik. (Ez a reakció robbanásszerûen is végbemehet a gáz összetételétôl és a körülményektôl függôen, a H2 : O2 = 2 : 1 arányú elegyét ezért durranógáznak is nevezik.) *6. A testek, az anyagok belsô energiája milyen mozgással van összefüggésben? A rendezetlen hômozgással, a molekulák rezgô és forgó mozgásával, valamint a kémiai kötések energiájával. Véleményed szerint, ha a test hômérsékletét növeljük, akkor hogyan változik a belsô energiájának nagysága? Növekszik, mert nô a részecskék mozgási energiája. Mibôl szintetizálhatunk cukrot? Szén-dioxidból és vízbôl. Véleményed szerint ez egyesülés vagy bomlás? Egyesülés. A cukor szintézise exoterm vagy endoterm változás? Endoterm változás. A cukor elégetése vajon milyen kémiai reakció? Redoxireakció, a cukor oxidálódik. A cukor égése exoterm vagy endoterm változás? Exoterm változás. A szöveg alapján mi a véleményed arról, hogy ha egy kémiai reakció endoterm, akkor ennek a folyamatnak a fordított irányban való lejátszódása exoterm változás lesz? Az endoterm folyamatok fordítottja (ellenkezô irányú folyamata) mindig exoterm folyamat. Ha egy egyesülési kémiai reakció endoterm, akkor a fordított irányú bomlási folyamat milyen energiaváltozású lesz? Exoterm folyamat. *7. Az egyesülés során egyféle anyag keletkezik.

35. óra: A kémiai egyenlet A kémiai egyenletek írását viszonylag nehezebb feladatnak szokták ítélni a gyerekek a kémia tanulása során. Tankönyvünkben azonban, mire idáig eljutunk, tulajdonképpen már egy sor reakciónak felírtuk a „folyamatábráját” (szén égése, metán égése, nátrium és klór reakciója, magnézium égése, magnézium és jód reakciója, kalcium égése stb.). Ezeknek a folyamatoknak az értelmezése már jól elôkészítette az egyenletírást. Az órán már ismert és szemléltetett kémiai reakciók reakcióegyenletét írjuk fel. A folyamatokat feltétlenül modellezni kell, amire alkalmas a mágneses tábla (vaslemez) és a mágneses modellek (készen kapható mágneses modellek, vagy mágnesdarabkákra ragasztott atom- és molekulamodellek). A tankönyvben modellekkel szemléltetett folyamatot játsszuk le a mágneses táblán (szén égése, metán égése, hidrogén égése stb.), illetve használjuk az interaktív tananyagot! A mól fogalmát, a moláris tömeg fogalmát hasznosítsuk az egyenletek alapján történô kémiai számításokhoz! Hetedik osztályban csak az egyenletek alapján egyszerûen kiszámítható feladatokkal foglalkozzunk, több lépéses számítást legfeljebb a versenyre jelentkezô vagy szakkörre járó gyerekeknek adjunk!


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 146

Az óra elôkészítése Interaktív tananyag

Animációk:8. Vízbontás 9. Durranógáz meggyújtása 14. Szén égése 15. Metán égése Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 14. 114. oldal 1. feladat 15. 114. oldal 2. feladat 2. Munkafüzetbôl: 27. 100. oldal 3. feladat 28. 101. oldal 4. feladat Képek, ábrák: 88. 176. ábra: Tömegmegmaradás törvénye (112. o.) 89. 177. ábra: Szén égése – modellezés (113. o.) 90. 178. ábra: Metán égése – modellezés (113. o.)

A tankönyvi feladatok megoldása 1. H2 + Cl2 = 2 HCl 2. N2 + 2 O2 = 2 NO2 4 Li + O2 = 2 Li2O 2 Mg + O2 = 2 MgO 3. (A higany moláris atomtömegét vehetjük 200 g/mol-nak). 2 HgO = 2 Hg + O2 2 mol 2 mol 1 mol 2 · 216 g 2 · 200 g 32 g Az egyenlet alapján megállapítható, hogy 400 g Hg elôállítása mellett 32 g oxigéngáz keletkezik, arányosan: 120 g Hg elôállítása mellett 32 · 120/400 g = 48/5 g = 9,6 g oxigéngáz keletkezik. 4. 2 HgO = 2 Hg + O2 2 mol 2 mol 1 mol 2 · 216 g 2 · 200 g 32 g arányosan, 200-szor kevesebb mennyiségbôl: 2,16 g 2,0 g 0,16 g Vagyis 2,16 g HgO-ból 2,0 g higany és 0,16 g oxigéngáz keletkezik. A munkafüzet feladatainak megoldása (35.) 1. A kémiai változások során a kiindulási anyagok összes tömege és a termékek összes tömege megegyezik. 2. szénatomok, oxigénmolekulák, szén-dioxid-molekulák 4 C + 4 O2 = 4 CO2 C + O2 = CO2 3. a) Mg + Cl2 = MgCl2 f) 2 K + I2 = 2 KI b) H2 + F2 = 2 HF g) 2 HgO = 2 Hg + O2 c) Fe + S = FeS h) P4 + 5 O2 = 2 P2O5 d) 2 Na + Cl2 = 2 NaCl i) N2 + 3 H2 = 2 NH3 e) 2 Ca + O2 = 2 CaO j) 4 Al + 3 O2 = 2 Al2O3 4.

a) 2 H2 + O2 = 2 H2O 2 mol 1 mol 2 mol 20 mol 10 mol 20 mol 4g 32 g 36 g 40 g 320 g 360 g

b) 2 Cu + O2 = 2 CuO 2 mol 1 mol 2 mol 10 mol 5 mol 10 mol 127 g 32 g 159 g 635 g 160 g 795 g

*5. a) 2 K + Br2 = 2 KBr b) 2 Pb + O2 = 2 PbO c) 4 Fe + 3 O2 = 2 Fe2O3 *6. Mai tudásunk szerint hogyan határozhatjuk meg az égést (tanulmányaid szerint válaszolj)? Az égés a levegô oxigénjével való egyesülés. Ha egy fémet elégetünk, a keletkezô fém-oxid tömege mekkora lesz a kiindulási fém tömegéhez képest?


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 147

A fém-oxid tömege nagyobb lesz, mint a fém tömege volt. Stahl szerint milyen folyamat az égés? (A szöveg alapján válaszolj!) Stahl szerint égéskor „flogiszton” távozik az anyagokból. Eszerint ha egy fémet elégetünk, a keletkezô „fémmész” (fém-oxid) tömege mekkora lesz a kiindulási fém tömegéhez képest? A flogisztonelmélet szerint az égés után a keletkezô „fémmész” (fém-oxid) könnyebb lesz, mint az eredeti fém tömege volt. Ennek magyarázatára a „flogisztont” milyen tömegû anyagnak képzelték? Negatív tömegû anyagnak. Véleményed szerint létezik „negatív tömegû” anyag? Nem létezik negatív tömegû anyag. A kémiai változások mennyiségi viszonyait jellemzô mely törvénynek mond ez ellent (tanulmányaid szerint válaszolj)? A tömegmegmaradás törvényének. Ki döntötte meg a flogisztonelméletet? Lavoisier. Milyen kísérletek segítették ôt ebben? A pontos mérés. *7. 1. E G Y

G

2. E G Y M O L

Ü

3. K É T

T

4. H Á R O M

A

5. K É T

Ó

*K óra: Kémiai számítások (gyakorlóóra) A feladatgyûjtemény megfelelô feladatainak segítségével begyakoroltathatjuk a kémiai egyenletek írását, illetve a kémiai jelekhez rendelhetô mennyiségi jelentések használatát.

Számítások a kémiai egyenlet alapján 1. 2 Cu + O2 = 2 CuO 2 mol 1 mol 2 . 63,5 g 32 g 63,5 g 16 g Tehát 16 g oxigéngáz tud maradék nélkül vegyülni 63,5 g rézzel. 2. C + O2 = CO2 1 mol 1 mol 12 g 32 g 48 g 4 . 32 g (= 128 g) Tehát 128 g oxigén tud maradék nélkül egyesülni 48 g szénnel. 3. S + O2 = SO2 1 mol 1 mol 1 mol 32 g 32 g 64 g 64 g 64 g 128 g Tehát 64 g kénre van szükség 128 g kén-dioxid elôállításához, és 64 g oxigén szükséges ehhez a reakcióhoz. 4. 2 H2 + O2 = 2 H2O 2 mol 1 mol 2 mol . 2 2g 32 g 2 . 18 g 20 g 160 g 180 g Tehát 20 g hidrogéngázból kell kiindulni, hogy 180 g víz keletkezzen, és 160 g oxigéngáz szükséges ehhez. 5. H2 + Cl2 = 2 HCl a) 1 mol hidrogénmolekula 1 mol klórmolekulával képes maradék nélkül egyesülni. 23 b) 1 mol klórmolekula 6 · 10 darab hidrogénmolekulával képes maradék nélkül egyesülni. c) 1 mol hidrogén-klorid keletkezéséhez 0,5 mol hidrogénmolekula szükséges. d) 36,5 g hidrogén-klorid-molekula keletkezéséhez 0,5 mol hidrogénmolekula szükséges. uKÉMIA 7. tanári kézikönyvu147

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 148

e) 73 g hidrogén-klorid-molekula keletkezéséhez 2 g hidrogén szükséges. f) 4 g hidrogéngáz 2 mol klórgázzal képes maradék nélkül egyesülni. g) 4 g hidrogéngáz 142 g klórgázzal képes maradék nélkül egyesülni. 6. C + CO2 = 2 CO A reakcióegyenletben szereplô mennyiségek: 1 mol 1 mol 2 mol 12 g 44 g 56 g . Arányosan: 240 g 240 44/12 g 240 . 56/12g Vagyis 240 g szén felhasználásához 880 g CO2 szükséges, és 1120 g CO keletkezik. 1120 g CO egyenlô 1120/56 mol = 20 mol CO, vagyis 20 . 6 . 1023 db = 1,2 . 1025 db CO-molekula. 7. Zn + S = ZnS A reakcióegyenletben szereplô mennyiségek: 1 mol 1 mol 1 mol 65,4 g 32 g 97,4 g . Arányosan: 196,2 g 32 196,2/65,4 g 196,2 . 97,4/65,4 g Tehát 196,2 g cinkpor 96 g kénporral tud maradék nélkül egyesülni. A 96 g kén éppen 96/32 mol = 3 mol kén, vagyis 3 . 6 . 1023 db = 1,8 . 1024 db kénatomot tartalmaz; és 196,2 g cinkporból 292,2 g ZnS keletkezhet. 8. 2 HgO = 2 Hg + O2 A reakcióegyenletben szereplô mennyiségek: 2 mol 2 mol 1 mol . 2 216,6 g 32 g Arányosan: 1,6 . 433,2/32 g HgO 1,6 g 1,6 g O2 éppen 0,05 mol O2, ennyi mol oxigéngáz kétszer ennyi mol HgO-ból keletkezik: 0,1 mol HgOból, ez 21,6 g HgO-t jelent, eközben ugyanennyi, 0,1 mol Hg keletkezik, ami 20,0 g higanyt jelent. 9. CH4 + 2 O2 = CO2 + 2H2O 10 kg metán elégetésével 625 . 891 kJ =556 875 kJ = 556,9 MJ [megajoule] energia szabadul fel. 10. C + O2 = CO2 10 kg = 10 000 g szén, 10000 g/12g/mol = 833,3 mol szén 10 kg, vagyis 833,3 mol szén elégetésével 833,3 . 394 kJ = 328 333kJ = 328,3MJ energia szabadul fel.

36. óra: A közömbösítés A közömbösítési reakciót egy konkrét kísérlettel vezetjük be: sósav és NaOH-oldat összeöntése különbözô mennyiségekben, figyeljük a kémhatás és a pH-érték változását (19. óra: Az oldatok kémhatása. Indikátorok c. lecke átismétlése). Ennek a kísérletnek az alapján általánosítjuk és megfogalmazzuk a közömbösítési reakciót. Ügyeljünk, hogy a gyerekek sose úgy definiálják ezt a reakciót, hogy a sav és a lúg összeöntésekor semleges kémhatású oldat keletkezik, mert ez csak abban az esetben igaz, ha a reakcióba lépô oxóniumionok mennyisége és a hidroxidionok mennyisége megegyezik. Sokkal inkább: egy savoldat és egy lúgoldat összeöntésekor a kémhatás megközelíti vagy el is érheti a semleges kémhatást. A közömbösítési reakciókban mindig só is keletkezik (27. óra: Ionrácsos kristályok átismétlése). Szintén ismétlésre ad lehetôséget az, hogy ez a kémiai reakció energiafelszabadulással járó exoterm folyamat (10. óra: Energiaváltozások c. lecke átismétlése). Sorolhatunk további példákat közömbösítésre: – sósav és meszes víz reakciója; – újabb ismétlésre ad lehetôséget a meszes vízbe fújás felidézése (14. óra: A levegô szén-dioxid-tartalma c. leckénél): a CO2 vizes oldata a szénsavas víz (ld. a tankönyv 44. és 100. ábráját), tehát ha belefújunk meszes vízbe, azaz CO2-ot juttatunk bele, akkor közömbösítési reakció játszódik le a szénsav és a meszes víz között, és só keletkezik (CaCO3), ami vízben rosszul oldódik, csapadékként kiválik, ezért megzavarosodik az oldat.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 149

Az óra elôkészítése Kísérlet Sav és lúg kémiai reakciója (100 cm3 sósavoldathoz mindig újabb és újabb adag, 50 cm3 NaOH-oldatot öntünk, bennük indikátorral) Interaktív tananyag

Anyag Eszköz 3 sósavoldat (0,01 mol/dm ) mérôhenger, amivel legalább NaOH-oldat (0,01 mol/dm3) 250 cm3 folyadék térfogata lila káposzta leve, indikátorpapír, mérhetô amellyel 2–13 pH-ig mérhetünk pH-értéket

Óravázlatok: 13. A közömbösítés Kísérletek: 33. Savhoz adagonként lúgot adunk indikátor mellett Kitöltendô feladatok: 1. Tankönyvbôl: 16. 115. oldal kísérlet táblázata

Háttér Sók kémhatása. A hidrolízis Sók vizes oldatának a kémhatása nem feltétlenül semleges kémhatású, lehet savas és lúgos is. a) Egy erôs bázis kationját és egy gyenge sav savmaradék-anionját tartalmazó só (Na2CO3) vizes oldatának a kémhatása: A Na2CO3-ionkristály vízben jól oldódik, ionokra disszociál: vízben oldva Na2CO3(sz) 2 Na+(aq) + CO32–(aq) + 2– vizes oldatában Na -(aq) és CO3 (aq)-ok vannak. A CO32– gyenge savból származtatható (a szénsav savmaradék-anionja), erôsebb bázis, mint a víz, ezért a víz protont képes neki átadni: = HCO3–(aq) + OH–(aq), CO32–(aq) + H2O illetve az így keletkezô HCO3–(aq) további protonfelvételre képes: HCO3–(aq) + H2O = H2CO3(aq) + OH–(aq). A Na+(aq)-ok erôs lúgból származtathatók (a NaOH kationja), így nem lépnek a vízzel kémiai kölcsönhatásba. A nátrium-karbonát vizes oldatában tehát Na+(aq), HCO3–(aq), H2CO3(aq), és OH–(aq)-ok vannak. Az oldat lúgos kémhatású. Hasonló gondolatmenettel belátható, hogy a Na3PO4, a K2SO3, a KHCO3 stb. sók vizes oldata, vagyis az erôs bázis fémionját és a gyenge sav savmaradékionját tartalmazó sók vizes oldata szintén lúgos kémhatású. Ezeket lúgosan hidrolizáló sóknak nevezzük. b) Egy erôs sav savmaradék-anionját és egy gyenge bázis kationját tartalmazó só (NH4NO3) vizes oldatának a kémhatása: Az ammónium-nitrát, NH4NO3 vízben jól oldódik, ionokra disszociál: NH4+(aq) + NO3–(aq) NH4NO3(sz) vízben oldva + – vizes oldatában NH4 - és NO3 -ok vannak. A NO3– erôs savból származtatható (a salétromsav savmaradék-anionja), a víznél erôsebb sav, ezért a vízzel nem lép kémiai reakcióba. Az NH4+(aq) gyenge lúgból származtatható, ezért a vízzel reakcióba lép (hidrolízis), a víznél erôsebb sav: NH4+(aq) + H2O = H3O+ + NH3(aq) Az NH4NO3 vizes oldatában tehát NH4+(aq), NO3–(aq), H3O+ -ok és NH3(aq)-molekulák vannak, az oldat enyhén savas kémhatású. Hasonló gondolatmenettel belátható, hogy az NH4Cl, (NH4)2SO4 stb. vizes oldata szintén enyhén savas kémhatású. Ezeket savasan hidrolizáló sóknak nevezzük.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 150

c) Egy erôs sav savmaradék-anionját és egy erôs bázis kationját tartalmazó só (NaCl) vizes oldatának a kémhatása: A nátrium-klorid vízben oldva: NaCl(sz) vízben oldva Na+(aq) + Cl–(aq) ionokra disszociál. Sem a nátriumionok, sem a kloridionok nem lépnek reakcióba a vízzel, ezért a NaCl vizes oldatának a kémhatása semleges. Ezek nem hidrolizáló sók. d) A nagy pozitív töltésû és kisméretû fém-kationok vizes oldata savas kémhatású. Az ilyen kationok komplex ion formában vízmolekulákat kötnek magukhoz, és a kation taszító hatása következtében a ligandumként megkötött vízmolekula protont képes leadni. Az alumínium példáján szemléltetve: [Al(H2O)5OH]2+ + H3O+ [Al(H2O)6]3+ + H2O Hasonló viselkedésre hajlamosak az Al3+-on kívül a Fe3+-, Sb2+-, Zn2+-ok. A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Sav és lúg kémiai reakciója 50 cm3 NaOH-oldat

100 cm3 sósav

100 cm3 sósav + 50 cm3 NaOH-oldat

sárga

piros

piros

erôsen lúgos (töményebb lúgoldat)

erôsen savas (töményebb savoldat)

>11

1

Az indikátor színe (lila káposztalé) Az oldat kémhatása Az oldat pH-értéke (univerzál indikátorpapírral)

100 cm3 sósav + 100 cm3 100 cm3 sósav + 150 cm3 NaOH-oldat NaOH-oldat lila

zöld

savas (hígabb savoldat)

semleges

lúgos (hígabb lúgoldat)

1 és 2 között

7

>11

Feladatok 1. Azokat a kémiai reakciókat, amelyekben sav és lúg lép reakcióba egymással, és só és víz keletkezik, közömbösítésnek nevezünk. Közömbösítés során az oldat megközelíti a semleges kémhatást, vagy el is éri azt. 2. Só minden olyan ionvegyület, amely valamilyen sav és lúg reakciójából származtatható. *A felsorolt vegyületek közül sók: LiCl, NaCl, MgCl2 (a CO2 és a H2O kovalens kötésû vegyületek). *3. A reakcióegyenlet: 2 HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2 H2O, amelynek alapján 0,01 mol HCl-ot 0,005 mol Ca(OH)2 képes semlegesíteni. A munkafüzet feladatainak megoldása (36.) 1. A) Hamis, mert a keletkezô só minôsége a sav és a lúg milyenségétôl függ. Só és víz keletkezik. B) Igaz. C) Hamis. Semleges oldat csak akkor keletkezik, ha azonos anyagmennyiségû lúg és sav (hidroxid- és oxóniumion) reagál egymással. (Természetesen ez is csak erôs savak és erôs lúgok esetén igaz, mert a gyenge elektrolitok sói hidrolizálnak, oldatuk nem semleges.) D) Igaz. E) Hamis, a meszes vízbôl (Ca(OH)2), sósav hozzáadására kalcium-klorid (CaCl2), és nem NaCl keletkezik. 2. C) 1. B) 3. A) *5. A) *7. B) 2. A) 4. B) *6. B) *8. 3. 20 cm3 térfogatú sósavoldathoz 20 cm3 térfogatú (ugyanolyan anyagmennyiségû) NaOH-oldatot adunk, így konyhasóoldat keletkezik közömbösítési reakció során, és az oldat kémhatása semleges lesz. Minden hasonló reakciónak a lényege az, hogy ha egy sav és egy lúg reakcióba lép, akkor só és víz keletkezik.


KEMIA_7_JAV2

4.

8/14/09

9:59

Page 151

Az oldatok Az eredeti oldat: 50 cm3 NaOH-oldat + 25 cm3 sósavoldat + 25 cm3 sósavoldat + 25 cm3 sósavoldat + 25 cm3 NaOH-oldat + 25 cm3 NaOH-oldat

Az oldat kémhatása

Az oldat színe lakmusz indikátor mellett

lúgos

kék

lúgos semleges savas semleges lúgos

kék lila piros lila kék

5. a) HCl + NaOH = NaCl + H2O 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 36,5 g 40 g 58,5 g 18 g b) 2 HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2 H2O 2 mol 1 mol 1 mol 2 mol 73 g 74 g 111 g 36 g *6. Az eddig tanultak felhasználásával adj magyarázatot a lila káposzta színanyagának megváltozására, a különbözô színek megjelenésére! A lila káposztalé indikátorként viselkedik. Ha a papír egy részén egy színt meg akarsz változtatni, akkor mit kell tenned? A kívánt színnek megfelelô savasságú vagy lúgosságú oldattal kell bekenni. Mi az oka ennek? Adj rövid magyarázatot! A lila káposztalé más színnel jelzi a savak, más színnel jelzi a lúgok jelenlétét. *7. S O D A T Ó 1. L L Ú G 2. L Ú G O S 3. K Ö Z Ö M B Ö S Í T É S 4. K Ô S Ó 5.

*K óra: A sav-bázis reakciók atomszerkezeti értelmezése (szakmai kiegészítô óra) A kerettantervben külön nem követelmény a sav-bázis reakciók atomszerkezeti értelmezése (protonátmenettel való magyarázata), ezért kiegészítô tananyagként szerepel tankönyvünkben. Ha azonban az osztály érdeklôdése közel áll a kémiához, érdemes ezt az anyagrészt beiktatni a tanmenetbe, mert tulajdonképpen már mindent tanultak a gyerekek ahhoz, hogy könnyedén értelmezzék ezeket a reakciókat. Sôt, sokkal inkább a sav-bázis reakciók érthetôségét segíti, mint hogy új anyagot jelentene. Ha részletes magyarázatokkal akarjuk végigkövetni a tankönyvben leírt sav-bázis reakciókat, akkor két órát érdemes szánni: egyet a savak reakcióira, egyet a bázisok reakcióira.

*Savak Az óra elôkészítése Kísérlet Sósav-szökôkút kísérlet


Anyag

Eszköz gázfejlesztô készülék, száraz gömblombik, gumidugó konyhasó, cc. kénsav, lakmusz üvegcsôvel, üvegkád vagy széles szájú üvegedény Óravázlatok: 14. A sav-bázis reakciók (1. része) Kísérletek: 34. Sósavszökôkút kísérlet Animációk: 16. HCl és víz reakciója Képek, ábrák: 91. 179. ábra: Brönsted (117. o.) 92. 180. ábra: Szökôkútkísérlet értelmezése (117. o.) 93. 181. ábra: H2O és HCl dipólusmolekulák (117. o.) 94. 182. ábra: HCl és H2O reakciója (118. o.) 95. 183. ábra: Sav és víz reakciója (118. o.)


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 152

A kísérlethez fontos, hogy száraz(!) gömblombikot és jól záródó gumidugót használjunk. A fejlôdô HCl-gázt felfelé fordított szájú lombikban fogjuk fel, mivel a gáz nagyobb sûrûségû a levegônél (moláris tömege nagyobb a levegô átlagos moláris tömegénél, MHCl = 36,5 g/mol > Mlev = 29 g/mol). A végbemenô kémiai folyamatot jó, ha mágneses táblán, a tankönyv 182. ábrájának megfelelôen modellezzük. Háttér A Brønsted-féle sav-bázis elméletrôl A protonátadással járó, ún. protolitikus reakciókat – Brønsted elmélete szerint – sav-bázis reakcióknak nevezzük. Azokat a molekulákat, ionokat, amelyek a protont leadják, savaknak, amelyek felveszik, bázisoknak nevezzük. H2O H3O+ + NO3– Pl. HNO3 + H+

H+

salétromsav víz oxóniumion nitrátion SAV BÁZIS SAV BÁZIS Mivel ezek a folyamatok megfordíthatóak, ha az alsó nyíl irányában végbemenô folyamatot tekintjük, akkor egy másik protonátadási reakciót ismerhetünk fel. Egy rendszerben tehát több sav-bázis pár együtt van jelen. Erôs savak híg vizes oldatában ez az egyensúly teljes mértékben eltolódik a felsô nyíl irányába (ld. 19. óra háttéranyaga: Erôs és gyenge savak). A Brønsted-elmélet értelmében egy molekuláról vagy ionról csak akkor mondhatjuk, hogy sav vagy bázis, ha tudjuk, hogy milyen reakcióban vesz részt, mert ugyanaz a részecske lehet sav is és bázis is. Pl. a víz CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO– H+

ecetsav NH3

víz oxóniumion BÁZIS + H2O NH4+ +

acetátion OH–

+

H

ammónia

víz ammóniumion hidroxidion SAV Azokat a vegyületeket nevezzük általában savnak (pl. sósav, salétromsav, kénsav, foszforsav stb.), amelyek vízzel szemben savként viselkednek. Az erôs savak egymással szemben már viselkedhetnek bázisként. Pl. a salétromsav gyengébb sav, mint a kénsav, a kénsav a salétromsavnak átadja a protonját: + H2SO4 = HSO4– + H2NO3+ HNO3 + H [ H2O + NO2+ ] salétromsav kénsav hidrogén-szulfátion víz nitroniumion BÁZIS SAV (A tömény HNO3 és tömény H2SO4 elegye a szerves kémiában gyakran használatos mint nitráló savelegy.)

Savak relatív erôssége A Brønsted-féle sav-bázis elmélet alapján – mint már láttuk – a savaknak és bázisoknak csak egymáshoz viszonyított erôsségét adhatjuk meg. Vizsgáljuk a HA-sav reakcióját vízzel: HA + H2O H3O+ + A– H+

H+

SAV BÁZIS SAV BÁZIS Mivel a reakció egyensúlyra vezetô megfordítható folyamat, nyilvánvaló, ha HA sav erôs, azaz nagymértékben disszociál, akkor a neki megfelelô A– anion gyenge bázis, mert a protonfelvétele csak kismértékben megy végbe. 152uKÉMIA 7. tanári kézikönyv

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 153

Legerôsebb sav HClO4 H2SO4 HI HBr HCl HNO3 H3O+ HSO4– H2SO3 H3PO4 CH3COOH H2CO3 H2S NH4+ HCO3– HS– H2O Leggyengébb sav

OH–

ClO4– HSO4– I– Br– Cl– NO3– H2O SO42– HSO3– H2PO4– CH3COO– HCO3– HS– NH3 CO32– S2– OH– O2–

Leggyengébb bázis

Legerôsebb bázis

Többértékû savak A többértékû savak egynél több protont képesek leadni. Erôs savak közül pl. a kénsav kétértékû sav, két lépésben disszociál. Az elsô disszociációs reakció gyakorlatilag teljesen végbemegy, a kénsav erôs sav: H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4– H+

A HSO4– gyengébb sav, mint a kénsav, a disszociációja egyensúlyra vezetô reakció: HSO4– + H2O H3O+ + SO42– H+

Általánosságban is igaz, hogy a disszociáció során keletkezett savmaradék-anion mindig gyengébb sav, mint a disszociálatlan savmolekula. Ez azzal magyarázható, hogy a második protonnak már egy negatív töltésû ionról kell disszociálódnia, ami nagyobb energiát igényel. Természetesen gyenge savak esetén is ugyanez a helyzet. A szénsav kétértékû sav. H3O+ + HCO3– Ks,1 = 4,3 . 10–7 H2CO3 + H2O – + 2– HCO3 + H2O H3O + CO3 Ks,2 = 4,8 . 10–11 A szénsav második disszociációs folyamatának egyensúlyi állandója 4 nagyságrenddel kisebb, mint az elsôé. A vizes oldatban a két egyensúlyi folyamat egyidejûleg áll fenn. Ha a második disszociációs egyensúlyi állandó több nagyságrenddel kisebb, mint az elsô, az abból származó H3O+ mennyisége elhanyagolható. A savak vizes oldatban történô disszociációja mindig sav-bázis reakció. A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Sósavszökôkút-kísérlet Milyen a keletkezô HCl-gáz színe és szaga? A HCl-gáz színtelen, nyálkahártyát izgató, szúrós szagú. Milyen a kiindulási lakmuszoldat színe? Kékeslila. Milyen színûre változott a lakmuszoldat? Pirosra. Milyen változást tapasztalunk a lombik belsejében a kísérlet során? A csövön keresztül piros sugárként szökôkútszerûen spriccel a víz (most már sósav) a kádból a lombik belsejébe. Feladatok 1. A Brønsted-féle sav-bázis elmélet szerint a savmolekulák képesek proton leadására, ha van jelen olyan részecske (leginkább vízmolekula), amely a leadott protont képes felvenni. + 2. A H3O -ok túlsúlya okozza a savas kémhatást.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 154

3. Lakmusz: piros, fenolftalein: színtelen, lila káposztalé: piros, univerzál indikátor: piros (különbözô összetételû univerzál indikátorok vannak). *4. A tea természetes színe: barna, A citromos tea színe: sárga. Minek tekinthetô a tea színanyaga? Indikátornak. (Mivel a citromlé savas kémhatású oldat, és sav hatására megváltoztatta a színét a tea festékanyaga.) + *5. a) a savak vizes oldatában? H (proton)-átmenet, b) a redoxireakciók során? Elektronátmenet.

*Bázisok Az óra elôkészítése Kísérlet Ammónia-szökôkút kísérlet


Anyag

Eszköz oldalcsöves kémcsô vagy frakcionáló lombik, gumicsô, száraz szalmiákszesz, fenolftalein gömblombik, elvékonyított üvegcsövet tartalmazó dugó, üvegkád vagy széles szájú üvegedény Óravázlatok: 14. A sav-bázis reakciók (2. része) Kísérletek: 35. Ammónia-szökôkút kísérlet Animációk: 17. NH3 és víz reakciója 18. HCl és NH3 reakciója Képek, ábrák: 96. 185. ábra: NH3 ésH2O reakciója (120. o.) 97. 186. ábra: NH3 és HCl reakciója (121. o.) 98. 187. ábra: Sav és lúg reakciója (121. o.)

A kísérlethez fontos, hogy száraz(!) gömblombikot és jól záródó gumidugót használjunk. A fejlôdô NH3-gázt lefelé fordított szájú lombikban fogjuk fel, mivel a gáz kisebb sûrûségû a levegônél (moláris tömege kisebb a levegô átlagos moláris tömegénél, MNH3 = 17 g/mol < Mlev = 29 g/mol). A végbemenô kémiai folyamatot jó, ha mágneses táblán, a tankönyv 185. ábrájának megfelelôen modellezzük. A tankönyvi feladatok megoldása Kísérleti megfigyelés: Ammónia-szökôkút kísérlet Milyen a keletkezô ammóniagáz színe és szaga? Az ammónia színtelen, szúrós szagú gáz. Milyen a kiindulási fenolftaleinoldat színe? Színtelen. Milyen színûre változott a fenolftaleinoldat? Rózsaszínesre. Milyen változást tapasztalunk a lombik belsejében a kísérlet során? Szökôkútszerûen beáramlik a kádból a víz a lombikba.

*Sav-bázis reakciókról általában A tankönyvben szereplô gázreakciót (NH3 + HCl) értelmezzük (3. óra: Mekkora egy atom? c. fejezet kísérletének ismétlése). A többi sav-bázis reakcióhoz hasonlóan ennek a folyamatnak a szemléltetése is nagyon jól megoldható mágneses tábla segítségével. A tankönyvi feladatok megoldása Feladatok 1. Savoldatokban: Az oxóniumion, H3O+ (Meg kell jegyezni, hogy minden vizes savoldatban elméletileg OH--ok is jelen + – vannak a [H3O ][OH ] = 10-14 kifejezésnek megfelelô mennyiségben.) + Lúgoldatokban: A hidroxidion, OH --ion (Az elôzôek értelmében emellett H3O -ok is jelen vannak az oldatban.) 2. Azok a molekulák, ionok, amelyek a sav által leadott protont felveszik, a bázisok. 3. A gázzal teli lombikba pár csepp vizet juttatunk, és ez a pár csepp víz elegendô ahhoz, hogy a lombikban lévô gáz nagy részét feloldja. Ennek a következménye a lombikban létrejövô nyomáscsökkenés, ami beszívja a csövön keresztül szökôkútszerûen a vizet. A munkafüzet feladatainak megoldása (*K.) *1. A) Igaz. B) Igaz. C) Igaz. D) Hamis, a vízmolekula viselkedhet savként is és bázisként is. E) Hamis, vizes közegben az ammónia bázisként viselkedik, protont vesz fel. F) Hamis. D) 3. A) 5. A) 7. *2. B) 1. A) 2. B) 4. C) 6. D) 8.


C) 9. D) 10.

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 155

*3.

a sósavoldatban lévô oxóniumionok > az ammóniaoldatban lévô oxóniumionok mennyisége mennyisége 1 mol HCl-molekula hány mól protont = 1 mol ammóniamolekula hány mól protont képes leadni képes felvenni hidroxidion mennyisége lúgoldatban > hidroxidion mennyisége savoldatban annak az oldatnak a pH-értéke, melyben > annak az oldatnak a pH-értéke, melyben több kevés az oxóniumion a hidroxidionhoz képest az oxóniumion, mint a hidroxidion 5-ös pH-jú oldatban a hidroxidion mennyisége < 11-es pH-jú oldatban a hidroxidion mennyisége – *4. a) HCl + H2O H3O+ + Cl SAV BÁZIS SAV BÁZIS – b) NH3 + H2O NH4+ + OH BÁZIS SAV SAV BÁZIS c) NH3 + HCl → NH4Cl BÁZIS SAV *5. Ld. a tankönyv 180. ábráját! a) A lombik száraz legyen! b) A gumidugó jól záródjon! c) Amikor bejuttattunk pár csepp vizet, attól kezdve nem szabad az ujjunkat levenni az üvegcsôrôl, nehogy a nyomáskülönbség kiegyenlítôdjön idô elôtt! *6. A szappanfôzés fôbb lépései Az ehhez szükséges anyagok Milyen furcsa, régies szavakat, kifejezéseket használ? 1. A szerek összegyûjtése

2. A lúg elkészítése 3. A fôzés (a zsiradékot és a lúgot hosszan fôzni kell, míg a zsír el nem szappanosodik)

4. A szappan kisózása

lúg, zsír, só és mész, jó hamu, hulladékzsír Hamuból és mészbôl készíti Olvadt faggyú és lúg szükséges hozzá

törött közönséges konyhasó

a szereknek a fôzés által való illendô öszszekaptsolása = az anyagokat összefôzzük A helyesírás eltér a maitól. a hamunak beáztatása vetetik munkába = a hamut vízben áztatjuk ha elébbeni lúg nints = ha régebbi lúg nincs sokaságához képest kisebb, vagy nagyobb üstbe tétetik = a lúg és a zsír mennyiségének megfelelô nagyságú üstbe teszik a só arra való, hogy a kövérség a lúgtól különváljék = a só hatására a szilárd szappan kiválik a lúgoldatból a lúg magánossan lefoly róla = a szappan már kivált, a feleslegben lévô lúg hatására már nem válik ki több

Milyen fa hamujából lehet jó lúgot készíteni a szappanfôzéshez? Gyertyán, Éger, Nyír, Bodza, Fûz, és mindenek felett a’ Bikkfának. A tankönyvedben olvashattad a hamuból készült lúg nevét. Hétköznapi neve: hamuzsír, kémiai neve: káliumkarbonát (K2CO3). Mennyi ideig tart a recept szerint a szappanfôzés? Öt-hat óra. Írd le röviden, a saját szavaiddal, a szappanfôzés receptjét! (Otthon el is készítheted.) Zsiradékot (zsírt, faggyút) lúggal – ez lehet hamuzsír, de lehet szóda (Na2CO3) vagy nátrium-hidroxid (NaOH) is – hosszú ideig forraljuk (néhány óra hosszat), majd a keletkezett szappant (zsírsav nátrium vagy kálium sója) konyhasóval (NaCl) kisózzuk. Ekkor a szappan feljön az oldat tetejére, ezt lekanalazzuk (vagy egy ruhadarabbal összefogva és felakasztva kicsurgatjuk belôle a lúgoldatot). *7. Megfejtés: protonátmenet.

Összefoglalás A tankönyvi összefoglaló táblák és a munkafüzet segítségével ismételjük át a tanult fogalmakat, kísérleteket, reakciótípusokat és a tanult kémiai reakcióegyenleteket. Gyors égés, lassú égés, tökéletes égés, Sav, bázis, lúg, só, Fogalmak oxidok, oxidálószer, redukálószer *oxóniumion, *hidroxidion A szén égése, metán égése különbözô mennyiségû oxigén jelenlétében Sav és lúg kémiai reakciója, sósavszökôKísérletek Cink és kén reakciója, higany-oxid bom- kút, ammónia-szökôkút lása


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 156

Redoxireakciók (*elektronátmenet) Egyesülés, bomlás C + O2 = CO2 CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O C + CO2 = 2 CO Zn + S = ZnS 2 HgO = 2 Hg + O2

Reakciótípusok

Reakcióegyenletek

Sav-bázis reakciók (*protonátmenettel járó reakciók), közömbösítési reakciók HCl + NaOH = NaCl + H2O HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2 H2O *HCl + H2O = H3O+ + Cl– *NH3 + H2O = NH4+ + OH– *NH3 + HCl = NH4Cl

Az óra elôkészítése Interaktív tananyag Játékok, feladatok: 10. Társasjáték: A kémiai változások típusai A munkafüzet feladatainak megoldása 1. A) Hamis, mert a lassú égés is exoterm folyamat. B) Igaz. C) Igaz. D) Igaz. CO2 + C = 2 CO

E) Hamis. Zn + S = ZnS egyesülés. F) Hamis. G) Igaz. H) Igaz.

A) 3. B) 5. A) 7. 2. A) 1. A) 9. B) 2. A) 4. D) 6. B) 8. B) 10. 3. a) 2 mol hidrogénmolekula 1 mol oxigénmolekulával képes maradék nélkül egyesülni. 23 b) 1 mol oxigénmolekula 2 · 6 · 10 darab hidrogénmolekulával képes maradék nélkül egyesülni. c) 1 mol víz keletkezéséhez 1 mol hidrogénmolekula szükséges. d) 18 g víz keletkezéséhez 1 mol hidrogénmolekula szükséges. e) 18 g víz keletkezéséhez 2 g hidrogén szükséges. f) 4 g hidrogéngáz 1 mol oxigéngázzal képes maradék nélkül egyesülni. g) 4 g hidrogéngáz 32 g oxigéngázzal képes maradék nélkül egyesülni. 4. E

C

+ ∆E

– ∆E

A B Termokémiai szempontból milyen típusú ez a változás? Exoterm reakció. Sorolj fel olyan kémiai reakciókat, melyeket jellemezhet ez az energiadiagram! Pl. gyors égés (szén égése, magnézium égése stb.), lassú égés (rozsdásodás), közömbösítés stb. Mit jelent az ábrán +∆E? A rendszer energiát vesz fel: endoterm változás, azaz ennyi energiát kell befektetni, hogy a reakció meginduljon. Mit jelent az ábrán –∆E? A rendszer energiát ad le: exoterm változás. Ha a végsô állapotba kerül a rendszer, ennyi energiát ad le. Milyen tapasztalati megfigyelést eredményez az, hogy [+∆E] < [–∆E]? A reakció exoterm. A két energia különbsége adja a reakció során felszabaduló hôt. Mit jelentenek az ábrán a következô betûjelek: A: kiindulási anyagok energiaszintje, B: termékek energiaszintje, C: átmeneti állapot energiaszintje. 5. A, B, C, D, *E, G, 1. Redoxireakció A, E, G, 2. Egyesülés F, H, 3. Sav-bázis reakció F, H, 4. Közömbösítési reakció A, D, G, 5. Égés C, 6. Bomlás A, D, E, F, G, H, 7. Exoterm változás (B) C, 8. Endoterm változás (A szén és szén-dioxid reakciója endoterm; a higany-oxidot sokáig erélyesen kell hevíteni, hogy elbomoljon, ebbôl lehet sejteni, hogy endoterm a reakció.)


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 157

*6. ANYAGISMERET foszfor földgáz szén-monoxid higany-oxid lúgkô meszes víz kalcium-klorid szódabikarbóna

• • • • • • • •

• • • • • • • •

hôjelzô festékek mérgezô gáz fehér, ionrácsos anyag gyomorégés ellen használják gyufagyártásnál használják robbanásveszélyes gáz vizes oldata a zsírokat jól oldja az oltott mész vizes oldata

*7. A rejtvény egy lehetséges megoldása: 1.

2. E N D O T E R M

K L Ó R

3.

K A L C I U M

4.

5.

6.

R E A K C I Ó

K Á L I U M

I R I N Y I

7. R E D Ó X I

1. Sárgászöld, mérgezô gáz. A periódusos rendszer 7. oszlopában található. 2. Termokémiai kifejezés, energiaelnyeléssel járó folyamat. 3. A periódusos rendszer második oszlopának, negyedik periódusának fémje. 4. A kalciummal egy periódusban lévô alkálifém 5. ???????????????????? 6. XIX. századi magyar kémikus, az egyik fajta gyufa gyártásának kidolgozója, a „márciusi ifjak” egyike. 7. Reakciótípus, az égés is ide tartozik.

IV. Témazáró feladatlapok megoldásai IV. témakör A típusú feladatlap I.

1. Redukálószer: a redukálószer oxigént képes elvonni (*a redukálószer elektront ad át a reakciópartnernek). 2. Tökéletes égés: Olyan égési folyamat, melynek során elegendô mennyiségû oxigén lép reakcióba, ilyenkor csak oxidok keletkeznek. II. 1. Cink és kén reakciója: Zn + S = ZnS 2. Sósav és nátrium-hidroxid reakciója: HCl + NaOH = NaCl + H2O III. Egyesülés Bomlás Égés Közömbösítés 1., 6. 3. 2., 4. 5. IV. A) Igaz. B) Igaz. C) Igaz. D) Hamis, a szúrólánghoz ki kell nyitni a levegônyílást. E) Hamis, elég legalább egy feltétel megszüntetése. F) Igaz. G) Igaz. V. C) 1. A) 3. D) 5. D) 2. VI.

CH4 1 mol 16 g 6 · 1023 db molekula

E) 4. +

2 O2 2 mol 64 g 2 · 6 · 1023 db molekula

F) 7. B) 8.

B) 6. →

VII. D) 1. (Mivel ez még nem jelenti azt, hogy egy kiindulási anyag van.) C) 2. A) 3. A) 4.

CO2 1 mol 44 g 6 · 1023db molekula

+

C) 9. A) 10. 2 H2O 2 mol 36 g 1,2 · 1024 db molekula

D) 5. A) 6. B) 7. A) 8.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 158

VIII. Azonos térfogatban azonos anyagmennyiségû oldott anyagot tartalmazó savoldatot és lúgoldatot összeöntünk. A oldat: 50 cm3 sósavoldat (lakmusz indikátorral) B oldat: 50 cm3 nátrium-hidroxidoldat (lakmusz indikátorral) Milyen színû az A oldat? Piros. Milyen színû a B oldat? Kék. Milyen színû lesz az oldat az összeöntés után? Lila. Milyen lesz a kémhatása? Semleges. IV. témakör B típusú feladatlap I. 1. Közömbösítés: olyan sav-bázis reakció, melyben egy sav és egy lúg lép reakcióba egymással, és só és víz keletkezik. 2. Egyesülés: olyan kémiai reakció, melyben többféle kiindulási anyagból egyféle anyag keletkezik. II. 1. Metán égése: CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O 2. Higany-oxid hevítése: 2 HgO = 2 Hg + O2 III. Egyesülés Bomlás Égés Közömbösítés 1., 4. 5., 6. 2. 3. IV. A) Hamis, a gázok tömege is számít. B) Igaz. C) Igaz. D) Igaz. E) Igaz. F) Hamis, a lassú égésnek nem feltétele a gyulladási hômérséklet. G) Hamis, a bomlás során a termékek száma több, mint a kiindulási anyag. V. A) 1. B) 3. C) 5. A) 7. D) 9. E) 2.

E) 4.

C) 6.

F) 8.

B) 10.

C + O2 → CO2 1 mol 1 mol 1 mol 12 g 32 g 44 g 23 23 23 6 · 10 db 6 · 10 db 6 · 10 db atom molekula molekula VII. A) 1. B) 3. B) 5. A) 7. A) 2. C) 4. B) 6. D) 8. VIII. Milyen színû az A oldat? Piros. Milyen színû a B oldat? Kék. Milyen színû lesz az oldat az összeöntés után? Piros. Milyen lesz a kémhatása? Savas.

VI.

IV. témakör C típusú feladatlap I.

1. Bomlás: olyan kémiai reakció, melynek során egyféle anyagból többféle anyag keletkezik. 2. Tömegmegmaradás törvénye: kifejezi, hogy a kémiai reakció során a kiindulási anyagok összes tömege, és a termékek összes tömege megegyezik. II. 1. Szén égése: C + O2 = CO2 2. Sósav és kalcium-hidroxid reakciója: 2 HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2 H2O III. Egyesülés Bomlás Égés Közömbösítés 1., 3.

4.

5., 6.

2.

IV. A) Igaz. B) Hamis, nem lesz feltétlenül semleges az oldat kémhatása. C) Igaz. D) Igaz, a világítólángban a koromszemcsék izzanak. E) Igaz, az olaj a víz tetején tovább ég. F) Igaz. G) Hamis, az oxidálószer saját maga redukálódik. V. A) 1. D) 3. C) 5. C) 7. B) 9. E) 2. B) 4. D) 6. A) 8. F) 10. VI. C + CO2 → 2 CO 1 mol 1 mol 2 mol 12 g 44 g 56 g 6 · 1023 db 1,2 · 1024 db 6 · 1023 db atom molekula molekula VII. C) 1. C) 3. D) 5. B) 7. B) 2. B) 4. B) 6. A) 8.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 159

VIII. Milyen színû az A oldat? Színtelen. Milyen színû a B oldat? Rózsaszínû. Milyen színû lesz az oldat az összeöntés után? Rózsaszínû. Milyen lesz a kémhatása? Lúgos.

Év végi összefoglalás 1. A kakukktojás: 16. Anyagok Elemek Vegyületek

Fémek

Nemfémek

13.

4., 10., 14.

Vizes oldatok

1., 2., 3., 5.,7., 8., 9., 12.

6., 11., 20.

Keverékek GázFolyadékelegyek 17.

Szilárd keverékek

15., 19.

18.

2. Fizikai változás

Kémiai változás

Halmazállapotváltozás

Fémek

1., 7., 8., 18.

2., 4., 6., 11., 12., 19., 20.

Égés Gyors 5., 14., 15., 17.

Egyéb

Lassú 3.

9., 10., 13., 16.

3.

H C Fe

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

nemesgázok alkáliföldfémek vas: alkálifémek gáz-halmazállapotú elemek halogének fémek

Fe

8. 9. 10. 11. 12. 13.

nemfémek szén: C Al alumínium: H hidrogén: IV. A fôcsoport elemei földfémek


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 160

4. Az elem

Az elem egy atomja Hány Ábrázold a vegyjel vegyértékelektronja köré írt pontokkal van? vegyértékelektronjait!

Melyik fôcsoportba tartozik?

Hány elektronhéja van?

hidrogén

I. A

1

1

H.

alumínium

III. A

3

3

:Al.

oxigén

VI. A

2

6

nitrogén

V. A

2

5

szén

IV. A

2

4

kén

VI. A

3

6

klór

VII. A

3

7

. :S. : .. . :Cl ..

I. A

3

1

Na.

Neve

nátrium

. :O .: . :N. . . :C.

5. A részecskék elrendezôdése

Szilárd, kristályos

Folyékony

Gáz

szabályos rendben

nem teljes rendezôdés

rendezetlen egyenes vonalú mozgást végezhetnek, míg nem ütköznek,

A részecskék mozgása

csak rezeghetnek

egymáson gördülhetnek

A részecskék közötti másodrendû kötések nagysága

erôsebb kötés lehet (több másodrendû kötés alakulhat ki)

gyengébb (kevesebb másodrendû kötés alakulhat ki) változó, felveszi az edény alakját állandó

Az anyag alakja Az anyag térfogata Jelöld, hogy melyik halmazállapot-változást jellemzi az olvadás-, illetve forráspont! A következô anyagok milyen halmazállapotúak szobahômérsékleten: HCl, H2O, I2, Br2, N2, H2

állandó, meghatározott állandó olvadás

I2,

gyakorlatilag nem alakul ki másodrendû kötés nincs alakja, kitölti a rendelkezésére álló teret változó

forrás

H2O, Br2

HCl, N2, H2

6. a) Hogyan változik a HCl oldhatósága a hômérséklet növekedésével? A hômérséklet növekedésével csökken a HCl oldhatósága. b) Hogy nevezzük a HCl-gáz vizes oldatát? Sósav. c) Milyen a kémhatása? Savas. d) Erôs vagy gyenge sav? Erôs sav. e) Milyen színû lesz ebben az oldatban a lakmusz? Piros. f) Melyik oldat töményebb: a 0 °C-on, vagy a 60 °C-on telített oldat? A 0 °C-on telített oldat a töményebb.


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 161

g) Számold ki, hogy a 0 °C-on telített oldat hány tömeg%-os! 0 °C-on: 100 g vízben van 82,3 g HCl 182,3 g oldatban van 82,3 g HCl 100 g oldatban van X g HCl X = 100 . 82,3/182,3 g = 45,15 g HCl, tehát 45,15 tömeg%-os az oldat. 7. A) 1. C) 3. B) 5. B) 7. D) 9. C) 2. D) 4. E) 6. A) 8. E) 10. 8. 4 1 2 3 5 6 7 8 9 10 A

K

É

M

I

V

A

T

Ö

G

E

O

Í

L

O

T

É

N

D

Z

M

Ô

S

G

I

Y

U

E

M

L E J E V

Á

L

T 11 A 12 L 13 Á 14 L 15 K 16 O 17 Z 18 U 19 N 20 K 21 A 22 H 23 Á 24 Z

R

A

N

Y

I

L

A

L

L

A

N

Ú

G

O

S

O

V

A

L

D

Ó

R

Á

N

Á

T

Á

D

Ó

L

E

N

S

S

Z

E

R

R

I

U

M

L

I

U

M

P

O

L

Á

R

I

S

I

D

R

O

G

É

N

25 T

26 A

27 R

28 T

29 Á

30 S

31 B

32 A

33 N

E

T

E

Ö

Z

R

G

E

U

L

O

N

M

I

ó

M

L

Í

M

D

E

L

M

E

P

T

M

S

G

Á

S

H

E

A

Z

S

R

G

U

T

G

Á

Z

D

Á

R

M

Á

Z

M

O

T

34 I

35 S

K

A tankönyvben leírt kísérletekhez szükséges anyagok és eszközök Anyagszükséglet [csoportlétszám: csltsz] Veszélyesség Anyag Kezelése Mennyiség jelzése Aceton (köröm- F S 9, 16, 10 cm3 x csltsz lakklemosó) R 11 23, 33 Alumíniumhuzal, -fólia

Kísérlet

Megjegyzés

Különféle anyagok oldása különféle oldószerekben Alumíniumtárgy Ismerkedés a kémiai bemutatásra elemekkel


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

Anyag

9:59

Page 162

Veszélyesség Kezelése jelzése

Ammónium-klorid Xn R 22, 36 AmmóniumC hidroxid cc. R 34, 37 szalmiákszesz

S 22

Bárium-klorid

S 28

Benzin Cinkpor Ételecet Etilalkohol Étolaj Fenolftalein Grafitrúd

Gyertya Higany Higany-oxid

Homok Hurkapálca Jód

Xn R 20, 22 F R 11 F R 15, 17 Xc R 36, 38 F R 11

S 7, 26

Mennyiség

Kísérlet

Hôvezetés vizsgálata Különféle anyagok oldása különféle oldószerekben vegyszeres ka- Az oldódást kísérô hôválnálnyi tozások vizsgálata pár csepp Ammónia és hidrogénklorid egymásra hatása híg oldat Néhány anyag vizes oldatának kémhatása kémcsônyi *Ammónia-szökôkút kísérlet 1-2 g Lángfestés

S 9, 16, 10 cm3 x 29, 33 csltsz vegyszeres S 43 kanálnyi S 2, 23, 10 cm3 x 26 csltsz S 7, 16 10 cm3 x csltsz 10 cm3 x csltsz

Megjegyzés 27 g kimérve: moláris mennnyiség szemléltetéséhez

cc. ammónium-hidroxidból pár cseppet végigfolyatunk a henger falán

Oldat, illatszerszóróba

Különféle anyagok oldása különféle oldószerekben Cink és kén reakciója Homokkal teli tálca a kísérlethez Néhány anyag vizes olda- Az ételecetet hígítjuk tának kémhatása Különféle anyagok oldása különféle oldószerekben Különféle anyagok oldása különféle oldószerekben *Ammónia-szökôkút Bemutatás: savak és kísérlet lúgok kémhatása ha tanulókísér- Hôvezetés vizsgálata Használt zseblámpaelemlet, akkor x Ismerkedés a kémiai ele- bôl kiszerelve csltsz mekkel A levegô összetételének Háztartási gyertya a vizsgálata T S 7, 44 Bemutatásra Kémiai elemek csoporR 23, 33 tosítása A HgO színének változáS 1, 2, fél kémcsônyi T sa a hômérséklet változáR 26, 27, 13, 28, Higany-oxid bomlása 28, 33 45 sakor 2 g x csltsz Keverékek szétválasztása Homok tûzoltáshoz (ládányi) csomag A láng szerkezetének a vizsgálata S 23, 25 csipetnyi A jód szublimálása Bemutatásra is Xn R 20, 21 Ismerkedés a kémiai elemekkel Különféle anyagok oldása különféle oldószerekben


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 163

Veszélyesség jelzése Kalcium F R 15 Kalcium-hidroxid, C meszes víz R 34 Anyag

Kálium-klorid Kálium-nitrát

O R 28

Kálium-permanga- O, nát Xn R 8, 22

Kén

F R 11

*Kénsav cc.

C R 35

Konyhasó

Kezelése

Mennyiség

S 8, 24, csipetnyi 25, 43 S 2, 26, 27, 36, 37, 39 1-2 g S 16, 41 30g

Kísérlet

Megjegyzés

Kalcium égetése

Granulált, bemutatásra is

A kilélegzett levegô vizsgálata

Oldat készítéséhez égetett mész

Lángfestés Oldat, illatszerszóróba K-nitrát vízben való Ha tanulókísérlettel véoldhatóságának vizsgálata geztetjük, akkor a többszöröse S2 csipetnyi K-permanganát oldása vízben csipetnyi x cstl- Különféle anyagok oldása különféle oldószerekben sz késhegynyi Nátrium és klór reakciója Klór fejlesztéséhez S 16, 23 kristályos Ismerkedés a kémiai ele- Kénkristály bemutatásra mekkel por, vegyszeres ka- Cink és kén reakciója 32 g kénpor kimérve: nálnyi moláris mennyiség szemléltetéséhez S 2, 26, 10 cm3 *Sósavszökôkút 30 15 g x csltsz Só és homok keveréké- Szép kôsókristály bemutanek szétválasztása tásra Különféle anyagok oldása különféle oldószerekben 58,5 g kimérve: moláris mennyiség szemléltetéséKonyhasó vízben való old- hez hatóságának vizsgálata

Kristálycukor Lakmusz Lítium-klorid Magnézium: szalag, por

Xn R 22

S 24

1-2 g

*Sósavszökôkút Különféle anyagok oldása különféle oldószerekben *Sósavszökôkút Bemutatásra: savak és lúgok kémhatása Lángfestés Oldat, illatszerszóróba Ismerkedés a kémiai elemekkel

F R 15, 17

S 7, 8, 43

1-2 cm 2-3 g

Bemutatása

Magnézium égése Magnézium és jód reakciója


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

Anyag Metilvörös Nátrium

9:59

Page 164

Veszélyesség Kezelése jelzése F, C R 14, 15, 34

Nátrium-hidrogén-karbonát Nátrium-hidroxid C szilárd R 35 oldat

Ólom

T R 20, 22, 33, 61

S 5, 8, 43, 44

S 2, 26, 27, 36, 37, 39

Mennyiség kis darabka

Sósav cc.

Xn R 22, 36, 38 C R 34, 37

Vasszög


Megjegyzés Indikátor Nátrium bemutatása

0,1 mol/dm3 oldat (4 g/dm3)

szilárd (1-2 pasztilla)

Az oldódást kísérô hôváltozások vizsgálata

híg oldat

Néhány anyag vizes oldatának kémhatása

100 cm3 0,1 mol/dm3 S 37, 45, 53

Sav és lúg kémiai reakciója Ismerkedés a kémiai elemekkel

Bemutatás

22

csipetnyi

Ismerkedés a kémiai elemekkel Rézgálicoldat készítése

26, 36, 37, 39, 45

pár csepp

Ammónia és hidrogénklorid egymásrahatása

cc. sósavoldatból pár cseppet végigfolyatunk a henger falán

híg oldat

Néhány anyag vizes oldatának kémhatása

100 cm3 0,1 mol/dm3 Széndarabka


oldat, Néhány anyag vizes 3 10 cm x csltsz oldatának kémhatása oldat A levegô összetételének vizsgálata (híg oldat)

Rézhuzal Réz-szulfát (réz-gálic)

Kísérlet

Ólomtárgy (pl. ólomcsô) bemutatásra

Kristályos, bemutatásra is


Klór fejlesztéséhez: K-permangnát + HCl

Sav és lúg kémiai reakciója A szén égése

cc. sósavból hígítással készítünk 12 g szén (moláris mennyiség) bemutatásra is

Ismerkedés a kémiai elemekkel Ismerkedés a kémiai elemekkel

Vasdarab bemutatásra 55,8 g kimérve: moláris mennyiség szemléltetésére

KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 165

mûanyag tejfölöspohár, pirospaprika, rizs 50 cm3, bab 50 cm3, vatta, citromlé, desztillált víz, lila káposztalevél (szárított is lehet), gyufa Eszközök Borszeszégô x csltsz Bunsen-égô x csltsz fôzôpohár 200 cm3 x csltsz gázfejlesztô készülék 1 db gázfelfogó henger 2 db gumidugó, átfúrt, kihúzott végû üvegcsôvel, a gömblombikba illô hômérô (0 °C–100 °C-ig) x csltsz illatszerszóró 5 db kémcsô x csltsz kémcsôállvány x csltsz kés lángelosztó lombik: gömblombik, álló lombik, Erlenmeyer-lombik (csltsz), mérôlombik mûanyag szívószálak nagyméretû fecskendô oldalcsöves kémcsô x csltsz olló óraüveg parafa dugók (nagyobb, lapos dugó is) szûrôpapír tégelyfogó vagy csipesz x csltsz térfogatmérô henger tölcsér x csltsz üvegbot üvegcsô (az oldalcsöves kémcsô oldalcsövének megfelelô átmérôjû, csltsz x 20 cm) üvegkád vasháromláb vegyszereskanál x csltsz vízbontó készülék Falitáblák periódusos rendszer Modellek térkitöltôs molekulamodellek, pálcikamodell-készlet mágneses tábla (vaslemez), mágnesekre ragasztott atommodellek, dipólusok, elektronok stb. Interaktív tábla (+projektor + PC) interaktív tananyag (CD)


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 166

Felhasznált szakirodalom Atkins, P. W. : A periódusos birodalom, Világ – Egyetem Sorozat, Kulturtrade kiadó, 1995 Balázs Lórántné dr. – J. Balázs Katalin: Ennyit kell(ene) tudnod kémiából, Pánem-Akkord Kiadó, 1996 Dr. Balázs Lóránt: A kémia története, Nemzeti Tankönyvkiadó, 1996 Greenwood, N. N. – Earnshow, A.: Az elemek kémiája I–III. Nemzeti Tankönyvkiadó, 1999 Hans Breuer: SH Atlasz – Kémia, Springer Hungarica Kiadó Kft., 1995 szerk.: Nánási Irén, Humánökológia Medicina Könyvkiadó, 1999 Kerényi Attila: Általános Környezetvédelem, Mozaik Kiadó, 2001 Könczey Réka – S. Nagy Andrea: Zöldköznapi kalauz, Föld Napja Alapítvány, 1997 Mészáros Ernô: A környezettudomány alapjai, Akadémiai Kiadó, 2001 Nyilasi János: Atomok és elemek, Gondolat Kiadó, Stúdium Könyvek, 1972 Obendrauf, Viktor: Kémiai kísérletek a kémiaoktatásban, Kôszeg, 1999 (e-mail: [email protected]) Pálvölgyi Tamás: Az új évezred környezeti kihívása: az éghajlatváltozás, L’Harmattan Kiadó, 2000 Palmer, Douglas: A történelem elôtti világ atlasza, Gabo Könyvkiadó, 2000 Riedel Miklós: Az SI és a IUPAC definíciók alkalmazása a kémiaoktatásban, ELTE Fizikaikémiai és Radiológiai Tanszék kiadása, Budapest, 1988 Várnai György: Környezeti nevelés a kísérletezô kémiatanításban, Kenguru Kft., Gyôr, 1995

Vele vagy nélküle? Ismeretek az atomenergiáról és a nukleáris biztonságról; Készült: a Nukleárisbalesetelhárítási Kormánybizottság Titkárságának megbízásából, a Mûvelôdési és Közoktatásügyi Minisztérium biztonságszervezési és üzemgazdasági fôosztályának és a BME Nukleáris Technikai Intézetének közremûködésével, Budapest, 1997


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 167

Tartalomjegyzék Röviden a tankönyvrôl KÉMIA 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 A tankönyvhöz tartozó segédletekrôl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 A munkafüzet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 A témazáró feladatlapok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 A tanári kézikönyv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Kerettanterv a 7. osztályos kémiához . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 Tanmenet a tankönyvhöz az általános iskolák 7. évfolyama számára a kerettanterv alapján . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 Szakköri tematikajavaslat a tankönyv és a munkafüzet alapján . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 A laboratóriumi munka megszervezése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 A) Veszélyszimbólumok és jelek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 B) A veszélyes anyagok veszélyeire, kockázataira utaló R mondatok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 C) A veszélyes anyagok biztonságos használatára utaló S mondatok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 D) A veszélyes anyagok feliratozása, címkézése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 E) Minden vegyszernek, veszélyes anyagnak van biztonsági adatlapja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 F) Az iskolai kémiai laboratóriumok törvényes mûködéséhez szükséges teendôk . . . . . . . . . . . .23 A tananyag feldolgozása leckékre lebontva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225 1. óra: Mivel foglalkozik a kémia? Kísérletezés a kémiai laboratóriumban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 2. óra: Laboratóriumi eszközök és használatuk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 3. óra: Mekkora egy atom? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 4. óra: Atom, elem, vegyjel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 5. óra: A kémiai elemek csoportosítása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 6. óra: Mibôl áll egy molekula? Molekula, vegyület, képlet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35 *K óra: Játék a molekulákkal (kiegészítô, gyakorlóóra) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38 Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 7. óra A víz halmazállapot-változásai. Olvadás-fagyás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 8. óra: Párolgás, forrás, szublimáció . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 9. óra: Lecsapódás, desztilláció . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 10. óra: Fizikai változás, energiaváltozások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 11. óra: A víz bontása kémiai reakcióval. A kémiai változás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52 I. Témazáró feladatlap megoldásai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54 12. óra: Keverékek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56 13. óra: A keverékek szétválasztása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 *K óra: A keverékek szétválasztása. Adszorpció, kromatográfia (kiegészítô óra) . . . . . . . . . . . . . .61 14. óra: A levegô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62 *K óra: A légkörrel kapcsolatos környezetvédelmi problémák (kiegészítô óra) . . . . . . . . . . . . . .65 15. óra: Oldatok készítése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70 16. óra: Az oldékonyság . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 17. óra: Az oldhatóság és függése a hômérséklettôl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74 18. óra: Az oldatok töménysége . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77 *K óra: Kémiai számítások (gyakorlóóra) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 19. óra: Az oldatok kémhatása. Indikátorok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 20. óra: A természetes vizek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88


KEMIA_7_JAV2

8/14/09

9:59

Page 168

Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92 II. Témazáró feladatlap megoldásai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93 21. óra: Az atom felépítése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97 22. óra: Az atommag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99 23. óra: Az elektronszerkezet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103 24. óra: Az atomok elektronszerkezete és a periódusos rendszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107 *K óra: A nemesgázok (kiegészítô óra) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111 25–26. óra: Egyszerû ionok keletkezése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113 27. óra: Ionrácsos kristályok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 28. óra: Kovalens kötés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120 *K óra: Molekulák polaritása, a másodrendû kémiai kötés. Molekularácsos kristályok (szakmai kiegészítô óra) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124 Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128 29. óra: Az anyagmennyiség mértékegysége a mól . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130 30. óra: A kémiai jelek mennyiségi értelmezése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131 Gyakorlóóra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 *K óra: Kémiai számítások (kiegészítô, gyakorlóóra) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 III. Témazáró feladatlapok megoldásai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135 31–32. óra: A gyors égés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137 33. óra: A lassú égés. Az égés mint redoxireakció . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141 34. óra: Egyesülés és bomlás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143 35. óra: A kémiai egyenlet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145 *K óra: Kémiai számítások (gyakorlóóra) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147 36. óra: A közömbösítés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 *K óra: A sav-bázis reakciók atomszerkezeti értelmezése (szakmai kiegészítô óra) . . . . . . . . . .151 Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155 IV. Témazáró feladatlapok megoldásai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157 Év végi összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159 A tankönyvben leírt kísérletekhez szükséges anyagok és eszközök . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161 Felhasznált szakirodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1166


J. Balázs Katalin KÉMIA TANÁRI KÉZIKÖNYV évfolyam számára

Recommend Documents