Kémia az alapiskolák 8. és a nyolcosztályos gimnáziumok 3. évfolyama számára
Helena Vicenová
Szerző © RNDr. Helena Vicenová, 2011 Lektorálták: Ing. Mária Filová, Veronika Müllerová, RNDr. Jozef Tatiersky, PhD. Fordította © Mgr. Lacza Tihamér Jóváhagyta a Szlovák Köztársaság Oktatási, Tudomány- és Kutatásügyi, valamint Sportminisztériuma 2011-11115/28822:3-919 szám alatt 2011 augusztus 8-án az alapiskolák 8. és a nyolcosztályos gimnáziumok 3. évfolyama számára. A jóváhagyási bizonylat 5 évig érvényes. Minden jog fenntartva. Ez a mű vagy bármely része nem reprodukálható a jogtulajdonos engedélye nélkül. Első kiadás, 2011
ISBN 978-80-8091-238-3
3
Kedves tanulók, ebben a tanévben újabb kémiai ismeretekre tesztek szert. Tudásotok fokozatosan bővül az anyagok összetételével, valamint a kémiai elemekkel és vegyületeikkel kapcsolatos ismeretekkel. A kémia természettudomány, amely az anyagokat és más anyagokká történő átalakulásukat, vagyis a kémiai reakciókat vizsgálja. Már megtanultátok, hogy bizonyos kémiai reakciók nélkül nem létezne élet. Azt is tudjátok, hogy a kémiával mindenhol találkozunk. Ebben a tanévben bepillantotok az anyag belsejébe, többet megtudtok az anyagot alkotó részecskékről. Megismertek néhány kémiai elemet, vegyületet és azok reakcióit. Laboratóriumi körülmények között fogtok vizsgálni egyszerűbb reakciókat és felfedezitek gyakorlati jelentőségüket. Néhány egyszerű kémiai reakciót ti is elvégeztek majd a kémiaórákon. A tankönyvben ezeket a kísérleteket a kísérlethez írt szöveg mellé rajzolt kék lombikkal jelöltük. A barna lombikkal jelölt kísérleteket csak a tanár végezheti. Bizonyos feladatoknál piros csillagocskákat találtok, így jelöltük azokat a feladatokat, amelyek megoldása igényesebb lehet. Tisztelt tanárok, a tananyag egyes témáit, amelyeket Az anyagok összetétele és A jelentős kémiai elemek és vegyületek cím alatt tárgyalunk, felosztottuk Az anyagok összetétele, A kémiai elemek, A vegyületek és A kémiai reakciók fejezetekre. A témákat mindig duplaoldalon dolgoztuk fel. A törzsanyag (az oktatási standarddal összhangban) az egyes oldalak közepén található. A lap szélén van a motiváló, a kiegészítő szöveg, néhol illusztrációkkal és a kísérletek eszközeivel kiegészítve. A törzsanyagba eredeti felvételeken bemutatott kísérletek vannak besorolva. Amennyiben az önök iskolájában valamennyi kísérletet nem lehet végrehajtani, ezért a fényképek legalább szemléltetik a kísérlet lefolyását a tanulók számára. Keressük az összefüggéseket címmel jelöltük meg a motiváló kérdéseket, amelyekre a tanulóknak válaszolniuk kellene a korábbi évfolyamokban szerzett kémiai ismeretek alapján is. A kísérletek fényképei megkönnyíthetik számukra a megoldást. A tanulók lehetséges válaszait a sárga vonalak közötti felületen tüntettük fel. Az egyes témákat záró piros felületen található a tananyag összefoglalása. Minden fejezet után kérdések és feladatok következnek, bizonyos feladatoknál kísérletek is találhatók, amelyek a tananyag begyakorlását szolgálják és ötleteket kínálnak a tervezetek kidolgozásához. Az igényesebb feladatokat csillagocskával jelöltük (az adott sorszám mellett jobbra). A Gondolkozunk és felfedezünk cím alatt olyan tananyag szerepel, amelynek sikeres elsajátításához a tanulóknak alighanem többet kell majd gondolkodniuk, illetve hasznosítaniuk kell a más tantárgyakból, főleg a fizikából és a biológiából szerzett ismereteket. Ezt fel lehet használni pl. a kémia iránt nagyobb érdeklődést mutató tanulók egyéni felkészülésében. A szerző
4
1. Ismétlés ................................................................................ 7 1.1. Vegytiszta anyagok és keverékek ......................................................................... 8 1.2. Kémiai reakciók ................................................................................................... 9 2. Az anyagok összetétele ..................................................... 11 2.1. Kémiai elemek és vegyületek ............................................................................ 12 2.2. Atomok és kémiai elemek ................................................................................. 14 2.3. A kémiai elemek elnevezése és vegyjele ........................................................... 16 2.4. Molekulák és vegyületek ................................................................................... 18 2.5. Ionok .................................................................................................................. 20 2.6. Kémiai képletek és az oxidációs szám ............................................................... 21 2.7. Kémiai kötés ....................................................................................................... 22 2.8. A tananyag összefoglalása .................................................................................. 26 2.9. Kérdések és feladatok ......................................................................................... 27 2.9.1. Kémiai elemek és vegyületek (2.1. rész) ........................................................ 27 2.9.2. Atomok és kémiai elemek (2.2. rész) A kémiai elemek elnevezései és vegyjelei (2.3. rész) .................................... 28 2.9.3. Molekulák és vegyületek (2.4. rész). Ionok (2.5. rész) ................................ 30 2.9.4. Kémiai képletek és az oxidációs szám (2.6. rész) Kémiai kötés (2.7. rész) .................................................................................. 31 3. Kémiai elemek ................................................................... 33 3.1. Az elemek periódusos táblázata ........................................................................ 34 3.2. Fémek, félfémek és nemfémek ......................................................................... 36 3.3. Hidrogén ............................................................................................................ 40 3.4. Oxigén ................................................................................................................ 42 3.5. Fémek ................................................................................................................. 44 3.5.1. Vas – a legjelentősebb fém .............................................................................. 44 3.5.2. Nátrium és kálium – alkáli fémek ................................................................. 46 3.6. A tananyag összefoglalása .................................................................................. 48 3.7. Kérdések és feladatok ......................................................................................... 49 3.7.1. Az elemek periódusos táblázata (3.1. rész) Fémek, félfémek és nemfémek (3.2. rész) .................................................... 49 3.7.2. Hidrogén (3.3. rész). Oxigén (3.4. rész) ....................................................... 50 3.7.3. Vas – a legjelentősebb fém (3.5.1. rész) Nátrium és kálium – alkáli fémek (3.5.2. rész) ............................................ 51 4. Vegyületek ......................................................................... 53 4.1. Víz ....................................................................................................................... 54 4.2. Oxidok ................................................................................................................ 56 4.2.1. Oxidok elnevezése ......................................................................................... 56 4.2.2. Oxidok az építőiparban .................................................................................. 58 4.2.3. Oxidok a környezetben .................................................................................. 59
5 4.3. Savak ................................................................................................................... 62 4.3.1. Savak a háztartásban ....................................................................................... 62 4.3.2. Az oldatok savasságának (savas kémhatásának) vizsgálata ............................ 63 4.3.3. A savak összetétele és tulajdonságaik ............................................................ 64 4.3.4. Jelentős savak .................................................................................................. 65 4.4. Hidroxidok ......................................................................................................... 68 4.4.1. Az oldatok lúgosságának (lúgos kémhatásának) vizsgálata .......................... 68 4.4.2. A hidroxidok összetétele és tulajdonságai ..................................................... 69 4.4.3. Jelentős hidroxidok ........................................................................................ 70 4.5. Sók ...................................................................................................................... 72 4.5.1. Mik a sók ........................................................................................................ 72 4.5.2. Jelentős sók ..................................................................................................... 73 4.6. A tananyag összefoglalása .................................................................................. 76 4.7. Kérdések és feladatok ......................................................................................... 77 4.7.1. Víz (4.1. rész) .................................................................................................. 77 4.7.2. Oxidok (4.2. rész) .......................................................................................... 78 4.7.3. Savak (4.3. rész) .............................................................................................. 79 4.7.4. Hidroxidok (4.4. rész) .................................................................................... 80 4.7.5. Sók (4.5. rész) ................................................................................................. 81 5. Kémiai reakciók ................................................................ 83 5.1. Kémiai reakciók és kémiai egyenletek .............................................................. 84 5.2. Közömbösítés (semlegesítés) ............................................................................ 86 5.3. Redoxi reakciók .................................................................................................. 88 5.4. A tananyag összefoglalása .................................................................................. 90 5.5. Kérdések és feladatok ......................................................................................... 91 5.5.1. Kémiai reakciók és kémiai egyenletek (5.1. rész) ......................................... 91 5.5.2. Közömbösítés (5.2. rész) ................................................................................ 92 5.5.3. Redoxi reakciók (5.3. rész) ............................................................................ 93 6. Laboratóriumi gyakorlatok ................................................ 95 6.1. Különböző anyagok pH-értékének mérése ....................................................... 96 6.2. A természetes színanyagoknak az oldat savas és lúgos kémhatásától függő színváltozásának a megfigyelése ........................................................... 97 6.3. Közömbösítés ...................................................................................................... 98 6.4. A sav reakciója fémmel ....................................................................................... 99 6.5. A kalcium-szulfát előállítása ............................................................................. 100 6.6. A réz(II)-oxid előállítása ................................................................................... 101 7. A kérdések és a feladatok megoldása ........................... 102 8. Irodalom ........................................................................... 110 9. Magyar-szlovák kisszótár és tárgymutató ..................... 111
Iskolai kémiai laboratórium
Ismételjük át • Miből állnak az anyagok? • Hogyan lehet felosztani az anyagokat? • Mik a vegytiszta anyagok? • Mik a keverékek? • Mik a kémiai reakciók? • Mi a kémiai egyesülés? • Mi a kémiai bomlás?
8
Ismétlés 1.1. Vegytiszta anyagok és keverékek
Keressük az összefüggéseket Nézzétek meg az ábrákat. Láttátok már őket? Mi a közös a képeken látható anyagokban?
hélium
hidrogén
oxigén
nitrogén
víz
szén-dioxid
Ilyen ábrákat láthattok pl. a kémiatankönyvekben, a lexikonokban vagy az interneten. Az ábrákon az anyagokat kis golyók szemléltetik. Minden anyag részecskékből áll. Az egyes anyagok részecskéi különböznek egymástól, eltérő nagyságúak, különböző alakúak és többféle, még kisebb részecskékből állnak, amelyeket kis golyókkal szemléltetnek.
A
Miben különböznek az ábrákon szemléltetett anyagok? B
Az A ábrán látható anyag egyféle (két összekapcsolt golyócskával szemléltetett) részecskékből áll. A B ábrán látható anyag kétféle részecskéből áll, ezeket két, illetve három összekapcsolt golyócskával szemléltettük). Az A ábrán egy vegytiszta (kémiailag tiszta) anyagot szemléltettünk (kémiai anyag). A vegytiszta anyag csak egyféle részecskékből áll. Meghatározott, csak rá jellemző tulajdonságai vannak. Az őt jellemző tulajdonságok (fizikai mennyiségek) mérhetők és számokkal kifejezhetők (pl. sűrűség, olvadáspont). E tulajdonságok számszerű értékei megtalálhatók a fizikai-kémiai táblázatokban. A B ábrán keveréket szemléltettünk. A keverék több vegytiszta anyag részecskéiből áll. A keverék tulajdonságai az összetételétől függnek – a keveréket alkotó összetevők (egyszerűbb anyagok) részarányától. A legtöbb anyag, amellyel általában találkozunk – keverék.
Minden anyag részecskékből áll. Az anyagokat (attól függően, hogy milyen részecskékből állnak) két csoportra oszthatjuk: vegytiszta anyagok és keverékek. A vegytiszta anyagok csak egyfajta részecskékből állnak. A keverékek több vegytiszta anyag részecskéiből állnak.
Ismétlés
9
1.2. Kémiai reakciók
Keressük az összefüggéseket A fényképeken olyan kísérletek láthatók, amelyeket az előző tanévben végeztetek el. Mi történik a kémiai reakciók során? Melyek a kiindulási anyagok és melyek a (vég)termékek? A magnézium és az oxigén kémiai reakciója
A kísérlet során a magnézium és az oxigén reagált egymással. A kiindulási anyagokból – magnézium, oxigén – új anyag keletkezett – termék (magnézium-oxid). A vas és a kén kémiai egyesülése
A kísérletben a vas és a kén lépett reakcióba egymással. A kiindulási anyagokból – vas, kén – új anyag képződött – egyetlen termék (vas(II)-szulfid).
A kálium-permanganát kémiai bomlása
A kísérletben a kálium-permanganát volt a kiindulási anyag. A reagáló anyagból – a hipermangánból – új anyagok – termékek – keletkeztek. Az egyik termék az oxigén volt.
A kémiai reakciók olyan folyamatok, amelyekben az anyagok változnak: bizonyos kémiai anyagokból más kémiai anyagok keletkeznek. A kiindulási (reakcióba lépő) anyagok azok, amelyek belépnek a kémiai reakcióba és reagálnak egymással. A (vég)termékek a kémiai reakcióban keletkező anyagok. A kémiai reakció során a kiindulási anyagok termékekké alakulnak át. A kémiai egyesülés olyan kémiai reakció, amelyben két vagy több egyszerű kiindulási anyagból egyetlen bonyolultabb termék keletkezik. A kémiai bomlás olyan kémiai reakció, amelyben egyetlen bonyolultabb kiindulási anyagból két vagy több egyszerű termék képződik.
Hidrogén-meghajtású gépjármű Hidrogén – a jövő energiája?
Megtanuljuk • Mik a kémiai elemek • Mik a vegyületek • Milyen részecskékből állnak az anyagok • Mik az atomok, a molekulák és az ionok • Mely részecskék találhatók az atommagban • Mely részecskék találhatók az atomburokban • Mik a vegyjelek és a kémiai képletek • Hogyan keletkezik a kémiai kötés • Melyek a kémiai kötések típusai
12
Az anyagok összetétele 2.1. A kémiai elemek és vegyületek Két vegytiszta anyag kémiai egyesülésével új vegytiszta anyag keletkezik. Például a hidrogén és az oxigén egyesülésével új anyag – víz keletkezik. A víz kémiai vegyület.
+
Így keletkezik a víz pl. az űrrakéta meghajtásakor, amelynél a hidrogén és az oxigén a felhasznált hajtóanyag. Az oxigén-hidrogén lánggal történő hegesztéskor ugyancsak a hidrogén és az oxigén egyesülésére kerül sor víz képződése közben. A víz keletkezését bizonyítja a kémcső falának bepárásodása is a hidrogén és a légkör oxigénjének kémiai reakciója során – amikor a Bunsen-égővel meggyújtjuk az előkészített hidrogént (erről a 40–41. o. található kísérletben győződhettek meg). A vegytiszta anyag kémiai bomlásakor két vagy több vegytiszta anyag keletkezik. A víz vegyület, mely hidrogénre és oxigénre bomlik. A vegytiszta hidrogén és oxigén azonban már tovább nem bontható egyszerűbb anyagokra. A hidrogén és az oxigén kémiai elem. +
A laboratóriumban a vizet felbonthatjuk pl. elektromos áram segítségével. A keletkezett hidrogént és oxigént kémcsövekben fogják fel (a kísérletet a jobb oldali ábrán látható készülékben lehet végrehajtani). A kutatók vizsgálják annak a lehetőségét, hogy a víz felbontásával nyert hidrogénnel gépjárműveket hajtsanak meg. A víz felbontását elektromos energia segítségével végzik, amelyet pl. a napenergiából nyernek (ábra balra). Az egyes kémiai elemeknek és vegyületeknek nem változik az összetételük, ezért a tulajdonságuk is állandó (forráspont, olvadáspont, sűrűség), a kémiai anyagok közé tartoznak. A kémiai elemek vegytiszta anyagok, amelyek tovább már nem bonthatók egyszerűbb anyagokra. A vegyületek vegytiszta anyagok, amelyek egyszerűbb anyagokra bonthatók.
13
Az anyagok összetétele Keressük az összefüggéseket Figyelmesen nézzétek meg a golyómodellekkel szemléltetett elemek és vegyületek ábráit. Keressétek az elemek és a vegyületek azonos és eltérő tulajdonságait. Kémiai elemek
hélium
oxigén
nitrogén
foszfor
szén-dioxid
kén-hidrogén
salétromsav
Vegyületek
víz
Az elemek és a vegyületek is részecskékből állnak. Az elemek olyan részecskékből állnak, amelyeket egyforma golyócskákkal szemléltetünk. A kis golyók lehetnek önmagukban vagy különböző módon összekapcsolódva. A vegyületek olyan részecskékből állnak, amelyeket legalább két eltérő golyócskával szemléltethetünk. A kis golyók nem állnak önmagukban, különbözőképp kapcsolódnak egymáshoz. Az elemek egyféle részecskékből állnak. A kis golyók az atomokat jelképezik, amelyek lehetnek önmagukban vagy különbözőképp összekapcsolódva. A vegyületek ugyancsak egyféle részecskékből állnak. Ezeket a részecskéket azonban két vagy több elem különbözőképpen összekapcsolódott atomjai alkotják. A kémiai elemek vegytiszta anyagok, amelyek tovább már nem bonthatók egyszerűbb anyagokra. A vegyületek vegytiszta anyagok, amelyek egyszerűbb anyagokra bonthatók.
Az elem a vegyületek legegyszerűbb építőköve. Az elemeket pontosan majd akkor fogjuk tudni jellemezni, ha többet megtudunk az anyagokat alkotó részecskékről. Amikor a kémikusok még nem ismerték az anyagokat alkotó részecskéket, elemeknek tartottak bizonyos vegyületeket is.
14
Az anyagok összetétele 2.2. Atomok és kémiai elemek Az emberek már régóta szerették volna tudni, hogy miből állnak a körülöttük lévő anyagok. Fokozatosan behatoltak az anyagok belsejébe és feltárták a titkaikat.
Démokritosz (i. e. 450), aki a görög atomisták filozófiai iskolájához tartozott, azt állította, hogy az anyagok kis, tovább már nem osztható részecskékből – atomokból állnak (görögül az atomosz oszthatatlant jelent).
Az összes anyagot alkotó részecskéket golyócskákkal szemléltetik. A golyócskák eltérő nagyságúak és különbözőképpen kapcsolódhatnak egymáshoz. Az egyes golyócskák az atomokat szemléltetik. Mi van ezeknek a golyócskáknak – atomoknak a belsejében? Talán üresek? Nem! Az atomot szemléltető golyócska belsejét egyszerűsítve így ábrázolhatjuk: mag proton pozitív elektromos töltésű részecske, jele p+
neutron elektromos töltéssel nem rendelkező részecske, jele n0 John Dalton (1766–1844) az atomisták tanítására kapcsolódott. A legkisebb részecskéket atomoknak nevezte el.
elektron negatív elektromos töltésű részecske, jele e– burok
A protonnak pozitív elektromos töltése van, az elektronnak ugyanakkora, de negatív elektromos töltése van.
Ernest Rutherford (1871–1937) megalkotta az atom planetáris modelljét, amelyben a pozitív mag körül úgy keringenek az elektronok, mint a bolygók a Nap körül.
Niels Bohr (1885–1962) tökéletesítette Rutherford modelljét. Ő már leírta az elektronok mozgásának pályáit is. A tankönyvben nagyon leegyszerűsített atommodellt használunk.
Az elektronok az atomburokban rétegekben, ún. héjakon helyezkednek el. Az első héjon legfeljebb 2 elektron, a második héjon pedig legfeljebb 8 elektron lehet.
mag
atomburok
Az atom magból és atomburokból (elektronburokból) álló anyagrészecske. Az atommagban protonok és neutronok találhatók, az atomburokban helyezkednek el az elektronok. Az elektronok héjakon vannak elrendeződve.
15
Az anyagok összetétele Gondolkodunk és felfedezünk
Az atomok olyan parányiak, hogy en-
Az atomokat eltérő nagyságú (sugarú) golyócskákkal szemléltetjük. Milyen nagyok valójában az atomok? Mekkora a tömegük? Keressetek a szakirodalomban vagy az interneten olyan információkat, amelyekben összevetik az atomok nagyságát más testekével és összehasonlítják a protonok, a neutronok és az elektronok tömegét.
nek a mondatnak a végén álló pontba több mint egy millió elférne belőlük. Az atom sugara kb. 0,000 000 000 1 m. Ha az oxigénatomot teniszlabda méretűre nagyítanánk, az így megnagyobbított
Keressük az összefüggéseket
teniszlabda arányait tekintve akkora len-
A proton és az elektron elektromos töltésének a nagysága azonos, csak az előjelükben különböznek. Állapítsátok meg, milyen az eredő töltése az ábrán látható atomnak!
1
ne, mint a Föld. Az oxigénatom tömege 0,0000000000000000000000267 g.
Az atom eredő elektromos töltése az elektromosan töltött részecskék – a protonok és az elektronok számával függ össze. Miután a protonok száma megegyezik az elektronok számával, az atom eredő elektromos töltése nullával egyenlő. Az atom elektromosan semleges részecske, mert a protonok száma az atommagban megegyezik az atomburokban található elektronok számával. Az atommagban lévő protonok száma megadja a rendszámot, amelyet Z-vel jelölünk. Az elem vegyjele elé a bal alsó részbe írjuk (ZX). A rendszám az atom fontos jellemzője. Mivel a protonok száma megegyezik az elektronok számával, a rendszám egyszersmind megadja az atomburokban lévő elektronok számát is. Azt a vegytiszta anyagot, amelyben minden atomnak azonos számú protonja van, tehát ugyanaz a rendszáma, kémiai elemnek (vagy röviden: elemnek) nevezik. Az elemet a rendszáma, az elnevezése és a vegyjele jellemzi. A hélium elem atomja 2 2
1
A héliumot olyan atomok alkotják, amelyek magjában 2 proton és 2 neutron található. Az atomburkukban 2 elektronjuk van. A hélium rendszáma 2. Így írjuk: 2He.
Na
a nátrium elem 1 atomja
3Na
a nátrium elem 3 atomja
A proton és a neutron tömege nagyjából azonos.
Na
a nátrium elem (sok atomot tartalmaz)
Az atom elektromosan semleges részecske, mert az atommagban lévő protonok száma megegyezik az atomburokban található elektronok számával. A rendszám megadja a magban található protonok számát (s egyúttal a burokban található elektronok számát is). Az elem azonos rendszámú atomokból álló vegytiszta anyag.
1836
A protonhoz viszonyítva az elektron tömege elhanyagolható. Az atom csaknem teljes tömege az atommagra esik. A mag latinul nucleus. Ezért azokat a részecskéket, amelyek az atommagban vannak (p+ a n0), nukleonoknak nevezik. A neutronok száma az atommagban eltérő. Megegyezhet a protonok számával, de lehet több is. A hidrogénatom kivételnek számít, mert egyáltalán nem tartalmaz neutront. A protonok és a neutronok, tehát az atommagban lévő részecskék összege a nukleonszám, jele A. Az elem vegyjele elé a bal felső részbe írjuk (AX).
16 A kémiai elemek fontos tulajdonsága, hogy képesek vegyülni. A kémiai elemek vegyülő képességével magyarázható, hogy több mint 25 millió vegyületet ismerünk. A többségüket laboratóriumi körülmények között állították elő. Már az ókorban volt neve hét fémes elemnek (vas, réz, ezüst, arany, higany, ón, ólom) és két nemfémes elemnek (szén és kén). Az egyes korszakokban az újonnan felfedezett elemeknek eltérően adtak nevet. A magyar kémiai nevezéktanban az új elemek esetében az elemek elfogadott nevéből indulnak ki. Az elemek vegyjelét és nevét a Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója (International Union of Pure and Applied Chemistry – IUPAC) hagyja jóvá. Az elem szisztematikus elnevezését a rendszámból vezetik le számjelek alkalmazásával: 0 – nil, 1 – un, 2 – bi, 3 – tri, 4 – quard, 5 – pent, 6 – hex, 7 – sept, 8 – okt, 9 – enn. Például a 113-as rendszámú elem neve ununtrium, vegyjele pedig Uut.
Az anyagok összetétele 2.3. A kémiai elemek elnevezése és vegyjele Minden anyag kémiai elemekből áll. Bizonyos elemek tiszta, elemi állapotban fordulnak elő a természetben – tehát nem részei valamilyen vegyületnek. Ilyen elem azonban kevés van, pl. a hélium és az arany. A legtöbb elem kizárólag más elemekkel alkotott vegyületekben fordul elő, pl. a nátrium és a kalcium. Vannak azonban olyan elemek is, amelyek vegyületek formájában és elemi állapotban is megtalálhatók a természetben, pl. az oxigén, a nitrogén, a szén. Eddig 114 elemet ismerünk. Ezek többsége a természetben is előfordul, a többit laboratóriumi körülmények között állították elő. Az elemek elnevezése Ahogy fokozatosan felfedezték az elemeket, úgy keletkeztek a neveik is. Az elemek elnevezése többnyire görög vagy latin szavakból ered. Bizonyos elnevezések az elem valamely tulajdonságára utalnak, mások az elem előfordulására a természetben, vannak elemek, amelyeket égitestekről, jelentős tudósokról, a felfedezők hazájáról vagy lakóhelyéről stb. nevezték el. Jód (iodium): jódész (gör.) = ibolyaszínű; nevét gőzeinek színe nyomán kapta (régi magyar neve: iblany).
Klór (chlorum): klorosz (gör) = sárgászöld; a színe alapján nevezték el.
Hélium (helium): héliosz (gör.) = Nap; a létezéséről először a Nap megfigyelésekor szereztek tudomást.
Szilícium: silex (lat.) = kemény kő, nyelvújítás kori magyar neve: kovany; a kvarcban találták meg.
Kűrium: a név a kiváló tudósházaspár, Marie és Pierre Curie tiszteletére született. 1903-ban közösen fizikai Nobel-díjat kaptak, Marie 1911-ben megkapta a kémiai Nobel-díjat is. Polónium: az elnevezés Lengyelország latin nevéből ered, amely Marie Curie-Skłodowska szülőhazája.
Az elemek többségének magyar neve úgy keletkezett, hogy a latin vagy görög nevüket a magyar nyelvhez igazították (pl. baryum – bárium, phoszphorosz – foszfor; a foszfort a nyelvújítók villanyként is írták, de ez nem vert gyökeret). Bizonyos elemek magyar neve teljesen eltér az eredeti elnevezéstől (pl. hydrargyrum = higany, sőt korábban kénesőnek is nevezték).
Az anyagok összetétele Az elemek vegyjele Az elemek vegyjelét úgy vezetik le, hogy kiválasztják a latin nevük első betűjét (pl. S – sulphur). Ha több elem neve is ugyanazzal a betűvel kezdődik, az első betűhöz hozzáadnak egy további betűt a névből (Si – silicium, Sn – stannum).
Projektet készítünk 1735 és 1830 között gyakran mitológiai vagy mondabeli neveket adtak az új elemeknek. Így keletkezett pl. a kobalt. Amikor a bányászoknak nem sikerült kinyerniük az ércből a rezet, azt gondolták, hogy a gonosz szellemek tehetnek erről. A kobold a német mondákban rossz manót jelent. Készítsetek projektet a Vizsgáljuk a kémiai elemek nevének eredetét témára. Tájékoztassátok osztálytársaitokat is az érdekes megállapításaitokról. Az interneten vagy a szakirodalomban is találtok információkat. Néhány kémiai elem neve és vegyjele magyar név
latin név
vegyjel
szlovák név
rendszám
kálium
Kalium
K
draslík
19
nitrogén
Nitrogenium
N
dusík
7
fluor
Fluorum
F
fluór
9
foszfor
Phosphorus
P
fosfor
15
hélium
Helium
He
hélium
2
alumínium
Aluminium
Al
hliník
13
magnézium
Magnesium
Mg
horčík
12
klór
Chlorum
Cl
chlór
17
jód
Iodum
I
jód
53
szilícium
Silicium
Si
kremík
14
oxigén
Oxygenium
O
kyslík
8
lítium
Lithium
Li
lítium
3
mangán
Manganum
Mn
mangán
25
réz
Cuprum
Cu
meď
29
ólom
Plumbum
Pb
olovo
82
higany
Hydrargyrum
Hg
ortuť
80
szelén
Selenium
Se
selén
34
kén
Sulphur
S
síra
16
nátrium
Natrium
Na
sodík
11
ezüst
Argentum
Ag
striebro
47
szén
Carboneum
C
uhlík
6
kalcium
Calcium
Ca
vápnik
20
hidrogén
Hydrogenium
H
vodík
1
cink
Zincum
Zn
zinok
30
arany
Aurum
Au
zlato
79
vas
Ferrum
Fe
železo
26
Az elemeknek nevük van és vegyjelekkel jelölik őket
17 Az első feljegyzések az anyagokról és átalakulásaikról még az alkimistáktól származnak. A különböző szimbólumok és jelek voltak hivatva rá, hogy eltitkolják a megjelölt anyagok és az eljárási módok jelentőségét.
Az első ismert fémek vegyjeleit nem a nevükből vezették le, hanem ezek a naprendszer ismert égitestjeinek szimbólumai voltak. Ezek a következők? arany (Nap), ezüst (Hold), réz (Vénusz), higany (Merkúr), vas (Mars), ólom (Szaturnusz), ón (Jupiter).
1808-ban az angol John Dalton olyan vegyjeleket vezetett be, amelyek körökből álltak, belsejükben különböző rajzokkal: Az ábrán az oxigén, a hidrogén, a nitrogén, a szén, a kén, a foszfor, a nátrium jele látható.
Az elemek vegyjeleinek mai formáját 1811-ben J. J. Berzelius svéd vegyész vezette be.
18 Olyan részecskéket, amelyek csak egy atomból állnak, kevés anyag tartalmaz (pl. a nemesgázok – hélium, neon, argon…): hélium (He) neon (Ne) argon (Ar)
Az anyagok összetétele 2.4. Molekulák és vegyületek
Keressük az összefüggéseket Gyurmából modelláljatok golyócskákat: a kis fehér golyók a hidrogénatomokat, a nagyobb fekete golyócskák a szénatomokat és a piros golyócskák az oxigénatomokat szemléltetik. Kapcsoljatok össze két vagy három golyócskát különböző módon (az ábrák alapján) hurkapálcák segítségével. A golyócskák – atomok – összekapcsolásával új részecskéket (összekapcsolt golyócskák) – molekulákat hoztatok létre. Hogyan keletkezik a molekula? Miben különböznek az ábrán látható molekulák?
Az anyagok többségét olyan atomok alkotják, amelyek kémiai kötéssel kapcsolódnak össze két- vagy többatomos részecskékké (molekulákká). A legtöbb elem, amely normális körülmények között gáznemű, kétatomos molekulákból áll. nitrogén (N2) oxigén (O2) klór (Cl2) Az ózont az oxigén háromatomos molekulái alkotják (O3)
A kén kémiai elem, nyolcatomos molekulákból áll ((S8)
A szén kémiai elem, egyik formáját – a fullerént 60 szénatomból felépült, futball-labdaszerűen elrendezett molekulák alkotják:
hidrogén
oxigén
víz
szén-dioxid
A molekula az atomok összekapcsolódásával jön létre A hidrogén- és az oxigénmolekula azonos elemek két atomjából áll. A vízmolekula és a szén-dioxidmolekula két elem három atomjából áll. Az ábrákon látható molekulák az atomok számában és abban különböznek, hogy ezek az atomok ugyanannak az elemnek vagy különböző elemeknek az atomjai. Az atomok nagyobb részecskékké kapcsolódhatnak össze (egyesülhetnek), amelyeket molekuláknak neveznek. A legtöbb anyag molekulákból áll. Az elemek azonos atomokat tartalmaznak, amelyek molekulákká egyesülhetnek. Pl. a hidrogén és az oxigén molekuláit két atom alkotja, vagyis a hidrogén és az oxigén kétatomos molekulákból (H2, O2) áll. Az elemeket három- és többatomos molekulák is alkothatják. Pl. a kén nyolcatomos molekulákból (S8) áll. A különböző elemek atomjai is egyesülhetnek, miközben a vegyületek molekulái keletkeznek. Legegyszerűbbek a két elemet tartalmazó biner vegyületek, pl. a víz (H2O), a szén-dioxid (CO2). A vegyületek három és több elemből is állhatnak. Három elemet tartalmazó vegyület pl. a salétromsav (HNO3). A vegyület két vagy több elem összekapcsolódott atomjait tartalmazza. Az elemek atomjaiból keletkezett molekulák összetételét az elemek vegyjelével és számokkal fejezik ki. Az a szám, amelyet a vegyjel után jobb alsó indexként írnak, megadja az egyes elemek atomjainak a számát a molekulában: hidrogénmolekula – H2 (két hidrogénatom), ózonmolekula – O3 (három oxigénatom), vízmolekula – H2O (két hidrogénatom, egy oxigénatom), szén-dioxidmolekula – CO2 (egy szénatom, két oxigénatom). A molekulák összetételének a leírása a kémiai képlet.
A molekula két vagy több összekapcsolódott atomból álló anyagrészecske. A vegyület vegytiszta anyag, amely két vagy több féle elem atomjaiból áll.
Az anyagok összetétele A molekula képlete jelentheti egy elem molekulájának vagy egy vegyületnek a képletét, de sok molekuláét is. Az egynél több molekula számát a képlet elé írt számjeggyel adjuk meg.
19 A két elemet tartalmazó (biner) kénhidrogén (szulfán) molekula háromatomos molekulákból áll (egy kénatom és két hidrogénatom – H2S):
a klór elem 3 molekulája (3Cl2)
A klór elem 1 molekulája (Cl2)
További két elemet tartalmazó molekulák, mint a víz (H2O)
és a szén-dioxid (CO2)
szintén háromatomos molekulákból állnak.
a klór elem sok klórmolekula (Cl2)
A Cl2 képlet 1 molekula klórt fejez ki, de sok klórmolekulát – klór element is jelenthet.
a sósav vegyület 1 molekulája (HCl)
a sósav vegyület 3 molekulája (3HCl)
a sósav vegyület sok sósavmolekula (HCl)
A HCl képlet a sósav egy molekuláját fejezi ki, de sok sósavmolekulát – a sósav vegyületet is jelentheti.
A molekulákból álló elemek és a vegyületek összetételét képletekkel fejezik ki.
A három elemet tartalmazó salétromsav (HNO3) ötatomos molekulákból áll:
A dezoxiribonukleinsav (DNS) az a vegyület, amely az élőlények minden tulajdonságát meghatározza. Nagyszámú atomból áll, amelyek bonyolult térbeli kapcsolatot alakítanak ki. Rengeteg golyócskából (atomból) felépített „kettősspirálként” ábrázolják. Elvégre sok információt is tartalmaz. Egy adott egyedről mindent elmond – benne van az egész genetikai anyag (öröklődési információk).
20
Az anyagok összetétele 2.5. Ionok
Keressük az összefüggéseket Mi történik az atommal – az elektromosan semleges részecskével –, ha felvesz vagy lead egy elektront? Ha az atom lead vagy felvesz egy elektront, elektromos (pozitív vagy negatív) töltésű részecske keletkezik. Az anyag elektromosan töltött részecskéjét, amely az atomból keletkezik, amikor az lead vagy felvesz elektron(oka)t, ionnak nevezik. Az ion lehet pozitív vagy negatív töltésű. Azt a folyamatot, amikor az atom egy vagy több elektront ad le, oxidációnak nevezik.
A kation pozitív töltésű ion. Úgy keletkezik, ha az atom egy vagy több elektront ad le. Ha pl. a nátriumatom elektront ad le, nátrium kation keletkezik. Na+ Ezt így írjuk: Na – e–
11 12
11
elektront ad le
12
Na
Na+
Azt a folyamatot, amikor az atom egy vagy több elektront vesz fel, redukciónak nevezik.
Az anion negatív töltésű ion. Úgy keletkezik, ha az atom felvesz egy vagy több elektront. Ha pl. a klóratom elektront vesz fel, klorid anion keletkezik. Ezt így írjuk: Cl + e– Cl–
17
17 18
Cl Az oxidációról és a redukcióról többet megtudtok az 5. fejezetben.
A leadott elektronok számát annak az elemnek a vegyjele után írjuk jobb felső indexként, amelyből a kation keletkezett. Ezt + jellel fejezzük ki (az egynél nagyobb számot az előjel elé írt számjeggyel adjuk meg), pl. Na+, Ca2+, Al3+.
elektront ad le
18
Cl–
A felvett elektronok számát annak az elemnek a vegyjele után írjuk jobb felső indexként, amelyből az anion keletkezett. Ezt – jellel fejezzük ki (az egynél nagyobb számot az előjel elé írt számjeggyel adjuk meg), pl. Cl–, O2–, S2–.
A vegyületeket nemcsak molekulák, hanem ionok is alkothatják. Az ion elektromosan töltött anyagrészecske. A kation (pozitív ion) akkor keletkezik, amikor az atom elektront ad le. Az anion (negatív ion), akkor keletkezik, amikor az atom elektront vesz fel.
Az anyagok összetétele 2.6. Kémiai képletek és az oxidációs szám Már tudjuk, hogy a leadott vagy a felvett elektronok száma meghatározza a keletkezett ion elektromos töltését. Az oxidációs szám megadja az atom által leadott (pozitív oxidációs szám) vagy felvett (negatív oxidációs szám) elektronok számát. A szervetlen vegyületek szlovák kémiai nevezéktana az oxidációs számon alapul. (A magyar nómenklatúra kissé eltérő és nem annyira egységes – a ford. megj.) Az oxidációs szám fontos jellemzője az elemek vegyületet alkotó atomjainak. A vegyületek képletének megalkotásánál hasznosítják.
21 Az oxidációs szám megadja azoknak az elektronoknak a számát, amelyeket az atom leadna (pozitív) vagy felvenne (negatív), ha a vegyületben lévő kémiai kötést ionkötésnek tekintenék. Pozitív oxidációs száma van a kisebb elektronegativitású elem atomjának. Negatív oxidációs száma van a nagyobb elektronegativitású elem atomjának.
Az atom oxidációs számát római számmal írjuk az elem vegyjele után jobb felső indexként. A + előjelet nem tüntetjük fel, a – előjelet a számjegy elé írjuk. Nulla az oxidációs száma az elem nem vegyült atomjának (pl. Na0), de az elem molekulájában kötött atomnak is (pl. H02). Különböző elemek összekapcsolódott atomjainak pozitív vagy negatív oxidációs számuk van. A pozitív oxidációs számot római számokkal írjuk I-től VIII-ig terjedően, pl. NaICl. A negatív oxidációs számot római számokkal írjuk –I-től –IV-ig, pl. NaCl–I. Némely elemnek tipikus oxidációs száma van, amit a vegyületeik képleteinek megalkotásánál használnak. Bizonyos elemek tipikus oxidációs számai: a hidrogénatomnak vegyületeiben többnyire I oxidációs száma van, pl. a vízben (HI2 O), a savakban (HICl, HINO3). Az oxigénatom oxidációs száma a legtöbb vegyületben –II, pl. a vízben (H2O–II), az oxidokban (MgO–II) A vegyület elektromosan semleges molekulájában az atomok oxidációs számainak összege zérus (pl. HI2O–II, tehát 2 · I + (–II) = 0). A szlovák nevezéktanban a pozitív oxidációs számokat ragokkal fejezik ki, figyelembe véve a főnév nemét is: oxidációs szám I II III IV V VI VII VIII
az oxidációs számot kifejező rag -ný (-ny) -natý -itý -ičitý -ičný, -ečný -ový -istý -ičelý
Az atom oxidációs számát római számmal írjuk az elem vegyjele után jobb felső indexként.
Linus Pauling (1901-1994) elsőként jellemezte az atomokat aszerint, mennyire képesek magukhoz vonzani a kötő elektronpárt. Az atomnak ezt a képességét nevezte el elektronegativitásnak. A kémiai kötésről és az elektronegativitásról a következő részben lesz szó. A lítium-, a nátrium-, a káliumatom (ezek az elemek az alkáli fémek közé tartoznak) oxidációs száma a vegyületekben mindig I, pl. a nátrium-kloridban (NaICl). A fluor-, a klór-, a bróm-, a jódatom (ezek az elemek a halogének közé tartoznak) oxidációs száma a vegyületekben – a halogenidekben –I, pl. a nátrium-kloridban (NaCl–I). Az oxidok magyar elnevezésének képzésénél gyakran görög számneveket használunk, pl. szén-monoxid (CO), szén-dioxid (CO2), kén-trioxid (SO3), nitrogén-pentoxid (N2O5) stb. – a ford. megj.
22
Az anyagok összetétele 2.7. Kémiai kötés
Keressük az összefüggéseket Emlékeztek rá, hogyan kapcsoltátok össze kis hurkapálcákkal az atomokat (az egyes golyócskák) molekulákká (összekapcsolt golyócskák)? Most a gyurmagolyók helyett használjatok kis mágneseket, amelyek az atomokat jelképezik. Hogyan kapcsoljátok össze őket? A nátrium nagyon reakcióképes elem. A nátriumatom elektronburkának utolsó héján 1 elektron található, amelyet könnyen lead. Egy elektront leadva a nátriumatomban a második héj válik utolsó héjjá, amelyen 8 elektron lesz. Az elektronok ilyen elrendeződése a héjon (8 elektron) nagyon stabilis és elektronoktettnek nevezik.
A mágneseket elég egymáshoz közelíteni – az ellenkező pólusukkal vonzzák egymást – a mágneses vonzerő kapcsolja össze őket. A legtöbb kémiai elem atomjai nagyobb alakzatokká (részecskékké) állhatnak (kapcsolódhatnak) össze. Ennek az összekapcsolódásnak megvannak a maga törvényszerűségei, amelyek az egyes atomok tulajdonságaiból következnek. Az atomok tulajdonságai főleg az elektronburok utolsó héján található elektronok számától függenek. A nátrium-klorid vegyületet konyhasó néven ismerjük. Ez fehér szilárd anyag. A nátrium és a klór elem reakciójával – egyesülésével – lehet előállítani. A nátrium ezüstös fényű szilárd anyag, a klór zöldessárga mérgező gáz. A nátrium-kloridnak más tulajdonságai vannak, mint azoknak az elemeknek, amelyekből keletkezett. Mi történik a nátrium és a klór egyesülésekor a nátrium- és a klórrészecskékkel?
11
A klór is nagyon reakcióképes elem. A klóratom utolsó elektronhéján 7 elektron van. Egy elektront felvéve a klóratom utolsó héja feltöltődik és 8 elektronja lesz, amely stabilis elrendeződés – elektronoktett.
12
11
elektront ad le
12
Na
Na+
A nátrium és a klór egyesülése nagyon heves reakció. 17
17 18
Cl Az egyesülés terméke – a nátrium-klorid – fehér szilárd anyag.
elektront vesz fel
18
Cl–
A nátriumatom leadott egy elektront és pozitív Na+ ion keletkezett belőle. A klóratom ezt az elektront felvette és negatív Cl– ion keletkezett belőle. A létrejött ellentétes elektromos töltésű részecskék (kationok és anionok) kölcsönösen vonzzák egymást (a mágneshez hasonlóan).
23
Az anyagok összetétele
kísérlet
Mit fogunk vizsgálni? A nátrium-klorid kristályát és a nátrium-klorid oldatát. Végrehajtás: 1. Kis főzőpohárba kb. 3 cm magasságig nátrium-kloridot szórunk. 2. A nátrium-kloridba két rézlapocskát (elektródot) szúrunk és zárjuk az áramkört. Megfigyeljük. 3. A rézlapocskákat megtisztítjuk a nátrium-kloridtól és bemerítjük őket egy főzőpohárba, amelyben desztillált víz van. Megfigyeljük. 4. A desztillált vizet tartalmazó főzőpohárba, amelybe bemerülnek a rézlapocskák, kis adagokban állandó kevergetés közben nátrium-kloridot szórunk (az első főzőpohárból). Megfigyeljük.
Megfigyelés: Amikor a rézlapocskák a kristályos nátrium-kloridban voltak, a kis izzó nem gyulladt meg. Az izzó akkor sem gyulladt meg, amikor a rézlapocskák a desztillált vízbe merültek. A nátrium-klorid oldódásakor a vízben az izzó lassan kigyulladt. Magyarázat: A szilárd (kristályos) nátrium-kloridban a Na+ kationok és a Cl– anionok szabályosan elrendeződve és szilárdan kötve találhatók (ionrács). A kristályokban nincsenek szabadon mozgó részecskék. Az elektromos áram vezetését olyan elektromos töltésű részecskék teszik lehetővé, amelyek szabadon mozognak. Ezért a szilárd nátrium-klorid nem vezeti az elektromos áramot. A desztillált víz H2O molekulákból áll. Nem vezeti az elektromos áramot. A nátrium-klorid vizes oldata vezeti az elektromos áramot. Oldódáskor az egyes részecskék (Na+ és Cl–) eltávolodnak egymástól és szabadon mozognak az oldatban. Mozgásuk lehetővé teszi az elektromos áram vezetését. Az összetartó erőket, amelyek az atomok közötti kapcsolódást hozzák létre a molekulákban (H2O) és az ionok között a kristályokban (NaCl), kémiai kötésnek nevezik. A nátrium-kloridban a kémiai kötést az ionok (a kationok és az anionok) közötti erők alkotják, ezért ionkötésnek (ionos kötésnek) nevezik. Az ionkötés nagyon erős, a kationok és az anionok szilárdan kötődnek! A kémiai kötést ellentétes töltésű ionok – kation és anion – hozhatnak létre, amelyek kölcsönösen vonzzák egymást. Az ilyen kötést ionkötésnek nevezzük.
Eszközök és vegyszerek 1. 2 főzőpohár 2. 2 rézlapocska (elektródok) 3. izzólámpa 4. vezetők 5. elektromos feszültségforrás 6. laboratóriumi kanál 7. üvegbot 8. nátrium-klorid (kristályos) 9. desztillált víz Megállapították, hogy a desztillált víz ugyan vezeti az elektromos áramot, de ezt csak speciális készülékekkel lehet megfigyelni. A kristályok, amelyekben ionkötés van, kemények, magas az olvadásés forráspontjuk, nem vezetik az elektromos áramot. Néhány ionvegyület olvadáspontja: anyag kálium-klorid nátrium-klorid kalcium-fluorid
olvadáspont 782 °C 801 °C 1360 °C
24
Az anyagok összetétele
A kovalens kötés elnevezése latin eredetű (lat. co = egyszerre, valere = uralkodni). Ha ezzel a kötéssel azonos elemek atomjai kapcsolódnak egymáshoz, a közös elektronpár mindegyikhez azonos mértékben tartozik.
Eltérő módon alakul ki a kötés azoknak a vegyületeknek a molekuláiban, amelyeknek atomjai nem alkotnak ionokat. Minden atom átad egy elektront az utolsó héjáról egy közös elektronpár létrehozására. Hogyan keletkezik kémiai kötés két hidrogénatom között?
1
Az ilyen kötést apoláris kovalens kötésnek nevezik. Ez van pl. a hidrogén-, a klór-, az oxigénmolekulában. Ha azonban különböző elemek atomjai kapcsolódnak össze, a kötő elektronok nem egyenlő arányban tartoznak a két atomhoz. Az egyik közülük erősebben vonzza a kötő elektronpárt, mint a másik. Az az atom vonzza magához erősebben a kötő elektronpárt, amelynek nagyobb az elektronegativitása.
H
+
1
1
1
H
H2
Minden hidrogénatom átad a kémiai kötés létrehozására egy elektront. Ez a két elektron párt alkot – elektronpárt, amely egyformán tartozik mindkét hidrogénatomhoz. A két közös elektront kötő elektronpárnak nevezik és a két elem vegyjele közötti vízszintes vonalkával (–) jelölik. Azt a kémiai kötést, amelyet két elektron – közös kötő elektronpár – alkot, kovalens kötésnek nevezik. A hidrogénmolekulában kovalens kötés található. Írásmódja: H–H. Hogyan keletkezik kémiai kötés a hidrogén- és a klóratom között?
1
H
17
+
17
1
18
18
Cl
HCl
Ez pl. a klóratom a hidrogén-klorid molekulában, az oxigénatom a vízmolekulában.
A kémiai kötés létrehozására egy elektront a hidrogén-, egy elektront pedig a klóratom biztosít. A klóratom elektronja a legkülső (az utolsó) héjról származik. Ez a két elektron alkotja a kötő elektronpárt.
Az atom elektronegativitása annak a képességnek a mértéke, amivel a kovalens kötésű atom a kötő elektronpárt vonzza. Értékei szerepelnek a kémiai táblázatokban.
A hidrogén-klorid (sósav) molekulában kovalens kötés van. Írásmódja: H–Cl. A molekulában nemcsak egy, hanem két vagy több kovalens kötés is lehet. Például a vízmolekulában két kovalens kötés van.
25
Az anyagok összetétele Hogyan keletkezik a kémiai kötés a hidrogénatomok és az oxigénatom között a vízmolekulában?
8
+
1
H
8
1
8
8
O
H2O
+ 1
1
H
Az oxigénatom egy-egy elektront biztosít utolsó elektronhéjáról a hidrogénatomoknak a közös elektronpár kialakítására. Mindegyik hidrogénatom átadja az oxigénatomnak a saját elektronját. Így két közös elektronpár jön létre – kötő elektronpárok. Írásmódja: H–O–H.
Gondolkodunk és felfedezünk
8
8
8
8
Az oxigénmolekulában a két oxigénatom között kialakult kémiai kötést kettőskötésnek nevezik. Mindegyik oxigénatom két-két elektront biztosít a kémiai kötés kialakítására. Így két kötő elektronpár keletkezik közöttük. Az oxigénatom modelljei segítségével írjátok le, mely elektronok alkotják a közös elektronpárokat (a kettőskötést). A kémiai kötés két vagy több atom között kialakult összetartó hatás, amelyet elektronok közvetítenek. Az ionkötés (ionos kötés) olyan kémiai kötés, amelyet ellentétes töltésű, egymást kölcsönösen vonzó ionok – kation és anion – alkotnak. A kovalens kötés olyan kémiai kötés, amelyet közös elektronpár – kötő elektronpár hoz létre.
Néhány elem atomjának elektronegativitása: az elem az atom neve elektronegativitása hidrogén 2,1 oxigén 3,5 nitrogén 3,0 fluor 4,0 nátrium 0,9 kálium 0,8 Az összekapcsolódott atomok elektronegativitásának különbségétől függ a kémiai kötés típusa. elektronegativitások kémiai különbsége kötés típusa 0 – 0,4 apoláris kovalens 0,4 – 1,7 poláris kovalens nagyobb mint 1,7 ionkötés A közös elektronpárok száma alapján a kémiai kötés lehet egyszeres (egy közös elektronpár), kétszeres vagy kettős (két közös elektronpár) és háromszoros vagy hármas (három közös elektronpár).
26
Az anyagok összetétele 2.8. A tananyag összefoglalása A kémiai elemek (vagy rövidebben: elemek) vegytiszta anyagok, amelyek már nem bonthatók egyszerűbb anyagokra. Az elemeket egyféle atomok alkotják. A vegyületek vegytiszta anyagok, amelyek egyszerűbb anyagokra bonthatók. A vegyületeket különböző elemek kötésben lévő atomjai alkotják. Az atom atommagból és elektronburokból álló anyagrészecske. Az atommagban protonok és neutronok találhatók, a burokban elektronok vannak. Az elektronok héjakon vannak elrendezve. Az atom elektromosan semleges anyagrészecske, mert a magban lévő protonok száma megegyezik a burokban lévő elektronok számával. A rendszám megadja az atommagban lévő protonok (és egyúttal a burokban lévő elektronok) számát. Az elem vegytiszta anyag, amely azonos rendszámú atomokból áll. Az elemeknek van saját nevük és vegyjelük. A molekula olyan anyagrészecske, amely két vagy több összekapcsolódott atomból áll. A vegyület vegytiszta anyag, amely két vagy több elem összekapcsolódott atomjaiból áll. A molekulákból álló elemek összetételét és a vegyületek összetételét kémiai képletekkel fejezik ki. Az ion elektromosan töltött anyagrészecske. Kation (pozitív ion) keletkezik, ha az atom elektront ad le. Anion (negatív ion) keletkezik, ha az atom elektront vesz fel. Az atom oxidációs számát római számjeggyel írják az elem vegyjele után jobboldali felső indexként. A kémiai kötés összetartó hatás két vagy több atom között, amelyet elektronok közvetítenek. Az ionkötés olyan kémiai kötés, amelyet ellentétes töltésű, egymást kölcsönösen vonzó ionok – kation és anion – hoznak létre. A kovalens kötés olyan kémiai kötés, amelyet közös elektronpár – kötő elektronpár alakít ki.
Az anyagok összetétele
27
2.9. Kérdések és feladatok 2.9.1. Kémiai elemek és vegyületek (2.1. rész) 1. Egészítsétek ki: a) A kémiai elemek vegytiszta anyagok, amelyek már .......................... egyszerűbb anyagokra. b) A vegyületek vegytiszta anyagok, amelyeket .......................... egyszerűbb anyagokra. c) ..................... azonos típusú atomokból állnak. d) ....................... különböző elemek összekapcsolódott atomjaiból állnak. 2. Válasszátok ki azt az anyagot, amely nem tartozik a többi közé: O2, Cl2, H2, H2O. Választásotokat indokoljátok meg! 3. Az ábrák közül válasszátok ki azokat, amelyek elemek részecskéit ábrázolják! a) b) c)
d)
e)
f)
4. A higany mérgező anyag, amely a régebbi típusú hőmérőkben található. Úgy teszik ártalmatlanná, hogy kénport szórnak rá, miközben higany-szulfid vegyület keletkezik. A sémába írjátok be a higanyt és a ként (vegyjelekkel) és a higany-szulfidot (HgS). Tüntessétek fel, hogy a kémiai reakció kémiai egyesülés (vegyülés) vagy bomlás, jelöljétek be az elemeket és a vegyületeket. Séma: ....................... +........................... .......................... 5. A anyag narancsszínű por. A anyag hevítésekor megfigyelhetjük, hogy csökken a por mennyisége és változik a színe. A kémcső hidegebb falán a B anyag ezüstösen csillogó cseppjei képződnek. A másik termék a C gáz. Az izzó hurkapálca meggyullad benne. Az A, B, C betűk helyett írjátok be az anyagok helyes nevét: higany, oxigén, higany(II)-oxid. Írjátok le a kémiai reakció sémáját (az anyagok nevével). Tüntessétek fel, milyen kémiai reakcióról van szó, jelöljétek meg az elemeket és a vegyületeket!
C
B A
28
Az anyagok összetétele 2.9.2. Atomok és kémiai elemek (2.2. rész) A kémiai elemek elnevezései és vegyjelei (2.3. rész) 1. Egészítsétek ki: a) Az atom ................ anyag ................, amely magból és ................ áll. b) Az atommagban protonok és ................ vannak, a .................... elektronok találhatók. c) Az elektronburokban lévő elektronok ................................... vannak rendezve. d) Az atom elektromosan ................ anyagrészecske, mert a ................ száma a magban megegyezik az elektronok számával a ................ e) .......................... szám megadja a protonok számát az atommagban (egyúttal az elektronok számát az elektronburokban). f) Az ........................ vegytiszta anyag, amely olyan atomokból áll, amelyeknek azonos a ........................ számuk. 2. Állapítsátok meg az ábra alapján (az elemek periódusos táblázata segítségével) a) a protonok, a neutronok és az elektronok számát az atomban, b) annak az elemnek a rendszámát, amely ilyen atomokból áll. c) az elem nevét. 16 20
3. Melyik ábrákon vannak olyan atomok, amelyek ugyanahhoz az elemhez tartoznak? a) b)
3
2
4
c)
2
d)
3 1
4
4. Miben különböznek a protonok, a neutronok és az elektronok?
Az anyagok összetétele 5. Magyarázzátok meg, hogy az atom miért elektromosan semleges részecske, jóllehet töltött részecskék vannak benne! 6. Válasszátok ki a helyes állítást: a) Az atommagban protonok és elektronok vannak. b) Az atom eredő elektromos töltése lehet pozitív vagy negatív, a magban található protonok és elektronok számától függően. c) Az atommag pozitív töltésű, mert protonokat tartalmaz. 7. Az elem atomjának burkában 80 elektron van. Mit tudtok megállapítani ebből az információból? 8. Az elemek periódusos táblázata alapján egészítsétek ki az elemek nevét és rendszámét: a) Au, b) Pb, c) Cr, d) Se. 9. Az elemek periódusos táblázata alapján állapítsátok meg a következő elemek rendszámát: a) nátrium, b) kálium, c) klór, d) vas. 10. Írjátok le, hány protont és elektront tartalmaznak a következő atomok: a) 5B, b) 20Ca, c) 16S, d) 29Cu. 11. Meg tudjátok állapítani a rendszám alapján az elektronok számát a burokban? Állításotokat indokoljátok meg. 12. Mi a kémiai elem? 13. 14.
Mit fejez ki a Na vegyjel? Írjátok le a következő elemek magyar, szlovák, latin (esetleg angol, német) nevét (keressétek meg a szakirodalomba, ill. az interneten): a) Fe, b) O, c) N, d) C.
Projektet készítünk Tekintsétek át az atomokat alkotó részecskék felfedezésének a történetét, állapítsátok meg, mit tudunk ma az anyag részecskeszerkezetéről. Készítsetek projektet az Anyagrészecskék – múlt és jelen című témára.
29
30
Az anyagok összetétele 2.9.3. Molekulák és vegyületek (2.4. rész) Ionok (2.5. rész) 1. Egészítsétek ki: a) A molekula ......................... anyag, amely két vagy több összekapcsolódott atomból áll. b) A ......................................... vegytiszta anyag, amely két vagy több eleme összekapcsolódott atomjaiból áll. c) Az ion elektromosan töltött anyag…. d) A kation ................ ion) úgy keletkezik, hogy az atom elektront ................ e) Az anion ................ ion) úgy keletkezik, hogy az atom elektront ................ 2. A H2, H2O, HBr, N2, 2He, CO2, 2H2O2, NO, SO2, N2O részecskék közül válaszszátok ki a kétatomos molekulákat. 3. A H2O, Cl2, Na, NO2, O2–, Pb2+, He, Cl–, C, NH3, O3 részecskék közül válasszátok ki: a) az atomokat, b) az anionokat, c) a háromatomos molekulákat. 4. Vegyjelekkel vagy képletekkel írjátok le: a) három szénatom, b) négyatomos foszformolekula, c) négy kétatomos nitrogénmolekula 5. Magyarázzátok meg az elem és a vegyület közötti különbséget! 6. A vegytiszta anyagokat osszátok fel elemekre és vegyületekre: S8, Ne, HCl, I2, H2O, HNO3. 7. A HI, F2, K, N2O5, O3, PbO, H2SO4 vegytiszta anyagok közül válasszátok ki: a) az elemeket, b) a két elemet tartalmazó (biner) vegyületeket, c) a három elemet tartalmazó vegyületeket. 8. Írjátok le annak a vegyületnek a képletét, amely: a) 1 szénatomból és 2 oxigénatomból, b) 2 nitrogénatomból és 5 oxigénatomból, c) 1 nitrogénatomból és 3 hidrogénatomból áll. 9. Magyarázzátok meg az alábbi leírások jelentését: a) 2H2O, b) O3, c) 3H2. 10. Írjátok le sémával: a) a Mg2+ keletkezését a Mg-atomból, b) a Br– keletkezését a Br-atomból, c) a folyamatot, amely során a F-atom elektront vesz fel. 11.
Írjátok le, hány protont és elektront tartalmaz: a) 7N3–, b) 20Ca2+, c) 9F–.
12.
Valamely ásványvíz palackjának címkéjéről írjátok le a benne lévő kationokat és anionokat.
31
Az anyagok összetétele 2.9.4. Kémiai képletek és az oxidációs szám (2.6. rész) Kémiai kötés (2.7. rész) 1. Egészítsétek ki: a) A kémiai kötés két vagy több atom közötti összetartó hatás, amelyet .......................... közvetítenek. b) Az ......................... kötés olyan kémiai kötés, amelyet ellentétes töltésű ionok – kation és anion alakítanak ki, amelyek vonzzák egymást. c) A .......................... kötés olyan kémiai kötés, amelyet közös elektronpár – kötő elektronpár hozott létre. 2. Mutassátok meg az oxidációs szám írásmódját! 3. Magyarázzátok meg a következő leírások jelentését: a) S–II, b) PV, c) HI. 4. Írjátok le: a) az I oxidációs számú káliumatomot, b) azt a kationt, amely a káliumatomból keletkezett 1 elektron leadásával. 5. Írjátok le: a) a –I oxidációs számú klóratomot, b) azt az aniont, amely a klóratomból keletkezett 1 elektron felvételével, c) a klóratom oxidációs számát a kétatomos klórmolekulában. 6. Írjátok le: a) a –II oxidációs számú oxigénatomot, b) azt az aniont, amely az oxigénatomból keletkezett 2 elektron felvételével, c) az oxigénatom oxidációs számát a kétatomos oxigénmolekulában. 7. Le tudjátok írni a levegő kémiai képletét? Állításotokat indokoljátok meg! 8. Mondjátok meg, miért térnek el a szilárd nátrium-klorid tulajdonságai a vizes oldatáétól – pl. az elektromos áram vezetésében. 9. Írjátok le a kémiai kötés kialakulását a hidrogénmolekulában! 10. Az ábrák alapján írjátok le a kémiai kötés kialakulását a fluormolekulában!
9 10
+
9
9
9
10
10
10
1
VIII. A
18
Az elemek periódusos táblázata I. A
17
He
16
2
15
VII. A
14
VI. A
13
2
V. A
Ar
Ne
Kr
IV. A
10
III. A
9
36
F
O
Br
54
8
18
I
86
N
Cl
7
17
C
II. A
1
H
1
4
6
3
S
53
35
At
16
85
71
P
15
Se
Yb
103
116
Uuh
Po
52
34
Te
70
No
Sb
As
Tm
102
Lr
Lu
Rn
Xe
69
Md
84
83
51
101
Bi
33
Si
B 10
5
9
Be
2
Li
8
14
7
VIII. B
Al
6
VII. B
13
5 VI. B
12
4 V. B
Ge
Pb
Sn
32
49
Ga
11
3 IV. B
Cd
Zn
II. B
III. B
Co
Ni
I. B
12
11
Mg
Na
3
27
28
31
Fe
30
24
Cu
23
29
Ti
26
22
Mn
Sc
K
25
21
19
Cr
Ca
4 V
20
48
46
81
68
Uuq
Ho
114
50
Ag
Rh
Pd 45
43
Ru
Mo
44
42
Tc
Nb 41
Hg Cn
67
Er
Dy 66
100
65
Es
Fm 99
98
Cf 97
Bk
In 47
38
Zr
40
Rb
Pt 78
76
Ir
Re
77
75
Os
W
Ta
74
73
Hf
111
Gd Cm 96
64
Ds 110
109
Mt
Hs
63
108
Sm
Bh
62
95
107
Pm
Pu
Sg 106
105
Db
Rf 104
72
Y
37
Ac
La
39
5
56
89
57
Sr
80
Cs Ra
61
94
82
Au
55
88
Ba
6 Fr
Eu
Nd
Np
Tl 79
112
87
60
93
Am
U 92
Tb
Rg
7
59
Pr 58
Ce
Lantanoidák (lantanidák)
91
Pa 90
Th Aktinoidák (aktinidák)
Megismerjük • Az elemek periódusos táblázatát • Dmitrij Ivanovics Mengyelejevet • A fémek, a félfémek és a nemfémek közötti eltérést • A jelentős biogén elemeket • A hidrogént • Az oxigént • Korunk legjelentősebb fémét • Az alkáli fémeket
34
Kémiai elemek 3.1. Az elemek periódusos táblázata
Gondolkodunk és felfedezünk
Johann Wolfgang Döbereiner (1780– 1849) bizonyos elemeket hármasokba – triádokba – rendezte úgy, hogy a hármas középső elemének tulajdonságai aritmetikus átlagát alkották a triád két szélén álló elemekének..
John Alexander Reina Newlands (1837–1898) az elemeket nyolcas csoportokba – oktávokba rendezte. A periódusos törvény így hangzik: Az elemek tulajdonságai rendszámaik periódusos funkciói. Az elemek tulajdonságainak periodicitása összefügg az elemek atomjainak utolsó elektronhéján található elektronok számával. Mengyelejev megjósolta a szilícium és az ón között elhelyezkedő elem tulajdonságait és „eka-szilíciumnak” nevezte el. Ezt az elemet 15 évvel később fedezték fel, és germániumnak nevezték el. Előre jelezte a gallium és a szkandium tulajdonságait is. Az elemek periódusos táblázata.
Már a 19. század elején, amikor egyre több elem vált ismertté, a kémikusok megpróbálták őket elrendezni. 1869-ben egy orosz tudós hasonló tulajdonságaik alapján áttekinthető táblázatban rendezte el az akkor ismert 63 elemet. Állapítsátok meg, ki a képen látható híres orosz tudós. Tudjátok, hogy miért tartozik a kémiai legnagyobb személyiségei közé? A hasonló tulajdonságú elemeket csoportokba rendezte. Azt a tényt, hogy az elemek tulajdonságai szabályszerűen (periodikusan) ismétlődnek, elnevezte periódusos törvénynek és az elemek ilyen elrendezési módját – az elemek periódusos táblázatának. Mengyelejev jelentős hozzájárulása abban van, hogy a táblázatában üres helyeket hagyott az addig még fel nem fedezett elemek számára. Tulajdonságaikat a periódusos táblázatban kijelölt helyük és az ismert szomszédos elemek tulajdonságai alapján kikövetkeztette. Amikor később ezeket az elemeket felfedezték, előrejelzései beigazolódtak. A periódusos táblázatban jelenleg 114 elem van besorolva. Különböző típusú periódusos táblázatok vannak. A leggyakrabban az elemek periódusos táblázatának hosszú formáját használják, amelyben 18 (függőleges) oszlop van. A periódusos táblázat a kémia elemek szabályszerű rendszere, ezért gyakran az elemek periódusos rendszerének is nevezik. Az elemek a periódusos táblázatban növekvő rendszámuk (növekvő protonszámuk) alapján vízszintes sorokba vannak elrendezve, amelyeket periódusoknak neveznek. Egy bizonyos számú elemet követően a sorban (egy adott periódusban) az elemek tulajdonságai ismétlődnek. A hasonló tulajdonságú elemek egymás alá, függőleges oszlopokba kerülnek, ezeket csoportoknak nevezik.
Összefüggéseket keresünk A nátrium és a kálium ezüstfényű fém, mindkettő nagyon reakcióképes. Kationokból (Na+, K+) álló ionvegyületeket alkotnak. A természetben a nátrium és a kálium csak vegyületeik formájában található. A periódusos táblázatban ugyanabban a csoportban (I. csoportban) helyezkednek el. Az egy csoportban található elemeknek hasonló tulajdonságaik vannak. Gondolkodjatok ennek az okáról! Az elemek tulajdonságai összefüggenek atomjaik elektronburkával. Az elemek tulajdonságaira a legkülső (az utolsó) héj elektronjai vannak legnagyobb hatással. A legkülső (az utolsó) héjon lévő elektronok száma befolyásolja az elemek tulajdonságait. Az ugyanabban a csoportban található elemek utolsó elektronhéján azonos számú elektron van, ezért hasonlók a tulajdonságaik.
35
Kémiai elemek
1
18
I. A
VIII. A
1
1
2
3
3
11
4
H
2
13
14
15
16
17
II. A
III. A
IV. A
V. A
VI. A
VII. A
Li
4
Na
12
K
20
Rb
38
Cs
56
Fr
88
19
5
37
6
55
7
87
Be Mg Ca
B
6
Al
14
Ga
32
In
50
Tl
82
5
3
4
5
6
7
III. B
IV. B
V. B
VI. B
VII. B
Sc
22
Y
40
La
72
Ac
104
21
Sr
39
Ba
57
Ra
89
Ti
V
24
Nb
42
23
Zr
41
Hf
73
Rf
105
Cr
25
Mo
43
W
75
Sg
107
Ta
74
Db
106
8
9
10
VIII. B
Mn
26
Fe
27
Tc
44
Re
76
Bh
108
Co
28
Ru
45
Rh
46
Ir
78
Mt
110
Os
77
Hs
109
11
12
I. B
II. B
Ni
29
Cu
30
Pd
47
Ag
48
Pt
79
Au
80
Ds
111
Rg
112
13
Zn
31
Cd
49
Hg
81
Cn
Az elemek hét vízszintes sorban – periódusokban – elrendezve szerepelnek a periódusos táblázatban. Ezeket arab számjegyekkel jelöljük: 1, 2, … 7. Az 1. periódust két elem alkotja (hidrogén és hélium). Atomjaikban az elektronok egy héjat foglalnak el. A 2. periódusban nyolc elem található (lítium, berillium, bór, szén, nitrogén, oxigén, fluor és neon). Atomjaik elektronjai két héjat foglalnak el. A 3. periódust nyolc elem alkotja (nátrium, magnézium, alumínium, szilícium, foszfor, kén, klór és argon). Atomjaik elektronjai három héjat foglalnak el. A periódus száma megadja, hogy az atom elektronburkában hány héjon találhatók elektronok. A periódus száma megegyezik az utolsó héj sorszámával, ahol az atomnak elektronjai vannak. Az elemek a periódusos táblázatban 18 függőleges oszlopba – csoportokba – vannak rendezve. Arab számjegyekkel jelöljük őket: 1, 2, ….. 18. A csoportokat gyakran római számjegyekkel is jelölik: I., II., ….. VIII. Az így jelölt csoportokat tovább osztják főcsoportokra vagy A alcsoportokra (I. A – VIII. A) és mellékcsoportokra vagy B alcsoportokra (I. B – VIII. B). Az 1. csoportot (I. A) a hidrogén, a lítium, a nátrium, a kálium, a rubídium, a cézium és a francium alkotja. Atomjaik utolsó elektronhéján egy elektron található. A 2. csoportot (II. A) a berillium, a magnézium, a kalcium, a stroncium, a bárium és a rádium alkotja. Atomjaik utolsó elektronhéján két elektron helyezkedik el. Az I. A – VIII. A alcsoportok elemeinél a csoport száma az atom utolsó elektronhéján található elektronok számát adja meg.
Az elemek periódusos táblázatában az elemek vízszintes sorokban – periódusokban – és függőleges oszlopokban – csoportokban vannak elrendezve.
C
7
Si
15
8
P
16
Ge
33
Sn
51
Pb
83
Uuq
114
N
O
9
S
17
Se
35
As
34
Sb
52
Bi
84
Te
Po
He
2
F
10
Cl
18
Br
36
I
54
At
86
53
85
Ne Ar Kr
Xe
Rn
Uuh
116
A 110-es, 111-es és a 112-es rendszámú elemek felfedezésében szlovák kutatók is közreműködtek: prof. RNDr. Štefan Šáro, DrSc. és Ing. Rudolf Janík CSc., akik egy 12 fős nemzetközi csapat tagjaiként dolgoztak Németországban, Darmstadtban. Két elem felfedezése fűződik magyarországi tudósok nevéhez: a tellúrt Müller Ferenc, a hafniumot Hevesy György fedezte fel (a ford. megj.) 2011-ben a IUPAC besorolta a 114-es és a 116-os rendszámú elemet a periódusos táblázatba. A 113-as, 115-ös és a 118-as elem létezésével kapcsolatos bizonyítékok egyelőre nem meggyőzőek, ezért a IUPAC még nem sorolta be őket a táblázatba. Az ugyanabban a csoportban elhelyezett elemek hasonlóan viselkednek a kémiai reakciókban. Külalakjuk és néhány egyéb tulajdonságuk azonban eltérő lehet.
kísérlet
36
Eszközök és vegyszerek: 1. dörzspapír (smirgli) 2. kalapács 3. vezetőhuzalok 4. izzó 5. 4,5 V feszültségű telep 6. réz (lapocska) 7. kén (kristály)
Kémiai elemek 3.2. Fémek, félfémek és nemfémek
Összefüggéseket keresünk Gondolkozzatok el azon, miért nem lehet két olyan elem, amelynek minden tulajdonsága megegyezne. Az elemeket megkülönbözteti a rendszámuk. Az atommagban lévő protonok száma megegyezik az elektronburokban található elektronok számával. Az elem tulajdonságait az utolsó (a legkülső) elektronhéjon lévő elektronok határozzák meg, ezért az azonos csoportban elhelyezett elemeknek hasonló tulajdonságaik vannak. Az azonos csoportban található elemek elektronburkában eltérő számú héj van. Azonos számú elektron az elektronburokban, tehát azonos számú proton is, csak ugyanannak az elemnek az atomjaiban van. Mit fogunk vizsgálni: A réz és a kén tulajdonságait. 1. 2. 3. 4.
Végrehajtás: Finom dörzspapírral megtisztítjuk a réz felületét. Figyeljük a fényét – a) ábra. Vizsgáljuk a réz alakíthatóságát – hajlítással – b) ábra. Vizsgáljuk a réz és a kén kovácsolhatóságát és törékenységét – kalapáccsal ütögetve – c), d) ábra. A rezet és a ként fokozatosan bekapcsoljuk az elektromos áramkörbe, amelyhez egy izzót is csatlakoztattunk. Figyeljük, hogy az izzó meggyullad-e – e), f) ábra.
réz
a)
b)
c)
kén
d)
37
Kémiai elemek
e)
f)
Megfigyelés: A rézlapocska fémfényű, hajlítással alakítható, kisebb lapocskává kovácsolható. A rézlapocskát az áramkörbe kapcsolva az izzó kigyulladt. A kénkristálynak is van fénye, a kén por formájában azonban fénytelen, nem alakítható, nem kovácsolható, törékeny – porrá törhető. A kénkristályt az elektromos áramkörbe kapcsolva az izzó nem gyulladt ki. Magyarázat: A réz a fémek közé tartozik. A fémekre jellemző tulajdonságai vannak: fémes fény, kovácsolhatóság, nyújthatóság, jó elektromos vezetőképesség. A kén a nemfémek közé tartozik. A nemfémek csak kristályos állapotban fényesek, nem kovácsolhatók, nem nyújthatók, nem vezetik az elektromos áramot. A fémek és a nemfémek tulajdonságai eltérőek. Pontos határ azonban nem húzható közöttük. Vannak olyan elemek is, amelyek tulajdonságai a fémek és a nemfémek határán vannak. Ezeket félfémeknek nevezik.
fémek 1
18
félfémek
I. A 1
1
2
3
3
11
4
H
2
13
14
15
16
17
II. A
III. A
IV. A
V. A
VI. A
VII. A
Li
4
Na
12
K
20
Rb
38
Cs
56
Fr
88
19
5
37
6
55
7
87
VIII. A
nemfémek
Be Mg Ca
B
6
Al
14
Ga
32
In
50
Tl
82
5
3
4
5
6
7
III. B
IV. B
V. B
VI. B
VII. B
Sc
22
Y
40
La
72
Ac
104
21
Sr
39
Ba
57
Ra
89
Ti
V
24
Nb
42
23
Zr
41
Hf
73
Rf
105
Cr
25
Mo
43
W
75
Sg
107
Ta
74
Db
106
8
9
10
VIII. B
Mn
26
Fe
27
Tc
44
Re
76
Bh
108
Co
28
Ru
45
Rh
46
Ir
78
Mt
110
Os
77
Hs
109
11
12
I. B
II. B
Ni
29
Cu
30
Pd
47
Ag
48
Pt
79
Au
80
Ds
111
Rg
112
13
Zn
31
Cd
49
Hg
81
Cn
C
7
Si
15
8
P
16
Ge
33
Sn
51
Pb
83
Uuq
114
N
O
9
S
17
Se
35
As
34
Sb
52
Bi
84
Te
Po
Uuh
116
He
2
F
10
Cl
18
Br
36
I
54
At
86
53
85
Ne Ar Kr
Xe
Rn
38 A fémek eltérő sűrűségűek: a nehéz fémek (pl. a vas, az arany) sűrűsége nagyobb, mint 5 g/cm3, a többi fém könnyűfém (pl. nátrium, alumínium). A nemesfémek (pl. arany, ezüst, platina) drágakincsek, ékszerek, luxuscikkek, érmek (medáliák) és érmék készítésére szolgálnak. A nemesfémek ötvözeteit fogpótlásra is használják (fogkorona). Bizonyos fémek az ember számára mérgezőek. Ilyen pl. a higany, az ólom, a kadmium stb. A legnyújthatóbb fém az arany – 1 kg aranyból kb. 2 km hosszú vékony drótszál húzható. A legjobb elektromos és hővezető az ezüst. Az arany és a platina nagyon ellenálló. Csak a királyvízzel reagálnak (a tömény sósav és tömény salétromsav 3 : 1 térfogataránya). A Földön előforduló elemi vas többnyire a meteoritokból származik. Ötvözet a durál (alumínium, magnézium és egyéb fémek), a forrasz (ólom és ón). Vashiány esetén az embernél vérszegénység (anémia) lép fel. Ezt a betegséget vasvegyületeket tartalmazó gyógyszerekkel kezelik.
Kémiai elemek Fémek A legtöbb ismert kémiai elem a fémek közé tartozik. A földkéreg leggyakoribb féme az alumínium, a második leggyakoribb fém pedig a vas. A fémeknek jellemző tulajdonságaik vannak: fémes fény (leggyakrabban ezüstös fényűek, a réz vörös, az arany sárga), kovácsolhatóság, nyújthatóság, jó elektromos és hővezető képesség. Normális körülmények között a fémek szilárd anyagok, az egyetlen cseppfolyós fém a higany.
kálium
arany
higany
A kémiai reakcióképesség alapján a fémek feloszthatók: • közönséges fémekre (pl. kálium, alumínium, vas, cink), • nemesfémekre (réz, ezüst, arany, platina). A közönséges fémek igen reakcióképesek, felületükön a külső körülmények hatására gyakran változások játszódnak le – korrodálódnak. A természetben többnyire vegyületekként fordulnak elő. Színtiszta (elemi) állapotban (termésfémként) – más elemekkel nem egyesülve – csak a nemesfémek találhatók meg a természetben. Ezek csak kis mértékben reakcióképesek. A fémek tulajdonságainak a javítására ötvözeteket (szilárd oldatokat) készítenek belőlük. A leggyakrabban a réz ötvözeteit alkalmazzák, pl. a bronzot (réz és ón) és a sárgarezet (réz és cink). Különböző használati tárgyak készülnek belőlük. Számos fémnek kationok formájában nagy jelentősége van az ember egészsége számára – ezek a biogén elemek. Pl. a vas (Fe2+ kationok formájában) megtalálható a vörös vérfestékben, a hemoglobinban, ahol az oxigén szállításában van szerepe. A vas megtalálható pl. a tojássárgájában, a májban, a húsban. A magnézium (Mg2+ kationok formájában) nélkülözhetetlen a szervezet számára (az izmok, az idegek, a keringési rendszer működésénél). Magnéziumot tartalmaz a banán, a dió, a levélzöldség (része a klorofillnak), a gabona, a hüvelyesek. A kalcium (Ca2+ kationok formájában) nélkülözhetetlen a csontok és a fogak egészséges fejlődése és növekedése szempontjából. A kalcium legfontosabb forrása a tej és a tejtermékek, a tojás, megtalálható a szójában, a babban, a levélzöldségben, a burgonyában is.
39
Kémiai elemek Félfémek A félfémek olyan elemek, amelyek a fémek és a nemfémek közötti határon helyezkednek el. Gyakran alkalmazzák őket félvezetőkként. A legfontosabb félfém a szilícium, amelyet az elektrotechnikában alkalmaznak. gyémánt
Nemfémek Ezek alkotják az egész légkört (nitrogén, oxigén), a vízburkot (oxigén, hidrogén) és majdnem a földkéreg tömegének majdnem a felét (főleg az oxigén, a hidrogén, a foszfor). Az emberi test főleg nemfémekből áll (oxigénből, hidrogénből, szénből, nitrogénből, foszforból és kénből). Szinte valamennyi nemfém nem vezeti az elektromos áramot, törékenyek (tehát nem kovácsolhatók), nem nyújthatók (nem készíthetők belőlük huzalok), nem fényesek (a kristályaikat kivéve). Normális körülmények között a nemfémek lehetnek gázhalmazállapotúak (pl. hidrogén, oxigén, fluor, klór), cseppfolyósak (csak a bróm) és szilárdak (pl. szén, kén, foszfor, jód). A nemfémek fontos csoportját alkotják a halogén elemek. Ezek: fluor, klór, bróm és jód. Valamennyi halogén elem mérgező. A klórt és vegyületeit az ivóvíz és a fürdőmedencék vizének fertőtlenítésére használják, elpusztítják a baktériumokat, a kórokozókat a vízben. A jódoldatot (jódtinktúrát) a sebek környékének fertőtlenítésére használják.
Gondolkodunk és felfedezünk A szilárd jód hevítéssel közvetlenül gázzá alakul át. A hideg vizet tartalmazó lombikban a jódgőzök ismét szilárd anyaggá alakulnak át. Így lehet elválasztani a jódot a szilárd anyagok keverékéből. Hogyan nevezik a jódnak ezeket a halmazállapot-változásait? Fizikai vagy kémiai folyamatokról van-e szó? Miért nem dolgozhattok a jóddal a kémiaórákon?
grafit A szén a természetben gyémántként és grafitként is előfordul, de mindenekelőtt kőszén formájában található. A nemfémek zöme nem vezeti az elektromos áramot, ellenben a grafit jó elektromos vezető.
A jódkristályok a lombikban.
A tulajdonságaik alapján az elemeket feloszthatjuk fémekre, félfémekre és nemfémekre. Az elemek periódusos táblázatában a jobb oldalon találhatók a félfémek és a nemfémek, a többi elem a fémek közé tartozik.
kísérlet
40
Eszközök és vegyszerek 1. 2 kémcső 2. Bunsen-állvány kémcsőfogóval 3. spirituszégő (borszeszégő) 4. gyufa 5. cink (szemcsés) 6. kénsav (10 %)
Kémiai elemek 3.3. Hidrogén
Keressük az összefüggéseket Az elmúlt tanévben végeztetek olyan kémiai reakciókat, amelyek során buborékok távozását figyeltétek meg. Ez a hidrogén volt. Milyen anyagok reakciójánál keletkezik hidrogén?
Megjegyzés: A spirituszégő legalább 1 méterre legyen a hidrogénfejlesztő berendezéstől.
Azok a reakciók voltak ezek, amelyekben a kénsav a magnéziummal, a vassal és a cinkkel reagált. Hidrogén volt az egyik terméke a kálium és a víz reakciójának is. Mit fogunk vizsgálni? A hidrogén előállítását és kimutatását. 1. 2. 3. A hidrogén elnevezés a görög hüdór = víz és gennaó = alkotni kifejezésből ered, azaz vizet képes alkotni.
4.
Végrehajtás: A kémcsőfogóban rögzített kémcsőbe térfogatának harmadáig kénsavat öntünk. Hozzáadunk 2–3 szemcse cinket és figyeljük. A kémcső szájához egy másik (száraz) kémcsőt illesztünk aljával felfelé és ebbe fogjuk fel a távozó gázt kb. 20 másodpercig. A kémcső nyílását hüvelykujjunkkal befogjuk, majd a tartalmát a spirituszégő lángjába engedjük.
Megfigyelés: A reakció során gázbuborékok távoztak. A kémcsőben felfogott gázt kiengedve a borszeszégő lángjába ugatáshoz hasonló, „ugató hang” hallatszott. A kémcső bepárásodott.
41
Kémiai elemek Magyarázat: A cink és a kénsav reakciója során színtelen gáz – hidrogén keletkezett. A hidrogén és a levegő oxigénjének heves reakciójakor gyenge robbanás, „ugatás” hallatszott. A kémcső falának bepárásodását a reakció során keletkezett víz okozta. A hidrogén a leggyakoribb elem a világűrben. A Földön csak vegyületei formájában található, pl. a vízben. Fontos biogén elem, más biogén elemekkel együtt alapvető alkotórésze azoknak a vegyületeknek, amelyekből az élő szervezetek felépülnek. A hidrogén sűrűsége a legkisebb az összes gáz közül, ezért alkalmazták pl. a léghajók töltőanyagaként. A hidrogén és a levegő keveréke robbanékony (a robbanást előidézheti pl. hő, elektromos szikra).
Kémiai reakciók leírása kémiai egyenletekkel: Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 2H2 + O2 2H2O
A hidrogént addig használták a léghajók töltőanyagaként, amíg be nem következett az egyik legnagyobb légi katasztrófa. 1937-ben a német Hindenburg léghajó leszállás közben beleütközött a villanyvezeték oszlopába és kigyulladt (baloldali ábra). 1986-ban felrobbant a Challenger űrsikló (űrrepülőgép), miután az üzemanyag – a hidrogén – szivárogni kezdett. A hidrogént a fémek hegesztésénél és darabolásánál, a növényi zsírok növényi olajokból történő gyártásánál, de űrrakéták üzemanyagaként is alkalmazzák (középső ábra).
A hidrogén a természetben a tűzhányók gázaiban található és a vulkáni robbanások során kerül a légkörbe.
• • • • • • •
1 I. A 1
1
2
3
3
11
4
H
2 II. A
Li
4
Na
12
K
20
Rb
38
Cs
56
Fr
88
19
5
37
6
55
7
87
1. (I. A) csoport, 1. periódus 1 elektron a héjon kétatomos molekulák – H2 színtelen gáz legkisebb molekulák, legkisebb sűrűség a levegővel robbanékony elegyet alkot biogén elem
18
Ca
13
14
15
16
17
III. A
IV. A
V. A
VI. A
VII. A
B
6
Al
14
Ga
32
In
50
Tl
82
5
3
4
5
6
7
III. B
IV. B
V. B
VI. B
VII. B
Sc
22
Y
40
La
72
Ac
104
21
Sr
39
Ba
57
Ra
89
Ti
V
24
Nb
42
23
Zr
41
Hf
73
Rf
105
Cr
25
Mo
43
W
75
Sg
107
Ta
74
Db
106
8
9
10
VIII. B
Mn
26
Fe
27
Tc
44
Re
76
Bh
108
Co
28
Ru
45
Rh
46
Ir
78
Mt
110
Os
77
Hs
109
Az emberiség számára nagy veszélyt jelentenek az ún. tömegpusztító fegyverek, amelyek közé a hidrogénbomba is tartozik. A hidrogénbomba felrobbanásakor mintegy 10-szer annyi energia szabadul fel, mint a hagyományos atombomba felrobbanásakor.
VIII. A
Be Mg
A Nap, a csillagok és bizonyos bolygók gázokból állnak, amelyek zömét a hidrogén alkotja. A Nap egy hatalmas, hidrogénből és héliumból álló izzó gömb. A hidrogén tulajdonképpen a Nap és a csillagok „fűtőanyaga”. A hidrogénatomokból hélium keletkezik, miközben energia szabadul fel, amely a Nap és a csillagok sugárzásának az előidézője.
11
12
I. B
II. B
Ni
29
Cu
30
Pd
47
Ag
48
Pt
79
Au
80
Ds
111
Rg
112
13
Zn
31
Cd
49
Hg
81
Cn
C
7
Si
15
8
P
16
Ge
33
Sn
51
Pb
83
Uuq
114
N
O
9
S
17
Se
35
As
34
Sb
52
Bi
84
Te
Po
Uuh
116
He
2
F
10
Cl
18
Br
36
I
54
At
86
53
85
Ne Ar Kr
Xe
Rn
kísérlet
42
Eszközök és vegyszerek: 1. Erlenmeyer-lombik 2. mérőhenger 3. laboratóriumi kanál (spatula) 4. Bunsen-égő 5. gyufa 6. hurkapálca 7. hidrogén-peroxid (6%) 8. barnakő (mangán-dioxid)
Kémiai elemek 3.4. Oxigén
Keressük az összefüggéseket Az ábrákon kísérleteket látni, amelyeknél oxigén keletkezett. Emlékeztek még ezekre a múlt tanévből? Milyen anyagok reagáltak egymással? Az oxigén a hipermangán hőbomlásával keletkezik, de felszabadulhat a hidrogén-peroxid (katalizátor közreműködésével történő) bomlásakor is. Mit fogunk vizsgálni? Az oxigén előállítását és kimutatását. 1. 2.
Az oxigén a görög oxisz = savas, gennaó = alkotni kifejezésekből ered: savalkotó.
3. 4. 5.
Végrehajtás: Lombikba 20 ml hidrogén-peroxid oldatot öntünk. A Bunsen-égő lángja felett meggyújtunk egy hurkapálcát, majd a lángot úgy fújjuk el, hogy a hurkapálca vége izzó maradjon. A lombikban lévő hidrogén-peroxidhoz egyharmad kanálnyi barnakőt (mangán-dioxidot) szórunk. A lombikba toljuk az izzó hurkapálcát és figyeljük. A hurkapálcát kihúzzuk, a lángot elfújjuk és ismét visszatoljuk a lombikba – a kísérletnek ezt a részét többször megismételjük.
Megfigyelés: A lombikban heves gázképződés játszódott le és fehér köd keletkezett. Az izzó hurkapálca a lombikba történt ismételt betolásakor mindig meggyulladt. Amikor a gázbuborékok képződése leállt, a hurkapálca már nem gyulladt meg többet. Kémiai reakciók leírása kémiai egyenletekkel: 2H2O2 O2 + 2H2O C + O2 CO2
Magyarázat: A lombikban kémiai reakció játszódott le – a hidrogén-peroxid oxigénre és vízre bomlott. A hidrogén-peroxid magától is felbomlik vízre és oxigénre, de igen lassan. A barnakő hozzáadása meggyorsította a folyamatot – a barnakő katalizátorként hatott. A hidrogén-peroxid bomlásakor keletkezett oxigén lángra gyújtotta az izzó hurkapálcát. A keletkező oxigén hevesen reagált a fával (a fában található szénnel).
43
Kémiai elemek A hurkapálca mindaddig meggyulladt, amíg oxigén keletkezett. Amikor a hidrogén-peroxid bomlása befejeződött, oxigén már nem keletkezett és a hurkapálca már nem gyulladt meg. Az anyagok heves reakcióját az oxigénnel, amely során hő szabadul fel és fény kíséri, égésnek nevezik. Az oxigén a légkörben található (21 %) – kétatomos molekulák formájában (O2). Az ozonoszférában háromatomos molekulákként (O3) mint ózon van jelen. A földkéreg leggyakoribb eleme (a vegyület ekben), a vízburokban (hidroszférában) a vízben található. Jelentős biogén elem, az élőlények számára nélkülözhetetlen (a vízben oldott oxigén teszi lehetővé a vízi szervezetek életét).
Az ózon (O3) jellegzetes szagú gáz és innen ered a neve is (a görög ozein = bűzleni szóból).
Oxigént használnak a légzőkészülékekben (pl. a gyógyászatban, a repülésnél), a hidrogénnel együtt a fémek hegesztésénél és felszeletelésénél, üzemanyagként az űrrakétákban. Kék színnel jelölt nyomáspalackokban tárolják és szállítják. • • • • • • •
1 I. A 1
1
2
3
3
11
4
H
2 II. A
Li
4
Na
12
K
20
Rb
38
Cs
56
Fr
88
19
5
37
6
55
7
87
Be Mg Ca
16. (VI. A csoport), 2. periódus 6 elektron az utolsó elektronhéjon elektronok két héjon kétatomos molekulák – O2 színtelen gáz nagyon reakcióképes biogén elem
18 VIII. A 13
14
15
16
17
III. A
IV. A
V. A
VI. A
VII. A
B
6
Al
14
Ga
32
In
50
Tl
82
5
3
4
5
6
7
III. B
IV. B
V. B
VI. B
VII. B
Sc
22
Y
40
La
72
Ac
104
21
Sr
39
Ba
57
Ra
89
Ti
V
24
Nb
42
23
Zr
41
Hf
73
Rf
105
Cr
25
Mo
43
W
75
Sg
107
Ta
74
Db
106
8
9
10
VIII. B
Mn
26
Fe
27
Tc
44
Re
76
Bh
108
Co
28
Ru
45
Rh
46
Ir
78
Mt
110
Os
77
Hs
109
11
12
I. B
II. B
Ni
29
Cu
30
Pd
47
Ag
48
Pt
79
Au
80
Ds
111
Rg
112
13
Zn
31
Cd
49
Hg
81
Cn
C
7
Si
15
8
P
16
Ge
33
Sn
51
Pb
83
Uuq
114
N
O
9
S
17
Se
35
As
34
Sb
52
Bi
84
Te
Po
Uuh
116
He
2
F
10
Cl
18
Br
36
I
54
At
86
53
85
Ne Ar Kr
Xe
Rn
kísérlet
44
Eszközök és vegyszerek: 1. kémcső 2. kémcsőállvány 3. mágnes 4. vas (szög) 5. réz(II)-klorid oldata (10 %)
Kémiai elemek 3.5. Fémek 3.5.1. Vas – a legjelentősebb fém
Keressük az összefüggéseket Néhány reakciót, amelyben az egyik kiindulási anyag a vas volt, már ismertek a kémiaórákról. Emlékeztek rá, hogy milyen anyagokkal lépett reakcióba a vas az ábrákon látható kísérletekben? A vas a kénnel és a rézgálic oldatával reagált. Mit fogunk vizsgálni? A vas mágneses tulajdonságait és a vas reakcióját a réz(II)-klorid oldatával. Végrehajtás: 1. Vasszöghöz mágnessel közelítünk. Figyeljük. 2. A kémcső egyharmadáig réz(II)-klorid oldatot öntünk és belehelyezzük a zsírtalanított vasszöget. Figyeljük.
Megfigyelés: A mágnes vonzotta a vasszöget. A vasszögön vörösesbarna bevonat képződött és a kék oldat kivilágosodott. A kémiai reakció leírása kémiai egyenlettel: Fe + CuCl2 Cu + FeCl2
Magyarázat: A mágnes vonzza a vastárgyakat, a vasnak mágneses tulajdonságai vannak. A bevonat, amely a szög felületén keletkezett, a réz, amely kivált a réz(II)-klorid oldatából.
45
Kémiai elemek A vas az alumínium után a földkéreg második leggyakoribb féme. Közönséges fém, vegyületek formájában fordul elő, ezekből nyerik. Szlovákiában Kassán/Košice gyártanak vasat.
A földkéreg leggyakoribb eleme az oxigén, ezt követi a szilícium, az alumínium és a vas. A vas a nikkellel együtt valószínűleg a Föld magjának alapját képezi.
Az így gyártott vasat nyersvasnak vagy öntöttvasnak nevezik. Szenet, szilíciumot és további adalékanyagokat tartalmaz. Az öntöttvas szilárd, a levegőn állandó, de törékeny. Öntvények, kazánok, radiátorok készülnek belőle. A szenet és a további elemeket az öntöttvasból speciális berendezésekben (konverterekben) távolítják el: kiégetik a levegő oxigénjével (frissítik a vasat). Így keletkezik a legtöbbet alkalmazott szerkezeti anyag – az acél. Az acél tulajdonságainak javítására további elemeket (pl. krómot) adnak hozzá, ezáltal különböző acélfajtákat kapnak. Oxigén, víz és sók jelenlétében a vas korrodálódik (rozsdásodik). A levegő oxigénje és a nedvesség egyre mélyebbre hatol a vastárgyba, mígnem teljesen „megeszi” a rozsda. A vas korróziója nagy károkat okoz az országok gazdaságának. A korrózió ellen a fém felületét festékkel, lakkal vagy más fémréteg felvitelével lehet megvédeni. A vas biogén elem, a hemoglobinban található (szállítja az oxigént). • • • • •
1 I. A 1
1
2
3
3
11
4
H
2 II. A
Li
4
Na
12
K
20
Rb
38
Cs
56
Fr
88
19
5
37
6
55
7
87
ezüstfényű, közönséges (nem nemes) fém mágneses tulajdonságok csak száraz levegőn állandó – egyébként rozsdásodik ötvözete acél biogén elem
Be Mg Ca
3
4
5
6
7
IV. B
V. B
VI. B
VII. B
Sc
22
Y
40
La
72
Ac
104
21
Sr
39
Ba
57
Ra
89
Ti
V
24
Nb
42
23
Zr
41
Hf
73
Rf
105
Cr
25
Mo
43
W
75
Sg
107
Ta
74
Db
106
8
9
10
VIII. B
Mn
26
Fe
27
Tc
44
Re
76
Bh
108
Co
28
Ru
45
Rh
46
Ir
78
Mt
110
Os
77
Hs
109
11
12
I. B
II. B
Ni
29
Cu
30
Pd
47
Ag
48
Pt
79
Au
80
Ds
111
Rg
112
Az iparilag fejlett államokban a fémnek akár 40 %-át is az osztályozott hulladékból nyerik.
VIII. A
13
14
15
16
17
III. A
IV. A
V. A
VI. A
VII. A
B
6
Al
14
Ga
32
In
50
Tl
82
13
Zn
31
Cd
49
Hg
81
Cn
Króm, esetleg nikkel hozzáadásával az acélból korrózióálló („antikor”) ötvözet állítható elő.
18
5
III. B
A vasat nagyolvasztóban készítik. A nagyolvasztó (vaskohó) kb. 50 m magas „edény”. Az olvasztót felülről vasérc, koksz és mészkő (salakképző adalék) keverékével töltik meg. A kohó alsóbb részébe forró levegőt vagy oxigént fúvatnak be (az égést segítendő). A kohó belsejében 400 °C – 2 000 °C között van a hőmérséklet. A kohó alsó részéből eltávolítják a megolvadt vasat és felette kiengedik a salakot. A salak a mészkőből keletkezik, kisebb a sűrűsége, mint a vasé, ezért úszik a felszínén. Védi a lefolyó vasat az oxigén oxidáló hatásától.
C
7
Si
15
8
P
16
Ge
33
Sn
51
Pb
83
Uuq
114
N
O
9
S
17
Se
35
As
34
Sb
52
Bi
84
Te
Po
Uuh
116
He
2
F
10
Cl
18
Br
36
I
54
At
86
53
85
Ne Ar Kr
Xe
Rn
kísérlet
46
Eszközök és vegyszerek: 1. védőlap plexiüvegből 2. üvegedény 3. kés 4. pinzetta 5. nátrium 6. víz 7. fenolftalein oldat
Kémiai elemek 3.5.2. Nátrium és kálium – alkáli fémek
Keressük az összefüggéseket Emlékeztek még a kálium és a víz heves reakciójára? Mit gondoltok, a nátrium is hasonlóan fog reagálni a vízzel? Mi alapján dönthetjük el, hogy a nátriumnak és a káliumnak hasonló vagy eltérő tulajdonságai vannak? A nátrium és a kálium a periódusos táblázatban ugyanabban a csoportban (az 1. csoportban) helyezkedik el. Az egy csoportban található elemeknek hasonló tulajdonságaik vannak (azonos számú elektronjuk van az utolsó héjon). Mit vizsgálunk? A nátrium tulajdonságait, valamint a nátrium és a víz kémiai reakcióját. Végrehajtás: 1. Egy üvegedényt kb. félig vízzel töltünk meg és egy plexiüvegből készült védőlapot helyezünk elé. A vízbe 2 – 3 csepp fenolftalein indikátort cseppentünk. 2. Pinzettával kivesszük a nátriumot, egy kis darabot lemetszünk róla (kb. lencsenagyságút). Megfigyeljük a nátrium tulajdonságait (színét, fényét, keménységét). 3. A pinzettával óvatosan az edényben lévő vízbe egy kis darab nátriumot dobunk és megfigyeljük.
Megfigyelés: A nátrium lágy fém, amely késsel szeletelhető. A friss vágási felületen ezüstös fényű. A vízbe dobva a nátriumdarabka gyorsan mozogni kezdett a víz színén és egyre kisebb lett. Az oldat ibolyaszínűvé vált.
A kémiai reakció leírása kémiai egyenlettel: 2Na + 2H2O 2NaOH + H2
Magyarázat: A nátrium és a víz reakciója során hidrogéngáz keletkezett. Felszabadulása okozta a nátrium heves mozgását a víz színén. A kísérlet kezdetén fenolftalein-oldatot öntöttünk a vízbe. Ez egy olyan anyag, amely a közeg tulajdonságainak változásától függően változtatja a színét. Többet is megtudtok majd ezekről az anyagokról a 4. fejezetben. A fenolftaleint tartalmazó oldat ibolyaszínét a reakció másik terméke okozta (a nátrium-hidroxid).
47
Kémiai elemek A nátrium és a kálium nagyon reakcióképes elem. A közönséges fémek (a nem nemesfémek) közé tartoznak. Ennek oka, hogy nagyon könnyen leadják azt az egy elektront, amely az utolsó elektronhéjukon található. Vegyületeikben az oxidációs számuk I. Jelentősek a halogénvegyületeik, amelyeket halogenideknek neveznek, pl. a nátrium-kloridot az ételek sózására és az élelmiszerek konzerválására használják. A nátrium és a kálium (Na+ és K+ kationok formájában) a szappanokban és az üvegben is megtalálható. A nátrium és a kálium biogén elem, a Na+ és K+ kationok a szervezetben életfontosságú folyamatokban vesznek részt. Az embernek naponta 3 – 5 g sóra van szüksége. A táplálékban lévő sófölösleg magas vérnyomást és további betegségeket okoz. Ugyanakkor a kálium nem kielégítő mennyiségben található a táplálékunkban, mivel kevés növényi eredetű élelmiszert fogyasztunk. A kálium hiánya pl. az izomműködés zavaraiban jelentkezik. A kálium a növények fejlődése szempontjából is fontos biogén elem, elsősorban a zöld levelek képződésében játszik szerepet, ezért ajánlatos káliumtrágyák formájában a talajba juttatni.
A kálium a termékenység eleme. Latin neve az „alkali” szóból ered (az arab „qualjan” – fahamu nyomán), mivel a növények hamujából nyerték, amelyben kálium-karbonát formájában található. A kálium egyike a tíz leggyakoribb elemnek a természetben.
Izraelben a Holt-tengerből igyekeznek káliumsókat kinyerni.
A Na+ és a K+ kation jellegzetesre festi a spirituszégő lángját. A láng sárga színe a nátriumvegyületek jelenlétére utal. A káliumvegyületek ibolyaszínűre festik a lángot. A lítium vegyületei pirosasra festik a gázégő lángját.
• • • • • • •
1 I. A 1
1
2
3
3
11
4
H
2 II. A
Li
4
Na
12
K
20
Rb
38
Cs
56
Fr
88
19
5
37
6
55
7
87
Be Mg Ca
1. (I. A.) csoport 1 elektron az utolsó elektronhéjon ezüstös fényűek puhák, késsel vághatók kis sűrűség nagyon reakcióképesek biogén elemek
18 VIII. A 13
14
15
16
17
III. A
IV. A
V. A
VI. A
VII. A
B
6
Al
14
Ga
32
In
50
Tl
82
5
3
4
5
6
7
III. B
IV. B
V. B
VI. B
VII. B
Sc
22
Y
40
La
72
Ac
104
21
Sr
39
Ba
57
Ra
89
Ti
V
24
Nb
42
23
Zr
41
Hf
73
Rf
105
Cr
25
Mo
43
W
75
Sg
107
Ta
74
Db
106
8
9
10
VIII. B
Mn
26
Fe
27
Tc
44
Re
76
Bh
108
Co
28
Ru
45
Rh
46
Ir
78
Mt
110
Os
77
Hs
109
11
12
I. B
II. B
Ni
29
Cu
30
Pd
47
Ag
48
Pt
79
Au
80
Ds
111
Rg
112
13
Zn
31
Cd
49
Hg
81
Cn
C
7
Si
15
8
P
16
Ge
33
Sn
51
Pb
83
Uuq
114
N
O
9
S
17
Se
35
As
34
Sb
52
Bi
84
Te
Po
Uuh
116
He
2
F
10
Cl
18
Br
36
I
54
At
86
53
85
Ne Ar Kr
Xe
Rn
48
Kémiai elemek 3.6. A tananyag összefoglalása Az elemek periódusos táblázatában az elemeket vízszintes sorokba – periódusokba – és függőleges oszlopokba – csoportokba vannak rendezve. A csoportokban a hasonló tulajdonságú elemek helyezkednek el. Tulajdonságaik alapján az elemek fémekre, félfémekre és nemfémekre oszthatók. A periódusos táblázat jobb oldalán találhatók a félfémek és a nemfémek, a többi elem a fémek közé tartozik.
• • • • • • •
1. (I. A) csoport, 1. periódus 1 elektron a héjon kétatomos molekulák – H2 színtelen gáz legkisebb molekulák, legkisebb sűrűség levegővel alkotott elegye robbanékony biogén elem
• • • • • • •
1. (I. A) csoport 1 elektron az utolsó héjon ezüstös fényű puhák, késsel vághatók kis sűrűség nagy reakcióképesség biogén elemek • • • • •
16. (VI. A) csoport, 2. periódus 6 elektron az utolsó (vegyérték) héjon elektronok két héjon kétatomos molekulák – O2 színtelen gáz nagy reakcióképesség biogén elem
ezüstös fényű, (nem nemes) közönséges fém mágneses tulajdonságok csak a száraz levegőn állandó – egyébként rozsdásodik ötvözete acél biogén elem
1
18
I. A
VIII. A
H
1
1
2
3
3
11
4
• • • • • • •
2
13
14
15
16
17
II. A
III. A
IV. A
V. A
VI. A
VII. A
Li
4
Na
12
K
20
Rb
38
Cs
56
Fr
88
19
5
37
6
55
7
87
Be Mg Ca
B
6
Al
14
Ga
32
In
50
Tl
82
5
3
4
5
6
7
III. B
IV. B
V. B
VI. B
VII. B
Sc
22
Y
40
La
72
Ac
104
21
Sr
39
Ba
57
Ra
89
Ti
V
24
Nb
42
23
Zr
41
Hf
73
Rf
105
Cr
25
Mo
43
W
75
Sg
107
Ta
74
Db
106
8
9
10
VIII. B
Mn
26
Fe
27
Tc
44
Re
76
Bh
108
Co
28
Ru
45
Rh
46
Ir
78
Mt
110
Os
77
Hs
109
11
12
I. B
II. B
Ni
29
Cu
30
Pd
47
Ag
48
Pt
79
Au
80
Ds
111
Rg
112
13
Zn
31
Cd
49
Hg
81
Cn
C
7
Si
15
8
P
16
Ge
33
Sn
51
Pb
83
Uuq
114
N
O
9
S
17
Se
35
As
34
Sb
52
Bi
84
Te
Po
Uuh
116
2
He
F
10
Cl
18
Br
36
I
54
At
86
53
85
Ne Ar Kr
Xe
Rn
Kémiai elemek 3.7. Kérdések és feladatok 3.7.1. Az elemek periódusos táblázata (3.1. rész). Fémek, félfémek és nemfémek (3.2. rész) 1. Egészítsétek ki: a) Az elemek periódusos táblázatában az elemek vízszintes sorokban – ................... és függőleges oszlopokban – ................... vannak elrendezve. b) Az ................... a hasonló tulajdonságú elemek helyezkednek el. 2. Az atomok utolsó (a legkülső, vegyérték) elektronhéján található elektronok száma meghatározza az elem tulajdonságait. Hogyan függ össze az elektronok száma az atom utolsó elektronhéján és az elem elhelyezkedése az elemek periódusos táblázatában? 3. Egészítsétek ki: a) Az elemeket tulajdonságaik alapján feloszthatjuk fémekre, félfémekre és ............. b) Az elemek periódusos táblázatának jobboldali részében találhatók a félfémek és a nemfémek, a többi elem a ................... közé tartozik. 4. Válasszátok ki a helytelen válaszokat a fémekről és igazítsátok ki őket. a) A fémek normális körülmények között szilárd anyagok, az egyetlen cseppfolyós fém a vas. b) Elemi (színtiszta) állapotban csak a nemesfémek fordulnak elő a természetben. c) A nemesfémek nagyon reakcióképesek. d) A réz leggyakrabban alkalmazott ötvözete pl. a bronz és a sárgaréz. 5. Válasszátok ki a helyes válaszokat a nemfémekről. a) Szinte valamennyi nemfém vezeti az elektromos áramot, törékenyek (tehát nem kovácsolhatók), nem nyújthatók (nem húzható belőlük drót), nem fényesek. b) Normális körülmények között a nemfémek lehetnek gázhalmazállapotúak (pl. hidrogén, oxigén), cseppfolyósak (csak a bróm) és szilárd halmazállapotúak (pl. szén, kén). c) A jód oldatát (jódtinktúra) az ivóvíz fertőtlenítésére használják. d) Az emberi test főleg nemfémekből (oxigén, hidrogén, szén, nitrogén, foszfor és kén) áll.
Gondolkodunk és felfedezünk „Többször kérdezték tőlem – emlékezik Mengyelejev –, miből, milyen gondolatból indultam ki, amikor felismertem a periódusos törvényt… Egy-egy lapocskára felírtam az elemeket atomtömegükkel és legfontosabb tulajdonságaikkal együtt, megkerestem a hasonló elemeket és a közeli atomtömegeket, ami igen gyorsan ahhoz a következtetéshez vezetett engem, hogy az elemek tulajdonságai periodikus összefüggésben állnak atomtömegeikkel.” (részlet az irodalomból: [8, 10]) a) Magyarázzátok meg, hogyan írja le az idézett részletben Mengyelejev a periódusos törvény felfedezését. b) Keressetek további érdekességeket ennek a világhírű kémikusnak az életéből.
Projektet készítünk Mindnyájan tudjuk, milyen fontos az egészséges táplálkozás. Készítsetek tervezetet a következő témára: A biogén elemek (Na, K, Ca, Fe) jelentősége az ember számára.
49
50
Kémiai elemek 3.7.2. Hidrogén (3.3. rész). Oxigén (3.4. rész) 1. Magyarázzátok meg a hidrogénmolekula keletkezését a hidrogénatomokból! 2. Soroljátok fel a hidrogén alkalmazási területét! 3. Válasszátok ki a hidrogénnel kapcsolatos helyes állításokat! a) Színtelen, szagtalan gáz, valamennyi gáz között a legkisebb a sűrűsége. b) A hidrogénatom magjában egy proton és egy elektron van. c) A hidrogén és a levegő oxigénjének az elegye robbanékony. d) A világegyetem csillagai és galaxisai főleg hidrogénből állnak. 4. A hidrogén melyik tulajdonsága teszi lehetővé, hogy léggömböket és léghajókat töltsenek vele? Manapság miért nem használják már erre a célra a hidrogént? 5.
Milyen anyag keletkezett a hidrogénnel töltött léghajó felrobbanásakor?
6. Magyarázzátok meg, miért tartozik a hidrogén és az oxigén a biogén elemek közé. 7. Hol helyezkedik el a hidrogén és az oxigén az elemek periódusos táblázatában és milyen tulajdonságaik vannak? 8. Mondjatok néhány példát az oxigén alkalmazására! 9. Válasszátok ki az oxigénnel kapcsolatos helyes állításokat! a) Színtelen, szagtalan gáz, nagyon reakcióképes. b) A légkörben szabad oxigén található (21 %). c) Az izzó hurkapálca az oxigénben kialszik. d) Az oxigénatomból 2 elektron felvételével oxigén anion képződik. 10.
A víz 2 000 °C-on elemeire bomlik. Magyarázzátok meg, hogy miért nem lehet vízzel oltani pl. izzó acélszerkezeteket.
Gondolkodunk és felfedezünk Napjainkban sok tudományos intézet foglalkozik azzal a kérdéssel, hogyan lehetne olcsóbban előállítani a hidrogént gépkocsik meghajtása céljából. A hidrogént, mint fűtőanyagot szinte egyáltalán nem hasznosítják, annak ellenére, hogy a jövő fűtőanyagának nevezik. Állapítsátok meg, miért.
Projektet készítünk Az ózon az ember számára egyszerre hasznos és káros. Az ózonréteg a veszélyes ultraibolya (UV) sugárzás kiszűrésére szolgál. Állapítsátok meg, milyen egységekben határozzák meg az ózonréteg állapotát egy adott térség fölött! Milyen emberi tevékenységek okozzák az ózonréteg ún. elvékonyodását vagy „kilyukadását”? A talajközeli (felszín közeli) ózon ugyanakkor káros hatású az emberi szervezetre. Az Európai Unió minden országában előfordul pl. az ún. nyári szmog, amikor megnő a talajközeli ózon mennyisége. Milyen emberi tevékenységek során emelkedik a talajközeli ózon szintje? Készítsetek projektet a következő témára: Az ózon az ember számára hasznos is, de egyben káros is.
Kémiai elemek 3.7.3. Vas – a legjelentősebb fém (3.5.1. rész). Nátrium és kálium – alkáli fémek (3.5.2. rész) 1. Tüntessétek fel a vas, a nátrium és kálium helyét az elemek periódusos táblázatában! 2. A vas nemcsak a vaskorban volt fontos elem, hanem napjainkban is az. Mondjátok meg: a) Szlovákia mely városában gyártanak vasat? b) Miért nem alkalmazzák a gyakorlatban a közvetlenül gyártott vasat? c) Melyik a leggyakrabban alkalmazott szerkezeti anyag? 3. Milyen módszerekkel védik a fémtárgyakat a korróziótól? 4. a) b) c) d)
Válasszátok ki a vassal kapcsolatos helytelen válaszokat és javítsátok ki! A vas a nemesfémek közé tartozik. A vörös vérfestékben – a klorofillban található. Acéllá dolgozzák fel, amelynek jobbak a tulajdonságai, mint a nyersvasé. Mágneses tulajdonságai vannak.
5. Mi alapján tudjuk megállapítani, hogy a nátriumnak és a káliumnak hasonló vagy eltérő tulajdonságai vannak? 6. Válasszátok ki a helyes állításokat! a) A nátrium- és a káliumatom utolsó elektronhéján 1 elektron található. b) A nátrium és a kálium a legkeményebb fémek közé tartozik. 7.
Írjátok le a nátrium és a kálium reakcióját a vízzel. Hasonlítsátok össze a reakciók sebességét!
A szöveggel dolgozunk Figyelmesen olvassátok el a szöveget és a szakirodalom vagy az internet felhasználásával válaszoljatok a kérdésekre. Csoportokban dolgozzatok. A vas fontos ásványi anyag, amelyre szervezetünknek az egészség megtartása érdekében szüksége van. Testünkben a vas funkciója nélkülözhetetlen, ezért szükséges, hogy naponta kellő mennyiségben jussunk hozzá. A hiányát sajnos sokan már csak akkor tudatosítják, amikor az orvos megállapítja a diagnózist – vashiány okozta vérszegénység (anémia). Sok fiatal (elsősorban lány), aki a fast food típusú táplálkozást (gyorsétkezést) részesíti előnyben, ill. helytelen módon „ledobja a fölösleges kilókat” – gyorsan eljut ehhez a diagnózishoz. Még rosszabb, ha a vashiánnyal a leendő kismama küzd, mert nagy valószínűséggel vérszegény (anémiás) gyermeket hoz a világra. Az anémia kialakulásának egy további kockázati csoportja az idősebb nők és a sportolók (főleg női sportolók) köre. a) Magyarázzátok meg a vastagabb betűtípussal („félkövérrel”) szedett kifejezések jelentését. b) Melyek a vashiány tünetei a szervezetben? c) Mi a vas fő feladata az emberi testben?
51
Munka az iskola kémiai laboratóriumában
Megtanuljuk • A víz további tulajdonságait • Mik az oxidok • Mik a savak • Mire szolgálnak az indikátorok • Mi a pH-érték • Mik a hidroxidok • Mik a savas, a semleges és a lúgos oldatok • Mik a sók
kísérlet
54
Eszközök és vegyszerek 1. 3 drb. óraüveg 2. vasháromláb 3. azbesztes drótháló 4. Bunsen-égő 5. gyufa 6. vízminták (ásványvíz, ivóvíz, desztillált víz) A vízburok (hidroszféra) legalább 97 %-át sós víz alkotja a tengerekben és az óceánokban (átlagosan 3,5 % oldott anyagot tartalmaznak). Az édesvíz nagy része a Földön gleccserek és hó formájában található. A víz keménységét a gyakorlatban keménységi fokokban adják meg (lágy, közepesen kemény, kemény, nagyon kemény víz). A víz eltérő keménysége okozza, hogy a szappanoldat nem mindig azonosan habzik. A víz keménységének ismerete fontos pl. a mosószerek adagolásakor.
Vegyületek 4.1. Víz A víz a természetben mind a három (szilárd, cseppfolyós gáznemű) halmazállapotában megtalálható. Az óceánokból, a tengerekből, a folyókból és a tavakból a víz elpárolog. A levegőben felhők keletkeznek és a csapadékkal a víz visszajut a Föld felszínére. A víznek ehhez a körforgalmához a természetben a Nap adja az energiát. A víz körforgalma során a Föld felszínén vízoldékony anyagok oldatai keletkeznek. A kevés oldott anyagot tartalmazó vizet lágy víznek nevezik. Lágy víz az esővíz és a folyók , valamint a patakok vize. Ahogy a víz áthalad a földkéreg egyes rétegein, feloldódnak benne az ásványi anyagok és kemény víz keletkezik. Az ásványvíz nagy mennyiségű oldott anyagot és gázt is, főleg szén-dioxidot tartalmaz.
Keressük az összefüggéseket Hogyan nevezik azt a vízfajtát, amelyet az ábrán látható készülékben állítanak elő? Ez a víz kemény vagy lágy? Miért ihatatlan? Hol használják? Az ábrán egy desztilláló készülék van, ebben állítják elő a desztillált vizet. A desztillált víz lágy, mert nem tartalmaz oldott anyagokat. Azért nem iható, mert a szervezetnek ásványi anyagokra van szüksége. Oldatok előállítására használják a gyógyszeriparban, a gyógyászatban, a kémiai laboratóriumokban és töltőfolyadékként az akkumulátorokban, a hűtőberendezésekben, a gőzvasalókban stb. Mit vizsgálunk? Az ásványvizet, az ivóvizet és a desztillált vizet. Végrehajtás: Óraüvegeken bepárolunk 5-5 ml ásványvizet, ivóvizet és desztillált vizet. Figyeljük.
Megfigyelés: Az ásványvíz bepárlása után szilárd anyag maradt vissza, az ivóvíz esetében a szilárd maradék jóval kevesebb lett, míg a desztillált víz szilárd maradék nélkül párolgott el.
Vegyületek Magyarázat: Az ásványvíz sok oldott anyagot tartalmaz – kemény víz. Az ivóvíz kevesebb oldott anyagot tartalmaz. Az ásványvíz és az ivóvíz keverék (oldat). A desztillált víz nem tartalmaz oldott anyagokat. A desztillált víz vegytiszta anyag. Csak egyetlen részecskefajtából – H2O molekulákból áll. A desztillált víz vegyület. A biológiából tudjátok, hogy a víz az élet alapvető feltétele. Benne keletkezett az élet néhány milliárd évvel ezelőtt. Az emberi testnek mintegy 60 %-át alkotja. A testnedvek (pl. a vér) alkotórésze. A víz oldószer, amelyben a szervezet kémiai folyamatai lejátszódnak. A felnőtt embernek naponta a táplálékkal 2,5 – 3 l vizet kell bejuttatnia a szervezetébe.
55 Az emlősöknél az anyagcsere folyamat közben víz keletkezik (zsírégetés) – a felnőtt ember testében ez kb. 30 g víz naponta. A megfelelő zsírtartalék nagyon fontos a sivatag és a sztyepp lakóinál. Például a teve púpja 110–120 kg zsírt tartalmaz és körülbelül 45 napot bír ki víz nélkül.
A fizikából tudjátok, hogy ha a víz megfagy, megnő a térfogata. A jégnek kisebb a sűrűsége, mint a folyékony víznek, ezért úszik a víz színén. Olyan, mint a hőszigetelő réteg, védi a vízi állatokat a megfagyástól. A víz sűrűsége 4 °C-on a legnagyobb. A legnagyobb sűrűségű víz lesüllyed a halastavak és a víztárolók aljára.
Vizsgálunk és felfedezünk Ha a pohárban lévő víz színére pinzettával egy tűt helyezünk, a tű, noha nagyobb a sűrűsége mint a vízé, úszik a víz színén. A pohárnak a fala mentén, amelyben a víz színén úszik a tű, egy csepp szaponátoldatot (mosogatószert) cseppentünk. Amint a szaponátcsepp eléri a víz színét, a tű azonnal elsüllyed. Egy újabb tűt már nem sikerül a víz színén elhelyeznünk. A víz színén vízmolekula-réteg van, amely vékony rugalmas hártyaként „viselkedik”. A „hártya” a víz színén megakadályozza, hogy apró szennyeződések jussanak a vízbe, lehetővé teszi ugyanakkor, hogy pl. néhány kis vízi állat mozogjon a víz színén. A szaponát behatolt a víz színén lévő molekulák közé és megbontotta ezt a „hártyát”. Ezt a képességét használják mosogatáskor a szennyeződés eltávolítására (a szennyeződés könnyebben bejut a vízbe). Próbáljátok ki otthon a türelmeteket és végezzétek el a kísérletet. Állapítsátok meg, hogyan nevezik azt a fizikai mennyiséget, amely a leírt jelenségek okozója.
A víz az élet alapvető feltétele. A víz oldószer, amelyben lejátszódnak a szervezetben a kémiai folyamatok.
A fizikaórán tanultak alapján már meg tudjátok magyarázni, miért úszik a jég a víz színén.
A tavi molnárpoloska – emlékeztek rá a biológiaóráról? A kísérlet pénzérmével is elvégezhető (tű helyett).
56
Vegyületek 4.2. Oxidok 4.2.1. Az oxidok elnevezése
Keressük az összefüggéseket Az ábrákon kísérletek láthatók, amelyek során oxidok keletkeztek.
magnézium-oxid alumínium-oxid szén-dioxid (MgO) (Al2O3) (CO2) Írjátok le azokat a kémiai reakciókat, amelyek során ezeket az oxidokat előállították! A képletből és az oxid nevéből állapítsátok meg: a) mi a hasonló valamennyi elnevezésben és képletben, b) milyen az oxigén és a másik elem sorrendje a képletben. A magnézium-oxid és az alumínium-oxid a magnéziumnak és az alumíniumpornak a levegő jelenlétében történt égésekor keletkezett (a magnéziumnak és az alumíniumnak a levegő oxigénjével magas hőmérsékleten történt egyesülésével). Mindkét oxid fehér szilárd anyag. A szén-dioxid a szódabikarbóna és a kénsav reakciója során keletkezett. Színtelen gáz. a) Az oxidok 2 elemből állnak – biner vegyületek. A nevükben mindig szerepel az oxid kifejezés. A szlovák elnevezésekben az oxid szó áll elöl és utána következik az oxidalkotó elem melléknév formájában. b) Az oxid képletében mindig az oxidalkotó elem vegyjele áll elöl. MgO
Al2O3
CO2
magnézium-oxid
alumínium-oxid
szén-dioxid
az atom oxidációs száma I II III IV V VI VII VIII
magyar név
szlovák név
képlet
nátrium-oxid kalcium-oxid alumínium-oxid szén-dioxid nitrogén-pentoxid foszfor-pentoxid kén-trioxid mangán-heptoxid ozmium-tetroxid
oxid sodný oxid vápenatý oxid hlinitý oxid uhličitý oxid dusičný oxid fosforečný oxid sírový oxid manganistý oxid osmičelý
Na2O CaO Al2O3 CO2 N2O5 P2O5 SO3 Mn2O7 OsO4
az atomok aránya 2:1 1:1 2:3 1:2 2:5 2:5 1:3 2:7 1:4
Az oxidok két elemet tartalmazó (biner) vegyületei az oxigénnek és egy további elemnek.
Vegyületek Az oxidok (és a halogenidek) magyar elnevezésében az oxigénatomok (és a halogén atomok) számát gyakran görög számnevekkel jelöljük: • szén-monoxid (mono = 1) – CO • mangán-dioxid (di = kettő) – MnO2 • alumínium-trioxid (tri = három) – Al2O3 • kén-trioxid (tri = három) – SO3 • ozmium-tetroxid (tetra = négy) – OsO4 • foszfor-pentoxid (penta = öt) – P2O5 • kén-hexafluorid (hexa = hat) – SF6 • mangán-heptoxid (hepta = hét) – Mn2O7 • ozmium-oktafluorid (okta = nyolc) – OsF8 Azoknál az elemeknél, amelyeknek különböző oxidációs számuk is lehet, az oxidok nevét magyarul vagy a görög számnevek segítségével írjuk le, vagy az elem tudományos nevéből alkotjuk meg. Most erre nézzünk néhány példát. Az elnevezésben zárójelben rendszerint feltüntetik az oxidalkotó elem oxidációs számát is. • • • •
cupro-oxid vagy réz(I)-oxid – Cu2O cupri-oxid vagy réz(II)-oxid – CuO ferro-oxid vagy vas(II)-oxid – FeO ferri-oxid vagy vas(III)-oxid – Fe2O3 Ezekkel a latinos hangzású elnevezésekkel azonban többnyire csak a régebbi kiadású szakkönyvekben találkozunk.
Mivel az oxigénatom oxidációs száma a legtöbb vegyületben –II, az oxidok képletét úgy kell leírni, hogy az atomok oxidációs számainak összege nulla legyen. Ha az oxidalkotó elem oxidációs száma páros, akkor viszonylag egyszerű a képlet megalkotása: Ca(II) + O(–II) CaO (IV) (–II) Mn + 2O MnO2 (VI) (–II) S + 3O SO3 Páratlan oxidációs szám esetében a képletben az oxidalkotó elem után jobb alsó indexként az oxigén oxidációs számát írjuk arab számjeggyel előjel nélkül, míg az oxigén után jobb alsó indexként az oxidalkotó elem oxidációs száma kerül arab számjeggyel írva: 2Na(I) + O(–II) Na2O Al2O3 2Al(III) + 3O(–II) (V) (–II) 2N + 5O N2O5 (VII) (–II) 2Mn + 7O Mn2O7 Vannak olyan oxidok is, amelyekben ugyanaz az oxidalkotó elem különböző oxidációs számú formában is előfordul. Ezeket rendszerint kettősképletekkel írjuk le, bár gyakran összegképleteket is írnak. Ilyen vegyület például a vas legfontosabb ásványa, a mágnesvasérc vagy magnetit, amelyben a vasatom oxidációs száma II és III. vas(II)-vas(III)-oxid: Fe3O4 = FeO · Fe2O3 = Fe(II) · Fe(III)2O4
57
58
kísérlet
A mészkő hőbomlása a mészégetőben történik. A mészégető leggyakrabban egy magas kemence, amelyet felülről töltenek meg felaprózott mészkővel és koksszal. A koksz égése során hő keletkezik, és a mészkő elbomlik. A mészégető alsó részéből eltávolítják az égetett meszet. A kemence felső részében melléktermékként keletkező szén-dioxidot gyakran felfogják és tovább hasznosítják.
Eszközök és vegyszerek: 1. porcelán tál 2. laboratóriumi kanál (spatula) 3. Petri-csésze 4. kalcium-oxid 5. homok, víz
A mészhabarcs megszilárdulásakor az oltott mész és a szén-dioxid reakciója játszódik le, mészkő és víz keletkezik, miközben a víz elpárolog. A szilícium-dioxid több kőzet összetevője. Ásványa a kvarc, amelynek különböző változatai ismertek (pl. az ibolyaszínű ametiszt, a színtelen hegyikristály).
Vegyületek 4.2.2. Oxidok az építőiparban
Keressük az összefüggéseket Az elmúlt tanévben megismerkedtetek egy olyan kémiai reakcióval is, amely csak folyamatos hőbevitel mellett megy végbe – ez volt a mészkő hőbomlása. Ezt a reakciót „mészégetésnek” nevezik (a reakció egyik terméke nyomán). Melyik két termék keletkezik a reakció során? A reakció terméke az égetett mész és a szén-dioxid. Az égetett mész kifejezést az építőiparban használják a kalcium-oxid jelölésére. Ezt az anyagot az oltott mész, a habarcs, a vakolat és a cement előállítására használják. A mezőgazdaságban ezzel meszezik a talajt, az üvegiparban pedig az üveg gyártásánál használják. Mit vizsgálunk? A mészhabarcs készítését és tulajdonságait. Végrehajtás: 1. Egy porcelán tálba 3 kanál átszitált homokot és 3 kanál kalcium-oxidot szórunk. 2. Állandó kevergetés közben lassan vizet öntünk hozzá, amíg sima anyag nem keletkezik. 3. A keveréket kiöntjük egy Petri-csészébe és állni hagyjuk.
Megfigyelés: A keverék megdermedt. Magyarázat: Az égetett mész és a víz reakcióját, amely végbement a kísérlet során, mészoltásnak nevezik. Ennek során oltott mész keletkezik. Ebben a reakcióban hő szabadul fel. Az oltott mész, a víz és a homok keveréke (mészhabarcs) egy idő elteltével megdermedt, mert egy további kémiai reakció is lejátszódott. A homok egy keverék, amelynek a legnagyobb részét a szilícium-dioxid alkotja. Hatalmas mennyiségben található a sivatagokban vagy a tengerek és a folyók partjain. A homokot az építőiparban vakolat és beton készítésére használják. A tiszta kvarchomokot az üveggyártásban alkalmazzák. A kalcium-oxidot és a szilícium-dioxidot az építőiparban használják.
59
Vegyületek 4.2.3. Oxidok a környezetben
oxidok + víz (a levegőből)
→
savak
Keressük az összefüggéseket
+ eső
Beszélgessetek az ábrákon látható összefüggésekről! savas esők
Az ábrákon láthatók a következmények és a savas esők kialakulása. A kén oxidjai A kénnek két oxidja ismert: a kén-dioxid és a kén-trioxid. A kén-dioxid színtelen, mérgező, kellemetlen szagú gáz, amely ingerli a légutakat. Főleg a magas kéntartalmú barnaszén égése során kerül a légkörbe. Ez a gáz a savas esők fő okozója. Reakcióba lép a levegőben lévő vízpárával, miközben sav keletkezik. A nitrogén oxidjai A nitrogén oxidjai (általában NOx-szel jelölik őket) mérgezőek, ingerlik a szemet és a légutakat. A közlekedési eszközök belső égésű motorjaiban keletkeznek és a kipufogó gázokkal jutnak a légkörbe. A környezetet elsősorban a nitrogén-oxid és a nitrogén-dioxid szennyezi. A kén-dioxid után a savas esők legfőbb okozói. A nitrogén-oxid színtelen gáz, amely reakcióba lép a levegő oxigénjével, miközben vörösesbarna nitrogén-dioxid gáz keletkezik. A nitrogén-dioxid a levegőben lévő vízpárával reagálva savakat képez, amelyek savas esők alakjában esnek a talajra. A savas esők negatívan hatnak a növényekre, a víziállatokra, az épületekre, de az emberre is. Károsodnak az erdők, elpusztulnak a víziállatok, korrodálódnak a mészkő anyagú épületrészek. A savas levegőt belélegző ember nyálkahártyája károsodik és hajlamosabbá válik a légúti betegségekre (hörgők gyulladása, asztma).
Gondolkodunk és felfedezünk A legnagyobb kén-dioxidtermelők a hőerőművek, annak ellenére is, hogy szigorú határértékeket szabtak meg a kén-dioxid kibocsátással (emisszióval) kapcsolatban. Miért a hőerőművek a legnagyobb kén-dioxidtermelők? Hogyan lehetne ezt megakadályozni?
A kén-dioxid volt az egyik okozója a londoni szmognak (füstködnek).
A kén-dioxid elpusztítja a mikroorganizmusokat (a penészgombákat, a baktériumokat). A hordók fertőtlenítésére, de az élelmiszerek festésére és konzerválására is használják (pl. aszalt gyümölcs). A kén-trioxid a kén-dioxid és az oxigén reakciója során keletkezik. A nitrogén oxidjai a nitrogén tartalmú anyagok bakteriális lebomlásakor is a levegőbe kerülhetnek. A légkörben lévő nitrogén oxidok és kén-dioxid mennyiségét folyamatosan figyelik (monitoring). A légszennyező kén oxidok és nitrogén oxidok részaránya: oxidok forrása ipar és energetika háztartás közlekedés
kén- nitrogén -dioxid oxidok 82 % 71 % 13 % 5%
8% 21 %
kísérlet
60
Eszközök és vegyszerek: 1. desztilláló lombik, nyílással ellátott dugóval 2. választó (csapos) tölcsér 3. Bunsen-állvány szorítódióval és fogóval 4. gumicső 5. spatula 6. mészkő (porított) 7. kénsav (10 %) 8. főzőpohár 9. gyertyák, gyufa Megjegyzés: Mészkő és kénsav helyett szódabikarbónát és ecetet is használhattok. A szén-dioxid főzőpohárban is előállítható és „beleönthető” a gyertyákat tartalmazó főzőpohárba.
A kísérletet egyszerűbben is elvégezhetjük, ha a gyertyákat tartalmazó főzőpohár aljára mészkőt (szódabikarbónát) szórunk és kénsavat (ecetet) öntünk rá. A kémiai reakció leírása kémiai egyenlettel: CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + CO2 + H2O
Vegyületek A szén oxidjai A szénnek két oxidja ismert: a szén-monoxid és a szén-dioxid. A szén-monoxid olyankor keletkezik, amikor az anyagok égése során kevés oxigén jut a reakciótérbe. Színtelen és szagtalan, erősen mérgező gáz. Az oxigént szállító vörös vérfestékhez – a hemoglobinhoz – kötődik. A szén-monoxid megkötésével a hemoglobin elveszíti oxigénszállító képességét és az ember megfullad. A szén-monoxid az üzemanyagok égésekor keletkezik, megtalálható a gépjárművek kipufogó gázaiban is. Ezért az ilyen üzemanyagok használatakor kellőképp szellőztetni kell és nem szabad zárt garázsban járatni a gépkocsi motorját. Szén-monoxid mérgezés esetén a sérültet mihamarabb friss levegőre kell vinni és orvost kell hívni. Mit vizsgálunk? A szén-dioxid előállítását és a tulajdonságait. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Végrehajtás: Az ábra alapján összeállítjuk a szén-dioxid előállítására szolgáló berendezést. A főzőpohárba egy rövidebb és egy hosszabb gyertyát állítunk. A lombikba egy kanál mészkőt szórunk. A választótölcsérbe kénsavoldatot öntünk. Meggyújtjuk a gyertyákat és bevezetjük melléjük a gumicsövet. A választótölcsérből kénsavoldatot csepegtetünk a mészkőre. Megfigyeljük.
Megfigyelés: A lombikban heves gázfejlődést észleltünk. A főzőpohárban előbb a rövidebb, majd a hosszabb gyertya is elaludt. Magyarázat: A színtelen gáz, amely a mészkő és a kénsav reakciója során keletkezett, szén-dioxid volt. A szén-dioxid megakadályozta, hogy az oxigén táplálja a gyertya lángját. Kiszorította a levegőt a főzőpohárból, mert sűrűbb a levegőnél. Ezt a tulajdonságát hasznosítják a tűzoltásnál.
61
Vegyületek Keressük az összefüggéseket Soroljátok fel azokat a folyamatokat, amelyeknél szén-dioxid kerül a levegőbe. Magyarázzátok meg a szerepét a földi élet szempontjából! Miért jelent nagy veszélyt az őserdők irtása a szén-dioxiddal kapcsolatban?
á r a é s má s egh
i d , me t án ,
üv
p v íz
sú
x d io
ázhatá
gá
zo k
szé
n-
A szén-dioxid az élőlények légzése során kerül a légkörbe, de a széntartalmú anyagok elégetésekor is keletkezik. A fotoszintézis egyik reakcióba lépő anyaga. A napsugárzás egy részét, amely áthalad a Föld légkörén a földfelszín elnyeli és egy része visszaverődik onnan a világűrbe. Az ember bizonyos tevékenységével, pl. az erdőfelületek csökkentésével megbontja az egyensúlyt a keletkező szén-dioxid mennyisége és a növények által felhasznált szén-dioxid mennyisége között. A szén-dioxid (más gázokkal együtt) hasonló szerepet játszik, mint az üveg az üvegházban. Megnő a légkör hőmérséklete, ezt a jelenséget üvegházhatásnak nevezik (a napsugárzás egy része mintha beleütközne az üvegház hatású gázok rétegébe és ismét visszaverődik a Föld felé). A vízpárával és a metánnal együtt az üvegházhatás kialakulásában a legnagyobb mértékben a szén-dioxidnak van szerepe. Az üvegházhatás következménye tehát a földi légkör átlagos hőmérsékletének a folyamatos emelkedése – a globális felmelegedés. A szén-dioxid a levegő alkotórésze (0,03 %). A vízben részben oldott formában található. Bizonyos ásványvizek is tartalmazzák. Szén-dioxiddal töltik a tűzoltó-készülékeket, valamint pezsgő üdítőket („buborékos italokat”) készítenek a segítségével és hűtésre is használják („szárazjég”).
Tűzoltás szén-dioxiddal.
Gondolkodunk és felfedezünk Állapítsátok meg, milyen intézkedéseket hoznak a világban a globális felmelegedés megállítására. Hogyan viszonyul ehhez a kérdéshez Szlovákia? Mit tehettek ti, tanulók? A „szárazjéggel” hűtenek.
A kén-dioxid, a nitrogén oxidok és a szén-dioxid negatívan hatnak a környezetre.
62
Vegyületek 4.3. Savak 4.3.1. Savak a háztartásban
Vizsgálódunk és felfedezünk – otthon Néhányan a sav kifejezést hallva megborzonganak, mert elképzelik a citrom savanyú ízét. a) Készítsétek el otthon az ecet, a C-vitamin és a citromlé vizes oldatát. Állapítsátok meg ezeknek az oldatoknak a tulajdonságait. b) Üvegpohárba öntsetek fekete teát és kóstoljátok meg. Majd csepegtessetek hozzá citromlevet. A kémiaórán írjátok le az oldatok megfigyelt tulajdonságait és a b) kísérlet során megfigyelt változásokat. Gondolkodjatok el ezek okairól.
A három oldat közös tulajdonsága, amelyet az otthoni a) kísérlet során megfigyeltetek, a savanyú íz volt. A kémiai laboratóriumban azonban az anyagokat tilos megkóstolni. Az emberek már a régi korokban megállapították, hogy bizonyos anyagok savanyúak és az alapján elnevezték őket – savaknak. A citromban citromsav és aszkorbinsav, a C-vitaminban aszkorbinsav, az ecetben pedig ecetsav található.
A lakmusz indikátor természetes színanyag, amelyet a zuzmókból nyernek. A savas oldatokban a lakmusz vörös színűvé válik.
A b) kísérletben megfigyeltük a tea ízének és a színének a változását is. A változásokat a hozzáöntött citromlé okozta, amelyben citromsav és aszkorbinsav található. A fekete teában olyan anyagok vannak, amelyek a hozzáadott sav hatására megváltoztatták a színüket. Elmondható, hogy ezek az anyagok a színváltozásukkal kimutatják („indikálják”) a savak jelenlétét (indikátor = jelző). Ezeket az anyagokat indikátoroknak nevezik. Az indikátorok olyan anyagok, amelyek színe a környezettől függően változik.
4.3.2. Az oldatok savasságának (savas kémhatásának) vizsgálata Mit vizsgálunk? A savak oldatának a savasságát (savas kémhatását) univerzális indikátor és a fenolftalein indikátor segítségével. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Végrehajtás: A főzőpohárba citromlevet öntünk. Univerzális indikátorpapírt merítünk bele. Figyeljük az univerzális indikátorpapír színváltozását. A főzőpohárba 2–3 csepp fenolftalein-oldatot cseppentünk. Figyeljük az oldat színét. A kísérletet megismételjük ecettel és más savoldatokkal is.
63
kísérlet
Vegyületek
Eszközök és vegyszerek: 1. főzőpoharak 2. univerzális indikátorpapír 3. fenolftalein-oldat 4. citromlé 5. ecet 6. további savoldatok Megjegyzés: Más indikátorok is használhatók.
citromlé
citromlé + fenolftalein
ecet
ecet + fenolftalein
Megfigyelés: Az univerzális indikátor a savoldatban a rózsaszín különböző színárnyalataitól egészen a pirosig változtatta a színét. A fenolftalein színtelen maradt. Magyarázat: A sav oldata savanyú. Az indikátorok színváltozását az az összetevő okozza, amely valamennyi savoldatban azonos. Ez a savanyúságot okozó kation – az oxónium-kation. Többet majd a 4.3.3. részben tudtok meg róla.
Az oldatok savasságának mértékét a pH-értéke fejezi ki. A savas oldatok pH-értéke kevesebb, mint 7. Minél jobban közelít a pH-értéke a nullához, az oldat annál savasabb. Ha az oldat pH-értéke 7-tel egyenlő, az oldat semleges kémhatású. Semleges pl. a vegytiszta víz.
Hasonlóan, mint a vörös káposzta főzete más növények kivonatai is változtatják a színüket – pl. a cékla vagy az áfonya leve. növekszik a savas kémhatás
Az univerzális indikátorpapírral azt vizsgálják, vajon az oldat savanyú-e.
Nagyon könnyen készíthető indikátor a vörös káposztából. A vörös káposzta levelét megmossuk, kisebb darabokra tépjük és 250 ml vízben mintegy 10 percig főzzük.
A savoldatok savanyúságát az oxonium-kationok okozzák. Az oldatok savasságát pH-értékkel fejezik ki. A savas oldatok pH-értéke kisebb, mint 7. A semleges kémhatású oldat pH-értéke egyenlő 7-tel.
Nemcsak természetes színanyagok szolgálhatnak indikátorként, hanem mesterségesen, vagyis a szintetikusan előállított vegyületek is. A fenolftalein indikátor a szintetikusan előállított anyagok keveréke – pl. metilvörös, fenolftalein, timolkék stb.
64
Vegyületek 4.3.3. A savak összetétele és tulajdonságai Minden savban található hidrogénatom, amelynek oxidációs száma I. Attól függően, hogy a savak oxigént is tartalmaznak-e vagy sem, feloszthatjuk őket oxosavakra és nem oxosavakra, azaz hidrogénsavakra. A nem oxosavak két elemből álló (biner) vegyületek, amelyek hidrogént és egy nemfémes elemet tartalmaznak, pl. a sósav (HCl). A oxosavak három elemet tartalmazó vegyületek, amelyekben hidrogén, nemfémes elem és oxigén van, pl. a salétromsav (HNO3), a kénsav (H2SO4). Hogyan kerültek oxónium kationok a sav oldatába? Hogy válaszolni tudjunk erre a kérdésre, vegyük alaposabban szemügyre a sósav keletkezését. A hidrogén és a klór reakciója során hidrogén-klorid molekulák keletkeznek.
+ hidrogén (H2)
klór (Cl2)
hidrogén-klorid (HCl)
A hidrogén-klorid HCl molekulákból álló gáz. Jól oldódik a vízben. Oldódáskor a HCl molekulák H+ és Cl– ionokra hasadnak. A hidrogén kation nem képes önállóan létezni. Egyesül a vízmolekulával és H3O+ keletkezik, amelyet oxónium kationnak neveznek: HCl + H2O H3O+ + Cl– H2O
H2O H
+
HCl
Cl
–
H2O
H3O+
H+ Cl–
Cl–
A hidrogén-klorid vizes oldatát hidrogén-kloridsavnak, vagy általában sósavnak nevezik. Ez a H3O+ és a Cl– ionok vizes oldata, amelyek vízmolekulákba vannak „csomagolva”. A sósav, akárcsak minden sav a vizes oldatában ionizál, miközben oxónium kationok – H3O+ és az adott sav anionjai keletkeznek. Az oxónium-kationok okozzák az oldat savas kémhatását, amit az indikátor színváltozása is bizonyít. A sósavat egyszerűsítve a HCl képlettel fejezzük ki. A savakat hidrogénsavakra és oxosavakra osztják. A hidrogénsavak két elemet tartalmazó vegyületek, amelyek hidrogénből és egy nemfémes elemből állnak, pl. a sósav (HCl). Az oxosavak három elemet tartalmazó vegyületek, amelyek hidrogénből, egy nemfémes elemből és oxigénből állnak, pl. salétromsav (HNO3), kénsav (H2SO4). A savak a vizes oldatban ionizálnak, miközben oxónium-kationok – H3O+ és a megfelelő savanionok keletkeznek.
65
Vegyületek 4.3.4. Jelentős savak
Keressük az összefüggéseket Figyelmesen vegyétek szemügyre az ábrákat és a savoldatokat tartalmazó üvegpalackokat, amelyeket a tanárotok mutat nektek. Melyek a hasonló tulajdonságai mind a három savnak?
A savakat mint koncentrált oldatokat árusítják. A címkén fel van tüntetve, hogy hány százalék savat tartalmaznak. A tömény savakkal csak a tanár dolgozhat!
Ha maró anyagokkal dolgozunk, védőkesztyűt, védőszemüveget és védőruhát használunk.
Minden edényben színtelen folyadék van, tehát azonos a színük és a halmazállapotuk. További közös jegyük a megjelölésük – maró anyag. Híg savoldatok készítése A legtöbb kémiai kísérletben nem használnak tömény (koncentrált) oldatokat, a tanár különböző hígítású savoldatokat készít. Tehát a sav koncentrált oldatából (a nagyobb mennyiségű oldott anyagot tartalmazó oldatból) hígított oldatot (kevesebb oldott anyagot tartalmazó oldatot) készít. A híg sav készítésekor mindig a savat kell kis adagokban, állandó kevergetés közben a vízbe önteni. A savak hígításakor nagy mennyiségű hő keletkezik. Ha az előírt módon öntjük a vízhez a savat, ez a hő fokozatosan szabadul fel. Ha nem így tennénk, a hő egyszerre szabadulna fel, ami a veszélyes folyadék fröcsögéséhez vezetne. Elpattanhat az edény, lefröcskölhetnénk magunkat és megsérülhetnénk. Hogyan nyújtunk elsősegélyt, ha savval önti le magát valaki? Ha a sav megmarná a bőrt, a sérült helyet azonnal hideg vízárammal (csapvízzel) mossuk le. A savak maró anyagok, ezért velük dolgozva be kell tartani a biztonsági rendszabályokat.
A sav hígítása
66 A hidrogén-klorid savat 37 %-os vizes oldat formájában árusítják. Illékony.
Vegyületek A savak alkalmazása Sósav (HCl) • fémek tisztítására, festékek, gyógyszerek, műanyagok előállítására
A sósav tulajdonképpen a műszaki HCl kereskedelmi neve. Sárgás színét a benne lévő vasvegyületek okozzák. A salétromsavat 65 %-os vizes oldat formájában hozzák forgalomba. Illékony. Nappali fényben részben elbomlik, ezért lehet sárgás vagy vörösesbarna színe is. Bomlása során mérgező nitrogén oxidok keletkeznek. A kénsavat 96 %-os vizes oldatként árusítják. Nem illékony. Elnyeli a levegő nedvességét (higroszkopikus). Bizonyos fémeket (pl. vasat) merítve a koncentrált HNO3-ba vagy H2SO4ba a felületükön oxidréteg keletkezik, amely nem reagál a savval és megakadályozza a fém és a sav közötti további reakciót. Ezt a folyamatot a fémek passziválásának nevezik. Bizonyos fémek korrózióvédelmére használják. Az ecetsavat hígított oldat (8 %) formájában, amelyet ecetnek neveznek az ételek ízesítésére és az élelmiszerek konzerválására használják. Az ecetbe karamellt is tesznek, ez okozza a sárgásbarna színét. Az ecet a vízkő eltávolítására is használható.
Az ecetsavról majd többet is megtudtok a szerves kémiából.
Igen híg sósavoldatot tartalmaz a gyomornedv is. Fontos szerepe van az élelem megemésztésében (elpusztítja a táplálékkal a szervezetbe jutott mikroorganizmusokat is). Salétromsav (HNO3) • robbanószerek, gyógyszerek, festékek, műtrágyák gyártására.
Kénsav (H2SO4) • műtrágyák, műanyagok, gyógyszerek, robbanószerek gyártására, a textiliparban, a papírgyártásban, a kőolaj-feldolgozásban, a gépjárművek akkumulátoraiban, továbbá az ércek feldolgozásában, az anyagok szárítására és víztelenítésére.
A kénsav a legfontosabb és a leggyakrabban használt sav a kémiai laboratóriumokban és az iparban. (A kénsavat a vegyipar vérének is szokták nevezni.) A sav kifejezést gyakran összekapcsolják a veszéllyel. Sokszor hallunk a savak okozta balesetekről. A savas esők okozzák az erdők pusztulását, a folyók és víztárolók élővilágát a savakat tartalmazó szennyvíz fenyegeti. A savaknak azonban nemcsak kedvezőtlen hatásuk van, fontosak a mindennapokban és az iparban. Sok gyümölcsöt, élelmiszert, üdítőitalt éppen a savanyú ízük miatt kedvelik. A savakat pl. élelmiszerek, gyógyszerek, ruhaneműek gyártására is használják. Balesetek a nem szakszerű alkalmazás és a helytelen manipulálás során történnek – számos sav mérgező és maróhatású. Fontos betartani a biztonságvédelmi előírásokat a savak tárolása és a velük való munka során is. A savak fontos anyagok, nélkülözhetetlenek pl. a háztartásban és az iparban.
67
Vegyületek
Végrehajtás: A. Az anyagra 5–6 koncentrált kénsavat cseppentünk. Megfigyeljük. B. 1. Egy-egy főzőpohárba kb. azonos térfogatú kristálycukrot, illetve koncentrált kénsavat öntünk. 2. A kénsavat a cukorra öntjük. Megfigyeljük.
kísérlet
Mit vizsgálunk? A kénsav maró tulajdonságait.
Eszközök és vegyszerek: 1. 2 főzőpohár 2. Petri-csésze 3. porcelán tál 4. szövet 5. cukor (kristálycukor) 6. kénsav (konc.)
cukor
Megfigyelés: A. Az anyag kilyukadt. B. A cukor és a kénsav között heves reakció játszódott le. Bűzös gőzök szabadultak fel és a cukorból fekete massza keletkezett – a cukor elszenesedett.
Magyarázat: A kénsav elszívja az anyagoktól a vizet. A kristálycukor a koncentrált kénsavval lecsepegtetve elszenesedik. A cukor szénből, oxigénből és hidrogénből áll. A kénsav elvonta a cukorból a vizet és feketeszén maradt vissza. A kénsav az élő szövetekből is elvonja a vizet – kimarja a bőrt, a nyálkahártyát és égési sérülések keletkeznek.
H2SO4
Megjegyzés: A kísérletet a tanár végzi a fülkében
kísérlet
68
Eszközök és vegyszerek 1. főzőpoharak 2. univerzális indikátorpapír 3. fenolftalein-oldat 4. nátrium-hidroxid oldata (5 %) 5. kálium-hidroxid oldata (5 %)
Vegyületek 4.4. Hidroxidok 4.4.1. Az oldatok lúgosságának (lúgos kémhatásának) vizsgálata Mit vizsgálunk? A hidroxidoldatok lúgosságát (lúgos kémhatását) univerzális indikátor és fenolftalein indikátor segítségével. 1. 2. 3. 4.
Végrehajtás: A főzőpohárba nátrium-hidroxidoldatot öntünk. Az oldatba univerzális indikátorpapírt merítünk és figyeljük a színváltozását. A nátrium-hidroxidoldatba 2–3 csepp fenolftalein oldatot cseppentünk és figyeljük az oldat színváltozását. A kísérletet megismételjük a kálium-hidroxidoldatával is.
nátrium-hidroxid
nátrium-hidroxid + fenolftaleín
kálium-hidroxid
kálium-hidroxid + fenolftaleín
Magyarázat: A nátrium-hidroxid oldata lúgos. Az indikátor színátcsapását az az összetevő okozza, amely minden hidroxidoldatban azonos. Ez az oldat lúgosságáért felelős anion – a hidroxidanion. A hidroxidanionról többet is megtudtok majd a 4.4.2. részben.
A pH-érték pontos meghatározására olyan készüléket használnak, amelyet pH-mérőnek neveznek.
Az univerzális indikátorpapírral megállapítják, hogy az oldat lúgos-e. Hasonlóan, mint a savoldatok esetében, a lúgos kémhatás kifejezésére is a pH mennyiséget használják. A pH-értéke a skálán megadja az oldat lúgosságának a fokát is. A lúgos oldatok pH-értéke nagyobb, mint 7 (ha a pH = 7, az oldat semleges). Minél jobban megközelíti a pH-értéke a 14-et, az oldat annál lúgosabb kémhatású.
növekszik a lúgosság
Megfigyelés: Az univerzális indikátor a nátrium-hidroxid oldatában kékre színeződött. A fenolftalein ibolyaszínűre változott.
A hidroxidoldatok lúgosságát a hidroxidanionok okozzák. Az oldatok lúgos kémhatását a pH-érték segítségével lehet kifejezni. A lúgos oldatok pH-értéke nagyobb, mint 7.
4.4.2. A hidroxidok összetétele és tulajdonságai Minden hidroxid tartalmaz OH– aniont. A hidroxidok három elemet tartalmazó vegyületek: fémes elemből, oxigénből és hidrogénből állnak, pl. a nátrium-hidroxid (NaOH). Honnan kerültek a hidroxidoldatba a hidroxidanionok? A nátrium-hidroxidot vízben oldva Na+ és OH– ionok keletkeznek. A létrejött ionokat vízmolekulák „csomagolják be”. NaOH
H2O
Na+ + OH–
A nátrium-hidroxidhoz hasonlóan más hidroxidok is ionizálnak a vizes oldatban, miközben hidroxid anionok OH– és a megfelelő fémkationok keletkeznek. A hidroxidanionok a felelősek az oldat lúgosságáért, amit az indikátor színváltozása bizonyít. Mit vizsgálunk? A nátrium-hidroxid oldódását a vízben és az ezt kísérő hőváltozásokat. Végrehajtás: 1. A főzőpohárba 200 ml vizet öntünk. Megmérjük a hőmérsékletét. 2. A vízzel töltött főzőpohárba 2 kanál nátrium-hidroxidot szórunk. Keverés közben feloldjuk és megmérjük a kapott oldat hőmérsékletét.
Megfigyelés: A nátrium-hidroxid jól oldódott a vízben. Az oldat hőmérséklete jelentősen megemelkedett. Magyarázat: A hidroxidok vízben történő oldódásakor hő szabadul fel. A hidroxidok három elemből – fémes elemből, oxigénből és hidrogénből álló vegyületek. A hidroxidok a vizes oldatban ionizálnak, miközben hidroxidanionok OH– és fémkationok keletkeznek.
69
kísérlet
Vegyületek
Eszközök és vegyszerek: 1. főzőpohár 2. spatula 3. üvegbot 4. hőmérő 5. mérőhenger 6. nátrium-hidroxid 7. víz
70
Vegyületek 4.4.3. Jelentős hidroxidok
Keressük az összefüggéseket Figyelmesen vegyétek szemügyre az ábrákat és a hidroxidokat tartalmazó edényeket, amelyeket a tanár megmutat nektek. Milyen hasonló tulajdonságai vannak a három hidroxidnak?
a kezdetén
60 perc elteltével A szilárd nátrium-hidroxid és kálium-hidroxid elnyeli a levegő nedvességét (higroszkopikusak) és a szén-dioxidot.
Mind a három hidroxid fehér szilárd anyag, tehát egyforma a színük és a halmazállapotuk. A hidroxidok maró anyagok. Velük dolgozva be kell tartani a munkavédelmi és biztonsági előírásokat. Ha a lúg megmarná a bőrt, a sérült helyet azonnal hideg csapvízzel le kell mosni. A hidroxidok alkalmazása A nátrium-hidroxid (NaOH) és a kálium-hidroxid (KOH) • szappan, papír, műanyagok, cellulózból készült textilfonalak gyártására. A különböző edények és az eldugult lefolyócsövek tisztítására. A lefolyócsövek tisztítására használt készítmények nátrium-hidroxidot tartalmaznak. Az erősen lúgos oldatok még a hajszálakat is lebontják, amelyek elsősorban a lefolyók dugulását okozzák. Nátrium-hidroxidot tartalmaznak a mosogatógépekben használt szerek is. Sok lúgmarási sérülés amiatt következik be, hogy ezeket a szereket gyakran nem zárják el a gyermekek elől. A hidroxidok maró anyagok, ezért velük dolgozva be kell tartani a munkavédelmi és a biztonsági előírásokat.
71
Vegyületek
Mit vizsgálunk: A kalcium-hidroxid oldat előállítását és pH-értékét Végrehajtás: 1. Két darab mészkőt készítünk elő. Az egyikre 1 csepp vizet és 3 csepp fenolftalein oldatot cseppentünk. Megfigyeljük. 2. A másik darabot hevítjük a spirituszégő lángjában kb. 2 percig. Kivesszük a lángból és erre is 1 csepp vizet és 3 csepp fenolftalein-oldatot cseppentünk. Megfigyeljük.
mészkődarabok
mészkő + vízcsepp + fenolftaleín
a mészkő hevítése
Megfigyelés: Az első mészkődarabon a fenolftalein semmiféle színváltozása nem következett be. A másik mészkődarab felszínén a hevítés során fehér anyag rétege keletkezett. Fenolftaleint csöppentve rá ibolyaszínűvé változott. Magyarázat: A mészkő magasabb hőmérsékleten elbomlott. Az egyik termék volt a fehér anyag – a kalcium-oxid (égetett mész). Az égetett mész és a víz reakciója során kalcium-hidroxid (oltott mész) képződik. A fenolftalein indikátor ibolya színe a lúg jelenlétének a bizonyítéka.
kísérlet
Kalcium-hidroxid (Ca(OH)2) • az építőiparban, a mezőgazdaságban a savanyú talaj meszezésére, az élelmiszeriparban a cukorgyártásnál és a szódagyártásban.
Eszközök és vegyszerek: 1. kémiai fogó (tégelyfogó) 2. spirituszégő 3. gyufa 4. pipetta 5. mészkő 6. fenolftalein oldat 7. víz
égetett mészkő + vízcsepp + fenolftaleín Mészégetés: CaCO3 CaO + CO2 Mészoltás: CaO + H2O
Az oltott mész, víz és homok keverékéből mészhabarcs keletkezik, amely a levegő szén-dioxidjával reakcióba lép. Ca(OH)2 + CO2
Az oltott meszet vízzel és homokkal összekeverve mészhabarcs keletkezik, amelyet az építkezéseken és a falak vakolásánál használnak. A vízzel elkevert oltott mésszel fehérítik és fertőtlenítik a falakat. A hidroxidok fontos anyagok, pl. az építőiparban, a mezőgazdaságban és a háztartásban is használják őket.
Ca(OH)2
CaCO3 + H2O
A reakció során szilárd mészkő és víz keletkezik, valamint hő szabadul fel. A szén-dioixid és a kalcium-hidroxid vegyület reakciója bizonyítja a CO2 jelenlétét (fehér CaCO3 zavaros üledék keletkezik).
72 Az egyik népmesében a királyt a legkisebb lánya meggyőzi arról, hogy a só többet ér az aranynál. Már az időszámítás előtti korban utak vezettek Európán keresztül-kasul, amelyeken sót szállítottak – ezek voltak az ún. sóutak. A sót más árura cserélték, még a középkorban is gyakran használták fizetőeszközként. A sókat a hidrogénsavakból és az oxosavakból vezetik le. A sók elnevezését a fém kation nevéből és a sav anion nevéből képezzük. Ez utóbbihoz, amennyiben hidrogénsavról van szó, az -id végződést csatoljuk, pl. nátrium-klorid, amennyiben oxosavról van szó, akkor az -át végződést csatoljuk, pl. nátrium-szulfát, kálium-nitrát. Ha a fémnek több oxidációs száma is lehet, az egynél nagyobb oxidációs számot bizonyos esetben zárójelben külön is jelöljük, pl. réz(II)-klorid (CuCl2)
Vegyületek 4.5. Sók 4.5.1. Mik a sók? A sóknak nevezett anyagok csoportjába tartozik egy nagyon jelentős anyag – a nátrium-klorid. Konyhasóként is ismerjük. Naponta használjuk pl. ételek sózására és anyagok tartósítására. A konyhasó kis mennyiségben más anyagokat is (ugyancsak sókat) tartalmaz. A sók a vegyületek nagy csoportját alkotják (akárcsak az oxidok, a savak, a hidroxidok). A nátrium-klorid ennek a csoportnak csak az egyik anyaga. A sók közé tartozik pl. a rézgálic, a szóda, a mészkő, a gipszkő, a gipsz. A sók nevezéktana
Keressük az összefüggéseket Írjátok le a nátrium-klorid képletét. Jelöljétek ki benne az egyes elemek atomjainak az oxidációs számát. Próbáljátok meg levezetni a nátrium-fluorid, a nátrium-bromid és a nátrium-jodid képletét. A nátrium-klorid képlete NaCl. A nátriumatom oxidációs száma I és a klóratom oxidációs száma –I, azaz NaICl–I. Hasonlóan, a nátrium-fluorid képlete NaF, a nátrium-bromid képlete NaBr, a nátrium-jodid képlete NaI lesz. A nátriumatom oxidációs száma I, a fluor-, a bróm- és a jódatom oxidációs száma pedig –I, tehát NaIF–I, NaIBr–I, NaII–I. A só képlete két részből áll: a fém kationjából (Na+) és a sav anionjából (Cl–, F–, Br–, I–). A só a fém kationjából és a sav anionjából álló vegyület. A sók a vízben oldódva ionizálódnak, miközben kationok és anionok keletkeznek, pl. NaCl
H2O
Na+ + Cl–
A sók szilárd anyagok, amelyek különböző színűek.
Az ásványvizek a sók vvizes oldatai. Ezt igazolja az óraüvegen visszamaradt szilárd anyag is, amelyet az ásványvíz elpárologtatásával nyertünk.
A sók a fém kationjából és a sav anionjából álló vegyületek.
Vegyületek
73
4.5.2. Jelentős sók Kloridok (a sósav sói) Nátrium-klorid (NaCl) – fehér szilárd anyag, a vízben jól oldható. A természetben mint kősó (halit) ásvány található. A nátrium-klorid életfontosságú anyag. Sok állatnak azért van szüksége a sóra, hogy állandó környezetet biztosítson a szervezetében és működtesse az anyagcseréjét. Az embernek naponta 2 – 3 g sóra van szüksége. Többek között a gyomorsavban található sósav termelése céljából is. Az orvosi gyakorlatban bizonyos betegségeknél szükség esetén fiziológiai oldatot juttatnak a szervezetbe az érrendszeren keresztül. Ez nátrium-klorid oldat (a nátrium-klorid mennyisége 0,9 %). Az ételek túlzott sózása káros – hozzájárulhat a magas vérnyomás kialakulásához és más egészségkárosodáshoz is. Bizonyos élelmiszerek (pl. füstölt húsok, konzervek, bizonyos sajtfajták) sótartalma olyan nagy, hogy az ember már ezek fogyasztásakor túllépi a napi engedélyezett sómennyiséget. A nátrium-kloridot étkezési só néven hozzák forgalomba és elsősorban az ételek ízesítésére használják. A konyhasó oldatával a gyorsan romló élelmiszerek, mint pl. a hús vagy a hal tartósíthatók (konzerválhatók). A nátrium-kloridot ipari sóként (technikai nátrium-klorid) széles körben alkalmazzák, pl. a textiliparban mint adalékanyagot a textíliák festésénél. A vegyiparban a hidrogén, a klór, a nátrium-hidroxid és a sósav előállítására használják. Télen nagy mennyiségű nátrium-kloridot szórnak szét az eljegesedett útfelületre. Az étkezési sótól eltérően ez a só általában meg van festve. Az olvadás során sóoldat keletkezik, amelynek lényegesen alacsonyabb a fagyáspontja, mint a vízé. Így az utakon a 0 °C-nál alacsonyabb hőmérsékleten sem keletkezik jég. Az utak sózása azonban káros. Az esőlé és a megolvadt jég vize nagy mennyiségű sót mos be a talajba és a folyókba. Ennek következtében veszélybe kerülnek a vízi állatok, elhalnak a növények, károsodik a környezet és szennyeződik a felszín alatti víz. Kálium-klorid (KCl) – fehér szilárd anyag, amely a vízben jól oldódik. A természetben a szilvin nevű ásványként fordul elő. A vegyiparban a kálium-hidroxid gyártásánál nyersanyagként használják.
A konyhasó az emberi szervezet egészsége és megfelelő működése szempontjából nagyon fontos elemnek, a jódnak is a forrása. A jód nélkülözhetetlen a pajzsmirigy hormonjának (tiroxin) termelésénél, amely testünk valamennyi sejtjében befolyásolja az anyagcserét. Az étkezési sóhoz a jódot (vegyületek formájában) kis mennyiségben adagolják.
A jód mellett a sóba olykor csekély mennyiségben (vegyületek formájában) fluort is tesznek. A fluor javítja a fogzománc minőségét és fogszuvasodást megelőző (preventív) hatása van – a szájhigiénia betartásával együtt.
A tengervíz kb. 2,7 % NaCl-ot tartalmaz.
74 Azokat a sókat, amelyek kristályaikban kötött vízmolekulákat tartalmaznak, hidrátoknak (kristályhidrátoknak) nevezik. A nevüket úgy képezzük, hogy a hidrát kifejezés előtt a görög számnévvel jelöljük a vízmolekulák számát, pl. a réz(II)szulfát-pentahidrát (CuSO4 • 5 H2O). A képletben a vízmolekulák számát a só képlete után írjuk. A rézgálic hevítése: CuSO4 • 5H2O CuSO4 + 5H2O CaSO4 • 2H2O – gipsz (kalcium-szulfát-dihidrát) A gipsz égetése: CaSO4 • 2H2O CaSO4 • 0,5H2O + 1,5H2O CaSO4 • 0,5H2O – égetett gipsz (kalcium-szulfát-hemihidrát)
Vegyületek Szulfátok (a kénsav sói) Kalcium-szulfát (CaSO4) – fehér szilárd anyag, a vízben kevéssé oldódik. A vizes oldatából 2 vízmolekulával kristályosodik (a képletében). A természetben elsősorban a gipsz nevű ásványként található. Felhasználják pl. ipari gipsz gyártására, az építőiparban. A gipszet hevítve égetett gipszet kapnak (a képletben 0,5 molekula víz marad). Az égetett gipsz a vízzel összekeverve vizet vesz fel, megnöveli a térfogatát (kemény és szilárd anyag keletkezik). Az égetett gipszet a gyógyászatban (gipszkötések), az építőiparban használják. Réz(II)-szulfát (CuSO4) – fehér szilárd anyag. Vizes oldatából 5 vízmolekulával kristályosodik (a képletben) és rézgálicnak vagy kékgálicnak nevezik. A rézgálicot a szőlő és a gyümölcsfák permetezésére használják a gombabetegségek ellen, de az akváriumok vizét is fertőtlenítik vele stb. A rézgálicot hevítve elveszíti a vizet és fehér porszerű anyaggá alakul át. Nitrátok (a salétromsav sói) Kálium-nitrát (KNO3 – salétrom) – fehér kristályos anyag, jól oldódik a vízben. A műtrágyák alkotórészeként, az üveggyártásnál, a pirotechnikában (már évszázadokkal korábban puskaport készítettek belőle) használják.
A klorid anionok kimutatására az ezüstnitrát (AgNO3) oldatot használják. Amennyiben a mintában Cl– ionok vannak jelen, az ezüst-klorid AgCl fehér csapadéka keletkezik.
Nátrium-nitrát (NaNO3 – chilei salétrom) – fehér kristályos anyag, jól oldódik a vízben. A műtrágyák alkotórészeként, az üveggyártásban, a pirotechnikában, az élelmiszeriparban a hústermékek tartósítására és színük megőrzésére használják. A növények számára nagyon fontosak a nitrogén tartalmú műtrágyák. Befolyásolják a termés mennyiségét és minőségét (pl. javítják a zöldségek tartósságát). A nitrátok túlzott alkalmazása azonban káros. A nitrátfelesleg felhalmozódik a talajban, ahonnan bemosódik a felszín alatti vizekbe. Az ivóvízforrások növekvő nitráttartalma és a túltrágyázott növények (pl. a saláta, a spenót, a retek) károsítják az egészséget (elsősorban a gyermekekét). Sajnos túlzott mennyiségű nitrát kerül a szervezetbe bizonyos húsipari termékek fogyasztásakor is.
Vegyületek Karbonátok és hidrogén-karbonátok (a szénsav sói) Nátrium-karbonát (Na2CO3 – szóda) – fehér szilárd anyag, vízben jól oldódik. Vizes oldatából 10 molekula vízzel kristályosodik („dekahidrát”) és ezt kristályszódának nevezik. Az üveggyártásban és a mosószerek előállításánál (vízlágyítóként) használják. Nátrium-hidrogén-karbonát (NaHCO3 – szódabikarbóna) – fehér szilárd anyag, vízben kis mértékben oldódik. Felhasználják pl. gyomorpanaszoknál (a gyomorsav túltengés megszüntetésére), a sütőporban (a keletkező CO2 megnöveli a tészta térfogatát), fémtárgyak tisztítására, folttisztításra. Kálium-karbonát (K2CO3 – hamuzsír) – fehér szilárd anyag, vízben jól oldódik. Felhasználják pl. az üveggyártásban és szappanok készítésére. Kalcium-karbonát (CaCO3 – szénsavas mész) – fehér szilárd anyag, a vízben lényegében nem oldódik. A természetben legnagyobb mennyiségben egy kőzet: mészkő formájában fordul elő. Építőanyagként (márvány – kristályos mészkő), mész, műtrágya előállítására használják. Kalcium-hidrogén-karbonát (Ca(HCO3)2) Csak vizes oldat formájában ismert. A kalcium- hidrogén-karbonát felelős a víz keménységéért. A természetben a víz és a szén-dioxid hatására keletkezik a mészkőt tartalmazó kőzetből. A mészkőtartalmú kőzetek felületén barázdák képződnek, a felszín alatti rétegekben barlangok alakulhatnak ki. A víz és a szén-dioxid elpárolgását követően a kalcium-hidrogén-karbonát oldatából mészkő képződik, amely cseppköveket és mészkőteraszokat hoz létre. Hasonló módon bomlik le a hevítés során is, miközben szintén mészkő keletkezik, amely a főzőedények, fazekak alján, a fűtőspirálokon, a központi fűtés csőrendszerén, mint vízkő rakódik le. Jelentős sók pl. a kloridok, a szulfátok, a nitrátok, a karbonátok és a hidrogén-karbonátok.
75 Na2CO3 • 10H2O kristályszóda (nátrium-karbonát-dekahidrát) A kristályszóda hevítése Na2CO3 • 10H2O Na2CO3 + 10H2O A savanyú sók azok a sók, amelyben a sav egyik hidrogénatomját nem helyettesítette fématom, pl. nátriumhidrogén-karbonát (NaHCO3). A nátrium-hidrogén-karbonát hevítéssel nátrium-karbonáttá alakul át, miközben szén-dioxid és víz keletkezik: 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O A Gömör-Tornai karszt/Slovenský kras (kb. 400 km2) Szlovákia különleges területei közé tartozik. Találhatók itt akár 400 m mély kanyonok (pl. Sajó/Slaná), vad szurdokvölgyek (pl. Szádelőivölgy/Zádielska tiesňava), karsztfennsíkok (pl. Murányi-fennsík/Muránska planina), szakadékok (a legmélyebb a Szilicei-fennsíkon/Silická planina található Barázdálás-zsomboly/Brázda, amely 182 m mély), de szép cseppkődíszítésű barlangok is (pl. Domica). Ezek a természeti képződmények az esővíz hosszantartó hatása nyomán keletkeztek a mészkőben.
76
Vegyületek 4.6. A tananyag összefoglalása A víz az élet alapvető feltétele. A víz oldószer, amelyben a szervezet kémiai reakciói végbemennek. Az oxidok két elemből: oxigénből és egy másik elemből álló vegyületek. Az oxigén oxidációs száma az oxidokban –II. A kalcium-oxidot és a szilícium-dioxidot az építőiparban alkalmazzák. A kén-dioxid, a nitrogén oxidok és a szén-dioxid negatívan hat a környezetre (a nitrogén oxidok és a kén-dioxid – savas esők, szén-dioxid – üvegházhatás). Az indikátorok olyan anyagok, amelyek színe a közegtől függően változik. Az oldatok savasságát a pH segítségével fejezhetjük ki. A savas oldatok pHértéke kisebb 7-nél. Minél jobban közelít a 0-hoz, az oldat annál savasabb. A semleges oldatok pH-értéke 7-tel egyenlő. A lúgos (bázikus) oldatok pH-értéke nagyobb 7-nél. Minél jobban közelít a pH-érték a 14-hez, az oldat annál lúgosabb. A savakat felosztják hidrogénsavakra és oxosavakra. A hidrogénsavak két elemből: hidrogénből és egy nemfémes elemből álló vegyületek, pl. a hidrogén-kloridsav (sósav, HCl). Az oxosavak három elemből: hidrogénből, nemfémes elemből és oxigénből álló vegyületek, pl. a salétromsav (HNO3), a kénsav (H2SO4). A savak a vizes oldatokban ionizálnak, miközben oxónium kationok – H3O+ és a savanionok keletkeznek. Az oxónium kationok okozzák az oldat savasságát. A savoldatok pH-értéke kisebb 7-nél. A savak fontos anyagok, pl. a háztartásban és az iparban használják őket. A savak maróanyagok, ezért velük dolgozva be kell tartani a biztonsági előírásokat. A hidroxidok három elemet: fémet, oxigént és hidrogént tartalmazó vegyületek. A hidroxidok a vizes oldatban ionizálnak, miközben hidroxid-anionok – OH– és fémkationok keletkeznek. A hidroxid-anionok okozzák a hidroxidok lúgosságát. A hidroxidok oldatainak pH-értéke nagyobb 7-nél. A hidroxidok fontos anyagok pl. az építőiparban, a mezőgazdaságban és a háztartásban alkalmazzák. A hidroxidok maróanyagok, ezért velük dolgozva be kell tartani a biztonsági előírásokat. A sók a fém kationjából és a sav anionjából álló vegyületek. Fontos sók pl. a kloridok, a szulfátok, a nitrátok, a karbonátok és a hidrogén-karbonátok.
77
Vegyületek 4.7. Kérdések és feladatok 4.7.1. Víz (4.1. rész) 1. Egészítsétek ki: a) A víz az élet alapvető feltétele. A víz ..............................., amelyben a szervezet kémiai reakciói végbemennek. b) A víz mind a három halmazállapotában előfordul: ......................................... ........................................................ c) A feloldott anyagok mennyisége alapján ezeket a víztípusokat különböztetjük meg: ......................................... 2. Válasszátok ki a helyes állítást: a) az ásványvizet elpárologtatva nem marad vissza szilárd anyag az óraüvegen, b) a desztillált víz kemény víz, c) a desztillált víz nem vegyület, d) az ásványvíz és az ivóvíz oldat. 3. Indokoljátok meg, miért nem ajánlatos a gőzölős vasalóba vagy a személygépkocsi hűtőjébe csapvizet tölteni. Milyen vizet használnak erre a célra? 4. Soroljátok fel a lakóhelyetek közelében található folyó lehetséges szennyező forrásait! 5. Az emberi szervezetben a víz részaránya a legnagyobb. Számítsátok ki, mennyi víz található kötött formában a testetekben (vegyétek figyelembe, hogy a test 60 % vizet tartalmaz). 6.
A részecskék ábrája alapján magyarázzátok meg a vízmolekula keletkezését!
1
+
8
1
8
8 8
+ 1
1
Projektet készítünk Szlovákia gazdag ásványvízforrásokban, némelyek gyógyhatásúak. Dolgozzatok ki egy projektet Ásványvizek régiónkban címmel.
78
Vegyületek Oxidok (4.2. rész) 1. Egészítsétek ki: a) Az oxidok ...... vegyületek, amelyek oxigénből és egy további elemből állnak. b) Az oxigén oxidációs száma az oxidokban ................ c) Az építőiparban pl. a ....................-oxidot és a ....................-oxidot használják. d) A kén-dioxid, a nitrogén oxidok és a szén-dioxid negatívan hat a ..................... 2. Írjátok le a képletét: a) a szén-monoxidnak, b) a kén-trioxidnak, c) a nitrogén-pentoxidnak, a nitrogén-dioxidnak. 3. Írjátok le a nevüket: a) SO2, b) CuO, c) Cl2O, d) I2O5. 4. Minden ponthoz írjátok oda az oxid nevét és képletét, amely: a) a tűzoltó készülék töltőanyaga, b) a vízgőzzel és a metánnal együtt közreműködik az üvegházhatás kialakulásában, c) főleg a barnaszén elégetésekor kerül a levegőbe, d) a homok fő alkotórésze.
1.
5.
A mészkő (CaCO3) hőbontásával kalcium-oxid és szén-dioxid keletkezik. Írjátok le a folyamatot kémiai egyenlettel!
6.
A szén-dioxid sűrűbb a levegőnél. Ennek ellenére, ahogy a fényképeken láthatjátok, két, főzőpohárral letakart gyertya közül elsőként a hosszabb gyertya aludt el. Használjátok fel a fizikaórán szerzett ismereteiteket és magyarázzátok meg a jelenséget!
2.
3.
4.
Gondolkodunk és felfedezünk Bizonyos anyagokat az ún. önmelegítő csomagolások (fűtőpárnák, hotpack) gyártásánál alkalmaznak. Az egyik ilyen anyag a kalcium-oxid. Elegendő néhány percig hevesen rázni a konzervet és az ital vagy az étel felmelegszik benne. Állapítsátok meg, hogyan lehetséges ez.
Vegyületek 4.7.2. Savak (4.3. rész) 1. Egészítsétek ki: a) Az ............................. olyan anyagok, amelyek színe a közegtől (a közeg kémhatásától) függően változik. b) A savak oldatának savasságát az ............................. okozzák. c) Az oldatok savasságát a .......... segítségével fejezhetjük ki. A savas oldatok .....-értéke ...... mint 7. Minél jobban közelít ez az érték a 0-hoz, az oldat annál ........... 2. Egészítsétek ki: a) A savakat felosztják hidrogénsavakra és ................................................................ b) A ..........-savak ..........-ból és savképző elemből állnak (pl. ..................................) c) Az ..........-savak ..........-ból, savképző elemből és ..........-ből állnak (pl. .............) 3. Írjátok le annak az elemnek a vegyjelét, amelyet minden sav tartalmaz! 4. A hidrogén-klorid oldódásakor a vízben hidrogén-kloridsav (sósav) keletkezik. A hidrogén-kloridsav két ion vizes oldata. Írjátok le a nevüket és a képletüket. Írjátok le ezt a folyamatot kémiai egyenlettel! 5. Hogyan kell elsősegélyben részesíteni azt, akire koncentrált sav ömlött? 6. Az oldal szélén található jelek közül válasszátok ki a maróanyagot! 7. Válasszátok ki a helyes állításokat a sósavról! a) Akkumulátorsavként használják. b) Nagyon híg formában a gyomornedv része. c) A fémek tisztítására használják. d) Az oxosavak közé tartozik. 8. Válasszátok ki a helyes állításokat! a) A savak vizes oldatukban ionizálnak, miközben oxónium kationok keletkeznek. b) Az oxigén kationjai okozzák a savoldatok savasságát. c) A savoldatok pH-értéke kisebb mint 7. d) Minden sav tartalmaz oxigént. 9. Írjátok le a savak képletét és mindegyikhez írjatok két példát a felhasználásukra! a) sósav, b) kénsav, c) salétromsav.
Projektet készítünk Állapítsátok meg, mely savak és egyéb anyagok találhatók a Coca-colában! Hogyan hatnak ezek az anyagok az emberi szervezetre? Dolgozzatok ki egy projektet a következő címmel: Igyunk vagy ne igyunk Cocacolát?
79
80
Vegyületek 4.7.3. Hidroxidok (4.4. rész) 1. Egészítsétek ki: a) A hidroxidok ...... vegyületek, amelyek fémes elemből, ...... és ...... állnak. b) A hidroxidok vizes oldataikban ionizálnak, miközben ...... és fémkationok keletkeznek. c) A hidroxidok lúgosságát a ...... okozzák. A lúgos oldatok pH-értéke ...... mint 7 d) A hidroxidok ......, ezért velük dolgozva be kell tartani a biztonsági előírásokat. e) A hidroxidok fontos anyagok, pl. a mezőgazdaságban, a háztartásban és az ...... használják őket. 2. Válasszátok ki a helyes állításokat! a) A hidroxidok a vizes oldatban ionizálnak, miközben oxigén anionok keletkeznek. b) A nátrium-hidroxidhoz és a kálium-hidroxidhoz hasonlóan a kalcium-hidroxid is maró hatású. c) A lúgos oldatok pH-értéke nagyobb 7-nél. d) Minden hidroxid nátriumot tartalmaz. 3. Írjátok le a hidroxidok képleteit és mindegyik mellett tüntessetek fel két példát a felhasználásukra! a) nátrium-hidroxid és kálium-hidroxid b) kalcium-hidroxid 4. Állapítsátok meg, hogy a fényképeken látható főzőpoharak közül melyik az a kettő, amelyben hidroxid van, ha a), b) esetben az oldatba fenolftaleint, a c), d) esetben univerzális indikátorpapírt tettünk. a) b) c) d)
5.
6. 7.
Ha ismeritek azoknak a hidroxidoknak a nevét és képletét, amelyek kötött K-t és Na-t tartalmaznak, a periódusos táblázat segítségével levezethetitek a kötött Li-ot tartalmazó hidroxid nevét és képletét. Írjátok le ezeknek a hidroxidoknak a nevét és a képletét! Írjátok le az égetett mész és az oltott mész képletét! Egészítsétek ki a hidroxidok ionizálását a vízben: a) NaOH H O ............... + ..................... b) Ca(OH)2 H O ............... + ..................... 2
2
8.
Miért vált ibolyaszínűvé az oldat, amikor a nátrium reakcióba lépett a vízzel?
Vegyületek Sók (4.5. rész) 1. Mik a sók? 2. Osszátok fel a következő vegyületeket: NaCl, HCl, CaO, Ca(OH)2, H2SO4, KNO3, SO3, ZnCl2, KOH a) oxidokra, hidroxidokra, savakra és sókra, b) két és három elemet tartalmazó vegyületekre. 3. Válasszátok ki azt az anyagot, amely nem tartozik a többi közé: KCl, NaCl, Ca, LiCl, CaCl2. Választásotokat indokoljátok meg! 4. Írjátok le a nátrium-klorid jelentőségét és felhasználását! 5. Véleményetek szerint miért sózzák az eljegesedett utakat és járdákat. Milyen negatív környezeti hatása van ennek az eljárásnak? 6. Indokoljátok meg, hogy miért kell tavasszal (a téli útsózás után) alaposan lemosatni a gépjármű alvázát 7. a) b) c) d)
Válasszátok ki a helytelen állításokat! A kalcium-szulfát (CaSO4) fehér kristályos anyag, vízben rosszul oldódik, amely 2 vízmolekulával kristályosodik (képletében) – ez a gipsz. A kálium-nitrát (KNO3) kék kristályos anyag, amelyet a penészgombák ellen használnak. Az ivóvízforrásokban megnőtt nitráttartalom és a túltrágyázott növények egészségkárosodást okoznak. Minden só maróanyag, ezért nem alkalmazható a háztartásokban.
8.
A kémiaórákon megtanultátok, hogyan lehet kristályokat nyerni az anyagok vizes oldatából. Írjátok le az eljárást, esetleg hajtsátok is végre!
9.
A fényképek alapján írjátok le a rézgáliccal végzett kísérletet, amelyet az előző tanévben végeztetek.
Projektet készítünk Mindnyájan ismerjük a konyhasó jellegzetes ízét, de csak kevesen tudatosítják ezeknek a fehér kristályoknak a valós jelentőségét és a túlzott sózás következményeit az emberi szervezetben. Készítsetek projektet a következő témára: Só – az ember számára szükséges, de veszélyes anyag.
81
Munka az iskolai laboratóriumban
Megtanuljuk, hogy • A kémiai reakciók során vajon érvényes-e a tömeg/ anyagmegmaradás törvénye • Mi történik a kémiai reakciókban az anyagrészecskékkel • Vajon változik-e a kémiai reakciókban az atomok száma és fajtája • Hogyan írjuk le a kémiai reakciókat • Mik a sztöchiometriai együtthatók • Mi a közömbösítés • Mik a redoxi reakciók • Mi az oxidáció és a redukció
84
Kémiai reakciók 5. Kémiai reakciók 5.1. Kémiai reakciók és kémiai egyenletek
Keressük az összefüggéseket
1.
A kísérlet során, amelyet már elvégeztetek a kémiaórán, a rézgálic oldata (a nagyobb főzőpohárban) és a szóda oldata (a kisebb főzőpohárban) volt a kiindulási anyag. Sérült-e az egyensúly a mérlegen a kémiai reakció közben? Az egyensúly nem sérült. A termékek tömege megegyezik a kiindulási anyagok tömegével. A kémiai reakciókat kémiai egyenletekkel írják le. A kémiai egyenletben a kiindulási anyagokat és a termékeket vegyjelekkel és képletekkel jelölik. Az egyenlet bal oldalára írják a kiindulási anyagok vegyjeleit vagy képleteit, az egyenlet jobb oldalára kerülnek a termékek vegyjelei vagy képletei. Az egyenlet két oldalát egy nyíl választja el, amely a kiindulási anyagoktól a termékek irányába mutat:
2.
kiindulási anyagok
termékek
A kiindulási anyagok és a termékek megegyező tömege megmérhető, amennyiben megakadályozzák a gáznemű termékek elillanását (pl. zárt edényt használnak). A tömeg/anyagmegmaradás törvényének a felfedezői (A. L. Lavoisier, M. V. Lomonoszov) több mint 200 évvel ezelőtt még nem rendelkeztek ismeretekkel az anyagok részecske-összetételéről. Az anyagokat alkotó részecskék felfedezését követően a tömeg/anyagmegmaradás törvénye beigazolódott és így lehet megfogalmazni: A kiindulási anyagokat alkotó elemek atomjainak a száma megegyezik a termékeket alkotó elemek atomjainak a számával. 3.
A kémiai egyenletben a vegyjelek és a képletek elé számokat írnak, amelyeket sztöchiometriai együtthatóknak neveznek. Ezek segítségével biztosítható a tömeg/ anyagmegmaradás törvényének az érvényessége. A sztöchiometriai együtthatók fejezik ki a reakcióba lépő kiindulási anyagok és a keletkező termékek részecskéinek a számarányát.
Gondolkodunk és felfedezünk
4.
A fényképeken bemutatott kísérletben az egyik termék egy gáz. A kis légballonból kiszórt szódabikarbóna és a kénsav reakciója során keletkezik. Milyen lesz a termékek tömege a kiindulási anyagok tömegéhez viszonyítva? Megváltozna ez az érték, ha nem használnánk légballont? A kémiai reakciók során érvényes a tömegmegmaradás/anyagmegmaradás törvénye.
Kémiai reakciók A sztöchiometriai együtthatók meghatározása A hidrogén és az oxigén egyesülésének kémiai reakcióját, amely során víz keletkezik így írjuk: H2 + O2 H2O Megszámoljuk a hidrogénatomokat az egyenlet bal és jobb oldalán.
+
H2 + O2 2 H-atom
H2O 2 H-atom Megszámoljuk az oxigénatomokat az egyenlet bal és jobb oldalán.
+
H2 + O2 2 O-atom
H2O 1 O-atom
Hogy két oxigénatomunk legyen az egyenlet jobb oldalán, a H2O elé egy 2-t írunk, tehát: +
H2 + O2 2 O-atom
2H2O 2 O-atom
Most az egyenlet jobb oldalán négy hidrogénatomunk van, az egyenlet bal oldalán csak kettő, ezért a H2 elé 2-t írunk: +
2H2 + O2 4 H-atom
2H2O 4 H-atom
Ha a sztöchiometriai együttható 1, az egyenletekben nem írják (a vegyjel vagy a képlet előtt nincs semmilyen számjegy). A kapott kémiai egyenletben érvényes: a kiindulási anyagokat alkotó elemek atomjainak a száma megegyezik a termékeket alkotó elemek atomjainak a számával. A kémiai reakciókat kémiai egyenletekkel írják le. A kémiai egyenlet kifejezi: – melyek a kiindulási anyagok és melyek a termékek a kémiai reakcióban, – a részecskék részarányát a kémiai reakcióban, A kémiai egyenletben a kiindulási anyagokat és a termékeket egy nyíl választja el és vegyjelekkel és képletekkel írják őket. A kiindulási anyagokat alkotó elemek atomjainak a száma meg kell hogy egyezzen a termékeket alkotó elemek atomjainak a számával.
85
A kémiai reakciók kémiai egyenletekkel történő leírása különböző módon történhet. Az egyszerű írásmód esetében megadják a kiindulási anyagok és a termékek vegyjelét, képletét és sztöchiometriai együtthatóját. pl. 2H2 + O2 2H2O HCl + NaOH H2O + NaCl Az állapotegyenletben feltüntetik a kiindulási anyagok és a termékek halmazállapotát is: s – szilárd halmazállapot, l – cseppfolyós halmazállapot, g – gáz halmazállapot, aq – az anyag vizes oldata, pl. 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) HCl(aq) + NaOH (aq) H2O(l) + NaCl(aq) További két írásmódot majd a Közömbösítés című részben ismertetünk. Ha a kémiai egyenletben minden résztvevő részecske (ionok és más anyagok) képletét feltüntetik, akkor a kémiai reakció leírásának teljes ionos formájáról beszélünk, pl. H3O+ + Cl– + Na+ + OH használják– 2H2O + Na+ + Cl– Rendszerint a rövidített ionegyenletet használják, amelyben csak az egymással reagáló ionok képletét tüntetik fel, pl. H3O+ + OH– 2H2O
kísérlet
86
Eszközök és vegyszerek: 1. titráló (álló) lombik 2. büretta 3. pipetta 4. Bunsen-állvány szorítódióval és szorítóval 5. óraüveg 6. vasháromláb 7. azbesztes drótháló 8. Bunsen-égő 9. gyufa 10. fehér papírlap 11. nátrium-hidroxid (híg.) 12. sósav (híg.) 13. fenolftalein oldat Megjegyzések: A titráló lombik helyett más lombik is használható (pl. Erlenmeyer-lombik). Büretta helyett pipettát is alkalmazhatnak. A reakcióhoz hígított oldatok is használhatók, pl. HCl oldat: 8,6 ml konc. HCl-t (w = 37 %) vízzel 1 l-re töltjük fel, NaOH: 4 g NaOH-t 100 ml vízben feloldunk és az oldatot 1 l-re töltjük fel.
Kémiai reakciók 5.2. Közömbösítés (semlegesítés)
Keressük az összefüggéseket Gondolkodjatok el róla, hogyan függ össze az oldatok savassága és lúgossága a H3O+ és OH– ionok mennyiségével és pH-értékével. Milyenek a semleges oldatok? savas oldatok semleges oldatok lúgos oldatok H3O+ mennyisége > OH– mennyisége H3O+ mennyisége = OH– mennyisége H3O+ mennyisége < OH– mennyisége pH < 7 pH = 7 pH > 7
Az oldatban található H3O+ és OH– ionok arányától függően az oldatokat savas, semleges és lúgos oldatokra osztják. Mit vizsgálunk? A nátrium-hidroxid oldat és a híg sósav kémiai reakcióját – a közömbösítést. Végrehajtás: 1. A lombikba 20 ml hígított NaOH oldatot öntünk. 2. Az oldathoz 3 – 3 csepp fenolftalein oldatot adunk. A lombik alá fehér papírlapot helyezünk. Összekeverjük és megfigyeljük. 3. Bürettából vagy pipettából híg sósavat adunk hozzá. A lombikban lévő oldatot körkörös mozgással összekeverjük. Megfigyeljük, mi történik az oldat színével a savcseppek beesésekor. A savat addig adagoljuk, amíg az utolsó csepp sav hozzáadása után az oldat elszíneződik. 4. Az oldatból néhány cseppnyit óraüvegre öntünk, és mérsékelt melegítéssel bepároljuk.
A NaOH oldat + fenolftalein ibolya színű.
A sav hozzáadásakor az oldat elszíntelenedett.
Megfigyelés: A nátrium-hidroxid színtelen oldata a fenolftalein oldat hozzáadása után ibolyaszínűre változott. Az ibolyaszínű oldat a savcsepp beesésének helyén fokozatosan halványodott, míg végül teljesen elszíneződött. Az oldat elpárologtatásával fehér por keletkezett.
Kémiai reakciók Magyarázat: A savoldatot a bázis oldatához csepegtetve megfigyeltük a fenolftalein indikátor színváltozását. (A fenolftalein a savas és semleges oldatokban színtelen, a lúgos oldatokban ibolyaszínű.) A savoldat hozzáadásával a pH fokozatosan csökkent, végül az NaOH-oldat közömbösítődött (semleges lett). A fehér anyag, amely az oldatból vett cseppek elpárologtatásával visszamaradt, nátrium-klorid volt. A sósav és a nátrium-hidroxid reakciójának egyenlete: HCl + NaOH sav + hidroxid
H2O víz
+ +
NaCl só
A savak és a lúgok vizes oldatai reagálnak egymással. A savak savas tulajdonságai és a hidroxidok bázikus tulajdonságai megszűnnek, amint egymással reagálnak. Ez a jelenség a savak és a hidroxidok ionizálásával magyarázható meg, amikor a vízben oldódnak: H3O+ + Cl–
HCl + H2O NaOH
H2O
H3O+ + Cl– + Na+ + OH–
Na + OH +
–
Az oxónium kationok reagáltak a hidroxid anionokkal vízmolekulák képződése közben. A reakciót közömbösítésnek vagy semlegesítésnek nevezik, mert a savas és a bázisos oldatból semleges oldat keletkezett. A Na+ és a Cl– ionok nem változtak az oldatban. A közömbösítés lényege az oxónium kationok és a hidroxid anionok reakciója vízképződés közben: H3O+
+
OH–
2H2O
H3O+ Cl– H2O
közömbösítés Na+
OH– H2O
H2O Cl–
Na+ H2O
A közömbösítés (semlegesítés) reakcióját az anyagokban (pl. ásványvizekben, talajban, szennyvizekben) lévő savak vagy bázisok mennyiségének pontos laboratóriumi meghatározására használják, továbbá abból a célból, hogy megszüntessék a savak vagy lúgok nem kívánatos kémhatását a szennyvizekben, a talajban. Közömbösítéssel állítanak elő fontos ipari anyagokat (sókat). A közömbösítés (semlegesítés) a sav és a hidroxid reakciója só képződése közben.
87 A közömbösítés exoterm reakció, hő felszabadulásával jár. Azt a közömbösítési (semlegesítési) titrálási módszert, amellyel megállapítható a bázis vagy a sav mennyisége, sav-bázis térfogatos analízisnek (acidi-alkalimetriának) nevezik. Az ismeretlen mintát titráló lombikba helyezik. Bürettából savat vagy lúgot csepegtetnek hozzá, amíg el nem érik azt a pontot (végpont), amelynél bekövetkezik az indikátor színátcsapása.
2H2O + Na+ + Cl–
88
Kémiai reakciók 5.3. Redoxi reakciók
Keressük az összefüggéseket A kémiai egyenletekben minden atom vegyjele fölött tüntessétek fel az oxidációs számukat. Hasonlítsátok össze, miben különböznek az egyes kémiai reakciók az oxidációs számok változását illetően a kiindulási anyagoknál és a termékeknél. NaOH + HCl NaCl + H2O 2NaCl 2Na + Cl2
kísérlet
A rézlemezekből készült régi háztetőkön (a képen a pozsonyi/Bratislava Mihály-kapu) zöld réteget látni – ez a patina. A réteg úgy képződött, hogy a réz reakcióba lépett a levegőben található anyagokkal (H2O, O2, CO2) és főleg réz(II)-karbonátból (CuCO3) áll. Ebben a redoxi reakcióban a réz oxidációs száma 0-ról II-re változott.
A közömbösítésnél az atomok oxidációs száma nem változott: NaIO–IIHI + HICl–I NaICl–I + H2IO–II A nátrium és a klór egyesülésekor megváltozott a nátriumatom és a klóratom oxidációs száma is 2Na0 + Cl02 2NaICl–I A nátrium és a klór egyesülésekor a kiindulási anyag két elem – a nátrium és a klór. Atomjaik oxidációs száma 0 (Na0, Cl02 ). A reakciótermék – a nátrium-klorid – vegyület. A nátriumatom oxidációs száma I, a klóratomé –I (NaICl–I). A nátriumatom oxidációs száma tehát a reakció során 0-ról I-re változott, a klóratomé 0-ról –I-re. Ebben a kémiai reakcióban, amely redoxi folyamat (oxidációs-redukciós reakció), megváltozik az atomok oxidációs száma. Mit vizsgálunk? A réz reakcióját a levegő oxigénjével. Végrehajtás: 1. Egy darab rézlapocskát tégelyfogóval megfogunk és a Bunsen-égő lángjában hevítünk, amíg a réz nem kezd el izzani. 2. A rézlapocskát kivesszük a lángból és megfigyeljük.
Eszközök és vegyszerek: 1. tégelyfogó 2. Bunsen-égő 3. gyufa 4. rézlapocska
Megjegyzés: A kísérletet összehajtogatott lapocskával is elvégezhetjük és összehasonlíthatjuk a lapocskának azzal a részével, amely nem érintkezett a levegővel.
Megfigyelés: A rézlapocska felületén fekete bevonat képződött. Magyarázat: A bevonatot alkotó fekete anyag a réz és a levegő oxigénje között végbement reakcióban keletkezett réz(II)-oxid. A reakció kémiai egyenlete: 2Cu + O2 2CuO
Kémiai reakciók A rézatomok oxidációs száma 0-ról II-re változott, az oxigénatomoké 0-ról –II-re. Ez a kémiai folyamat redoxi reakció, mert megváltozik az atomok oxidációs száma. A redoxi reakciók két részfolyamatból tevődnek össze: oxidációból és redukcióból. Az oxidáció egy folyamat, amely során az atom oxidációs száma nő. Olyankor következik be pl., amikor az atom lead egy vagy több elektront. Pl. Cu0 – 2e– CuII A redukció egy folyamat, amely során az atom oxidációs száma csökken. Olyankor következik be, amikor az atom felvesz egy vagy több elektront. Pl. O0 + 2e– O–II Az oxidáció és a redukció mindig egyszerre megy végbe. Ha az egyik elem atomja elektront ad le, jelen kell lennie egy másik elem atomjának is, amely ezt az elektront felveszi. Azokat a kémiai reakciókat, amelyek során bizonyos anyagok oxidálódnak, mások pedig redukálódnak, redoxi reakcióknak nevezik:
Azokat az anyagokat, amelyek oxidálódnak és redukálódnak, nevezik oxidálószernek és redukálószernek is. Az oxidálószer egy olyan kiindulási anyag, amely más anyag oxidációját okozza. Maga eközben redukálódik. Az elemek közül a legerősebb oxidálószer a fluor és az oxigén. A redukálószer egy olyan kiindulásai anyag, amely más anyag redukcióját okozza. Maga eközben oxidálódik. A legerősebb redukálószer két fém: a nátrium és a kálium.
oxidáció
2Cu0 + O02
89
2CuIIO–II redukció
Számos kémiai reakció, amelyet a mindennapokból ismerünk éppen a redoxi reakciók közé tartozik. Az egyik jelentős anyag, amely más anyagokat oxidál (és maga közben redukálódik), az oxigén. Azt a kémiai reakciót, amely során az anyagokat az oxigén oxidálja, égésnek nevezik. Az égés gyors redoxi reakció. Ismertek lassú redoxi reakciók is. Ilyen például az anyagok korróziója. A legnagyobb károkat a vas korróziója (rozsdásodása) okozza, amelyben rozsda (vas(III)-oxid vízzel) keletkezik. A korrózióvédelem egyetlen módja, hogy a vasat más fémmel vonják be – pl. a gépkocsi-karosszériák krómozása, vastárgyak cinkezése. Eközben úgyszintén a redoxi reakciókat hasznosítják. Redoxi reakciók játszódnak le a légzés és a fotoszintézis során is. A redoxi reakcióknak köszönhetően termelnek elektromos energiát a gépkocsik akkumulátorai, de a fényképezőgépek, a karórák vagy a kamerák telepei is. Redoxi reakciókkal számos anyagot gyártanak, pl. vasat és más fémeket, savakat, hidroxidokat.
A redoxi reakciók (oxido-redukciós reakciók) kémiai folyamatok, amelyekben megváltozik az atomok oxidációs száma. Az oxidáció olyan folyamat, amelyben nő az atom oxidációs száma. Olyankor következik be, amikor az atom lead egy vagy több elektront. A redukció olyan folyamat, amelyben csökken az atom oxidációs száma. Olyankor következik be, amikor az atom felvesz egy vagy több elektront.
Jelentős redukálószer a szén. Pl. a kőszén égése során a szénatom (C0) IV oxidációs számú szénné oxidálódik a szén-dioxidban (CIVO2) Az oxigénatom (O0) a levegő oxigénmolekulájából (O02 ) –II oxidációs számú oxigénatommá redukálódik a szén-dioxidban (CO–II 2 ). A teljes redoxi reakció: CIVO–II C0 + O02 2 Ugyanaz az anyag az egyik kémiai reakcióban oxidálószerként, egy másik reakcióban redukálószerként viselkedhet. Ez függ az anyag fajtájától és a reakciópartner képességeitől. A vasércből (a vas(III)-oxidból) a vasat redukcióval állítják elő. A vas oxidációs száma III-ról 0-ra változik (FeIII Fe0). A redukciót a szén (koksz) okozza. A szénből oxidációval szén-dioxid keletkezik. A szén oxidációs száma 0-ról IV-re változik (C0 CIV). A nagyolvasztóban lejátszódó reakciók összesített egyenlete: 2Fe2O3 + 3C 4Fe + 3CO2
90
Kémiai reakciók 5.4. A tananyag összefoglalása A kémiai reakciókat kémiai egyenletekkel írják le. A kémiai egyenlet kifejezi: – melyek a kémiai reakcióban a kiindulási anyagok és a termékek, – a részecskék számának arányát a kémiai reakcióban. A kémiai reakcióban a kiindulási anyagokat és a termékeket nyíl választja el és vegyjelekkel és képletekkel írják őket. A kémiai reakciókra is vonatkozik a tömegmegmaradás/anyagmegmaradás törvénye. A reakcióba belépő anyagok tömege megegyezik a reakcióban keletkezett anyagok tömegével. A kiindulási anyagokat alkotó elemek atomjainak a száma azonos kell hogy legyen a termékeket alkotó elemek atomjainak a számával. A közömbösítés (semlegesítés) a sav és a hidroxid reakciója, miközben só és víz képződik. A redoxi reakciók (oxido-redukciós reakciók) olyan kémiai folyamatok, amelyekben megváltozik az atomok oxidációs száma. Az oxidáció olyan folyamat, amely során az atom oxidációs száma nő. Akkor megy végbe, amikor az atom lead egy vagy több elektront. A redukció olyan folyamat, amely során az atom oxidációs száma csökken. Akkor megy végbe, amikor az atom felvesz egy vagy több elektront. A redoxi reakciók között sok olyan kémiai reakció van, amelyekkel naponta találkozunk (pl. égés, légzés, fotoszintézis, korrózió). Közömbösítéssel és redoxi reakciókkal számos anyagot állítanak elő.
Kémiai reakciók 5.5. Kérdések és feladatok 5.5.1. Kémiai reakciók és kémiai egyenletek (5.1. rész) 1. Egészítsétek ki: a) A kémiai reakciókat kémiai ............................... írják le. b) A kémiai reakcióban a kiindulási anyagokat és a termékeket nyíl választja el és ..................... és ........................ írják őket. c) A kémiai reakciókra is vonatkozik a ......................... törvénye. d) Az egyes kiindulási anyagokat alkotó elemek atomjainak a számának .................... kell lennie a termékeket alkotó elemek atomjainak a számával. 2. Mondjátok el a tömeg/anyagmegmaradás törvényének a meghatározását! 3. Hogyan lehet kísérlettel szemléltetni a tömeg/anyagmegmaradás törvényét? 4. Válasszátok ki a helyes állításokat! a) A kémiai egyenleteket kémiai reakciókkal írjuk le. b) A kémiai reakciók során érvényes a tömeg/anyagmegmaradás törvénye. c) A sztöchiometriai együtthatókat jobbra le írják a vegyjel vagy a képlet után. d) A kiindulási anyagokat és a termékeket a kémiai reakcióban nyíl választja el. 5. a) b) c) d) e) 6.
Egészítsétek ki a sémákat kémiai egyenletekké: Na + Cl2 NaCl Al + O2 Al2O3 N2 + H2 NH3 Zn + HCl ZnCl2 + H2 H2SO4 + KOH K2SO4 + H2O
Egészítsétek ki a kémiai egyenletekben a hiányzó kiindulási anyagokat vagy a termékeket! a) Fe + ............ FeS b) 2H2 + O2 2 ......... c) CaCO3 CaO + ............... d) CaO + ............... Ca(OH)2 e) SO3 + ............... H2SO4
Dolgozunk a szöveggel Az áttekintésben össze vannak foglalva a kémiai reakciókkal kapcsolatos ismeretek. Kémiai tankönyvek (esetleg az internet) segítségével minden ponthoz dolgozzatok ki részletesebb magyarázatot. Néhány példát is mondjatok a kémiai reakciókra. Dolgozzatok csoportokban. A kémiai reakciókban: • az anyagok változnak: bizonyos kémiai anyagokból más kémiai anyagok keletkeznek, • hő használódik fel vagy hő szabadul fel, • érvényes a tömeg/anyagmegmaradás törvénye: a kiindulási anyagok tömege megegyezik a reakciótermékek tömegével, • a reagáló részecskék mennyisége, a hő, a szilárd kiindulási anyagok felületének nedvessége és a katalizátorok jelenléte befolyásolja a reakciósebességet.
91
92
Kémiai reakciók 5.5.2. Közömbösítés (5.2. rész) 1. Egészítsétek ki. a) .................. a sav és a hidroxid reakciója víz és só képződése közben. b) A közömbösítés lényege a .................. és a .................. reakciója. 2. Egészítsétek ki a kémiai egyenlet jobb oldalát és nevezzétek meg a termékeket! NaOH + HCl .................. + .................. 3. Hol hasznosítják a közömbösítést? 4. Válasszátok ki a helytelen állításokat a savas kémhatású vizes oldatokról és javítsátok ki őket! a) pH-értékük nagyobb 7-nél. b) Savasságukat (savas kémhatásukat) az oxónium kationok okozzák. c) A fenolftaleint ibolyaszínűre festik. d) Az oldat annál savasabb kémhatású, minél közelebb van a pH-értéke a 7-hez. 5. Válasszátok ki a helyes állításokat! a) A semleges kémhatású oldatok pH-értéke egyenlő 7-tel. b) Az oldatok lúgos kémhatását az oxónium kationok okozzák. c) A közömbösítéssel a savak és a bázisok oldatainak a tulajdonságai nem változnak. d) A közömbösítés segítségével jelentős ipari anyagokat gyártanak (sókat). 6. Válasszátok ki a közömbösítés egyenleteit és választásotokat indokoljátok meg. 2KCl a) 2K + Cl2 b) KOH + HCl H2O + KCl c) 2H2 + O2 2H2O MgCl2 + H2 d) Mg + 2HCl 7.
Egészítsétek ki: a) HCl + ....... H2O + NaCl H2O + KNO3 b) ............. + KOH c) H2SO4 + 2KOH ................. + 2H2O
8.
A növények számára fontos a talaj megfelelő savas kémhatása (savanyúsága). Bizonyos térségekben ezért a földművesek „meszezik” a talajt – égetett meszet (kalcium-oxidot) szórnak ki rá. Magyarázzátok el, hogy miért.
Gondolkodunk és felfedezünk A nagypapa sok zsíros húst evett és most „ég a gyomra”. Tudja, hogy gyomorsavtúltengése van és egészségesen kellene táplálkoznia. Elfogyasztott egy kiskanál szódabikarbónát. a) A nagypapa milyen kémiai reakciót hasznosított a problémája enyhítésére? b) Állapítsátok meg, mit jelent a „gyomorégés”, miért keletkezik ez az egészségi probléma? c) Hogyan előzhető meg a gyomorégés? d) Az orvosok e probléma kezelésére savlekötőket, ún. antacidumokat írnak fel. Mik ezek és hogyan hatnak? (Keressetek az interneten információkat!)
Kémiai reakciók 5.5.3. Redoxi reakciók (5.3. rész) 1. Egészítsétek ki: a) A redoxi reakciók (oxidációs-redukciós reakciók) olyan kémiai folyamatok, amelyekben az atomok oxidációs száma ................................... b) Az oxidáció olyan folyamat, amely során az atom oxidációs száma .......... Akkor megy végbe, ha az atom .................................. egy vagy több elektront. c) A redukció olyan folyamat, amely során az atom oxidációs száma ....................... Akkor megy végbe, amikor az atom .......................... egy vagy több elektront. 2. Az alábbi folyamatok közül válasszátok ki a redukciót. Választásotokat indokoljátok. a) Br0 + e– Br–I b) Li0 – e– LiI c) O0 + 2e– O–II 0 – d) Ca – 2e CaII 3. Egészítsétek ki és osszátok fel oxidációra és redukcióra! .......... a) S0 + 2e– 0 – b) K ......... e KI – –I c) ........ + e F 0 – d) Mg – 2e ........... 4. Az égés: a) az anyagok egyesülése oxigénnel, b) lassú kémiai reakció, c) az anyagok heves oxidációja oxigénnel, d) olyan reakció, amely során az oxigén oxidációs száma –II-ről 0-ra változik. 5. Válasszátok ki a helyes állításokat. a) A közömbösítés során megváltozik az atomok oxidációs száma. b) A redoxi reakcióknál az atomok oxidációs száma nem változik. c) Az anyagok korróziója lassú redoxi reakció. d) A fémek korrózióvédelme során a fémbevonat kialakításánál felhasználják a redoxi reakciókat. 6. Mondjatok néhány redoxi reakciót a mindennapi életből. 7.
A kémiaórán elvégeztetek egy kísérletet, amelyben a rézgálic oldatába egy vasszöget helyeztetek. A reakció rövidített leírása: CuII + Fe0 Cu0 + FeII a) Írjátok le a reakció lefolyását! b) A nyilakhoz írjátok oda, hogy oxidációról vagy redukcióról van-e szó. c) Írjátok le az oxidáció és a redukció részegyenleteit!
Gondolkodunk és felfedezünk Azokat a redoxi reakciókat, amelyek az oldaton vagy az olvadékon áthaladó elektromos áram nyomán mennek végbe, elektrolízisnek nevezik. Írjátok le azt a berendezést, amelyben lejátszódik az elektrolízis, és állapítsátok meg a felhasználását.
93
kémcső
főzőpohár
Erlenmeyer-lombik
álló lombik
Petri-csésze
óraüveg
kristályosító-csésze
lepárlócsésze
mérőhenger
pipetta
Liebig-hűtő
spirituszégő
szűrőtölcsér
azbesztes drótháló
vasháromláb
szűrőkarika
Bunsen-állvány
tégelyfogó
szorító
szorítódió
kémcsőállvány
spatula
Bunsen-égő
tégelyfogó
Laboratóriumi eszközök
Próbáljuk ki • Hogyan állapítjuk meg a pH-értékét • Milyen a pH-értéke a különböző anyagoknak • Hogyan változtatja színét a vörös káposzta leve a különböző anyagokban • Hogyan megy végbe a közömbösítés • Hogyan reagál a fém a savval • Hogyan állítják elő a sókat • Hogyan állítják elő az oxidot a sóból
96
Laboratóriumi gyakorlatok
A gyakorlat neve Feladat Eszközök Vegyszerek
Végrehajtás Megjegyzés Más indikátorok is használhatók.
6.1. Különböző anyagok pH-értékének mérése Mérjétek meg néhány anyag pH-ját! 6 kis kémcső, kémcsőállvány, pinzetta Kénsav-oldat (5 %), nátrium-hidroxidoldat (5 %), desztillált víz, saját minták (pl. szappan, sampon, szaponát, mosószer, tisztítószer oldata, tea, tej, kakaó, ásványvíz, dzsúsz), univerzális indikátorpapír, fenolftalein-oldat. 1. A kémcsövekbe öntsetek a mintákból készült oldatokat. 2. Pinzettával merítsetek az oldatokba univerzális indikátorpapír-darabkákat és mérjétek meg a pH-t. 3. Az oldatokba cseppentsetek 2–3 csepp fenolftalein indikátort. 4. A kapott adatokat írjátok be a táblázatba. minta
Megfigyelés
az univerzális indikátorpapír színe
kénsav-oldat nátrium-hidroxid-oldat desztillált víz 1. minta 2. minta 3. minta
1. Mik az indikátorok? Feladatok
2. Mit fejez ki a pH-érték? A savas oldatok voltak (pH.......... 7): Összefoglalás
Semleges oldatok voltak (pH.......... 7): Lúgos oldatok voltak (pH.......... 7):
a pH-értéke
a fenolftalein színe
97
Laboratóriumi gyakorlatok 6.2.
A természetes színanyagoknak az oldat savas és lúgos kémhatásától függő színváltozásának a megfigyelése
A gyakorlat neve
Figyeljétek meg a vöröskáposzta levének színváltozását különböző közegekben!
Feladat
10 kémcső, kémcsőállvány, pipetta (cseppentő).
Eszközök
Kénsavoldat (5 %), nátrium-hidroxidoldat (5 %), desztillált víz, vörös káposzta leve, saját minták (pl. szappan, sampon, szaponát, mosópor oldata, tea), univerzális indikátorpapír.
Vegyszerek
1. Négy kémcsőbe öntsetek hígított savoldatot úgy, hogy az első kémcsőben lesz a legnagyobb térfogat, majd fokozatosan csökkentjük a térfogatot, és a negyedik kémcsőben lesz a legkisebb térfogat. Az oldatokat valamennyi kémcsőben töltsétek fel desztillált vízzel egyenlő térfogatra. 2. Az ötödik kémcsőbe öntsetek desztillált vizet! 3. Mérjétek meg a pH-t univerzális indikátorpapírral! 4. Mindegyik oldatba öntsetek kb. 0,5 ml vörös káposztalevet. 5. Ezt ismételjétek meg nátrium-hidroxidoldattal (az 1. pont szerint). 6. A saját mintátokhoz öntsetek vörös káposztalevet, hasonlítsátok össze a kapott színskálával és állapítsátok meg a pH közelítő értékét.
Végrehajtás Megjegyzés A tanulók egyes csoportjai a savak oldataival, más csoportjai a hidroxidok oldataival dolgozhatnak és kölcsönösen tájékoztathatják egymást a tapasztalataikról.
A kénsav hígított oldatai a kémcső száma 1. 2. 3. 4.
pH
a vörös káposzta levének színváltozása
pH
a vörös káposzta levének színváltozása
Megfigyelés
Desztillált víz a kémcső száma 5.
A nátrium-hidroxid hígított oldatai a kémcső száma 6. 7. 8. 9.
pH
saját minta 10.
pH
a vörös káposzta levének színváltozása
a vörös káposzta levének színváltozása
Melyik (a konyhában megtalálható) anyagot tennétek a vörös káposztába nem sokkal az előtt, hogy megpuhult, hogy a szép piros színe megmaradjon? Indokoljátok meg!
Kiegészítő feladat
A vörös káposzta leve ............................................, mert megváltoztatja a színét a ............................................................................. függően.
Összefoglalás
98
Laboratóriumi gyakorlatok
A gyakorlat neve Feladat
6.3. Közömbösítés Reagáltassátok a sósavat a nátrium-hidroxiddal
Eszközök
Titráló (álló) lombik (Erlenmeyer-lombik, esetleg főzőpohár), Bunsen-állvány szorítóval, büretta, pipetta, óraüveg, vasháromláb, azbesztes drótháló, Bunsen-égő, gyufa.
Vegyszerek
Híg sósav, híg nátrium-hidroxidoldat, desztillált víz, nátrium-klorid (szilárd), univerzális indikátorpapír, fenolftalein-oldat.
Végrehajtás Megjegyzések A büretta helyett pipettát vagy cseppentőt is használhattok.
1. A titráló lombikba öntsetek 20 ml híg nátrium-hidroxidoldatot és mérjétek meg a pH-t univerzális indikátorpapírral! 2. Az oldathoz adjatok 2–3 csepp fenolftalein-oldatot! 3. A bürettát töltsétek meg híg sósavval! 4. A nátrium-hidroxidoldatba lassan engedjetek híg sósavat. Az oldatot erősen keverjétek. A sósavat addig csepegtessétek, amíg az oldat egy csepp hatására meg nem változtatja a színét. Mérjétek meg a pH-ját! 5. Az oldatból egy keveset öntsetek az óraüvegre és pároljátok be.
A híg sósavoldatok és nátrium-hidroxidoldatok készítésének módját a 86. oldalon találjátok. Megfigyelés
oldat
az univerzális indikátorpa- pH-érték pír színe
a fenolftalein színe
híg nátrium-hidroxidoldat egy csepp nyomán elszíneződött oldat
1. Írjátok le, mi történt, amikor a sósavat a nátrium-hidroxid oldatához csepegtettétek. 2. Eljutottatok addig, hogy az oldat elszíntelenedett egy csepp sósavtól? 3. Jellemezzétek annak az anyagnak a tulajdonságait, amelyet az oldat elpárologtatásával nyertetek (halmazállapot, szín, külalak, vízoldékonyság). Hasonlítsátok össze a nátrium-kloriddal! Írjátok le a közömbösítési reakció lényegének kémiai egyenletét! Kiegészítő feladat
Összefoglalás
A reakció kémiai egyenlete: ............. + ............. NaOH + HCl A nátrium-hidroxid és a sósav közömbösítésekor a következő termékek keletkeztek: ......................................... a .........................................
99
Laboratóriumi gyakorlatok 6.4. A sav reakciója fémmel Reagáltassatok sósavat cinkkel és mutassátok ki a keletkező hidrogént. 2 kémcső, Bunsen-állvány szorítóval, vasháromláb, azbesztes drótháló, óraüveg, pipetta (cseppentő), Bunsen-égő, gyufa. Sósav (10 %), cink (szemcsés).
A gyakorlat neve Feladat Eszközök
Vegyszerek
1. A tégelyfogóban rögzített kémcsőbe öntsetek kb. 5 ml sósavat. 2. A sósavat tartalmazó kémcsőbe tegyetek 2–3 cinkszemcsét. 3. A kémcső nyílásához, ahol a hidrogén távozik, helyezzetek egy másik (száraz) kémcsövet és kb. 20 másodpercig fogjátok fel a hidrogént. 4. A hidrogént tartalmazó kémcsövet hüvelykujjatokkal zárjátok le, majd helyezzétek a Bunsen-égő lángjához úgy, hogy a (levegőnél könnyebb) hidrogén a láng felé áramoljon. Figyeljétek meg a kémcső falát. 5. A kémcsőben lévő oldatból cseppentsetek 2–3 cseppet az óraüvegre. 6. Az óraüveget helyezzétek a dróthálóra és szárazra pároljátok be.
Végrehajtás
1. Írjátok le a cink és a sósav kémiai reakciójának a lefolyását.
Megfigyelés
Megjegyzés A bepárologtatás elvégzéséhez nem kell minden tanulócsoportnak saját készülékkel rendelkeznie, használhatják a tanár asztalán felállított berendezést is.
2. Írjátok le, mi történt, amikor a hidrogént tartalmazó kémcsövet a Bunsen-égő lángjához helyeztétek. 3. Mit figyeltetek meg a kémcső falán, miután a hidrogén a lángba áramlott? 4. Mit figyeltetek meg az óraüvegen az oldat elpárologtatása után? Írjátok le a reakciók kémiai egyenleteit. Zn + 2HCl ................. + ................... 2H2 + O2 ................
Kiegészítő feladat
A cink és a sósav reakciója során ........................... keletkezett, a másik termék a cink-klorid volt. A cink-klorid jelenlétét a ............................................................... ..................................... bizonyította.
Összefoglalás
A hidrogén és a levegő oxigénjének a reakciója igazolja, hogy a hidrogén és a levegő elegye ....................................
100
Laboratóriumi gyakorlatok
A gyakorlat neve Feladat Eszközök
Vegyszerek Végrehajtás
Megjegyzések Az oldatot egyszerűbben is felmelegíthetjük, ha a főzőpoharat forró vízzel töltött edénybe állítjuk. A gyakorlatot elvégezhetjük közvetlen csapadékos leválasztással (kicsapatással) is, melegítés és hűtés nélkül. Megfigyelés
6.5. A kalcium-szulfát előállítása Állítsatok elő kalcium-szulfátot kalcium-klorid és kénsav reakciójával. 2 főzőpohár, mérőhenger, Bunsen-állvány, vasháromláb, azbesztes drótháló, szűrőpapír, szűrőkarika, szűrőtölcsér, üvegbot, hőmérő, óraüveg, bőrkesztyű (ill. más eszköz a forró főzőpohár megfogására), Bunsen-égő, gyufa. Kalcium-klorid oldata (10 %), kénsav oldata (10 %). 1. A főzőpohárba mérjetek be mérőhengerrel 25 ml kalcium-klorid oldatot. A mérőhengert vízzel öblítsétek ki. 2. Az oldatot melegítsétek fel kb. 50 °C-ra. 3. Fejezzétek be a melegítést és állandó kevergetés közben lassan öntsetek a főzőpohárba 12 ml kénsav oldatot. 4. A reakciókeveréket tartalmazó főzőpoharat hűtsétek le csapvízzel. 5. Állítsatok össze egy szűrőkészüléket és a csapadékot szűrjétek le. 6. A szűrőpapírt a termékkel (csapadékkal vagy szűrőlepénnyel) helyezzétek óraüvegre és hagyjátok a levegőn. 7. A kémcsőbe tegyetek egy keveset ebből a termékből, öntsetek hozzá vizet kb. 1 cm-ig, kevergessétek és állapítsátok meg, vajon oldódik-e a vízben. 1. Mit figyeltetek meg, amikor a kénsavoldatot a kalcium-klorid oldatához öntöttétek? 2. Mit figyeltetek meg, amikor a termékeket csapvízzel lehűtöttétek? 3. Írjátok le a kapott termék tulajdonságait (pl. halmazállapot, szín, külalak, vízoldékonyság).
Kiegészítő feladat
A kalcium-szulfát, amelyet előállítottatok a kémiai reakcióval, két vízmolekulával kristályosodott ki (dihidrát). Írjátok le a képletét!
Összefoglalás
Az előállított termék a vegyületeknek abba a csoportjába tartozik, amelyet ................... neveznek. .....................................................................
101
Laboratóriumi gyakorlatok 6.6. A réz(II)-oxid előállítása Állítsatok elő rézgálicból réz(II)-oxidot. 2 főzőpohár, mérőhenger, laboratóriumi mérleg, Bunsen-állvány, vasháromláb, azbesztes drótháló, szűrőpapír, szűrőkarika, szűrőtölcsér, üvegbot, óraüveg, bőrkesztyű (ill. más eszköz a forró főzőpohár megfogására), Bunsen-égő, gyufa.
A gyakorlat neve Feladat Eszközök
Rézgálic, nátrium-hidroxid-oldat (10 %), víz. Vegyszerek
1. 75 ml vízben oldjatok fel 2,5 g rézgálicot. 2. Öntsetek hozzá 15 ml nátrium-hidroxidoldatot. 3. A főzőpohárban lévő keveréket állandó kevergetés közben melegítsétek. Addig melegítsétek, amíg az egész keverék megváltoztatja a színét. 4. A keveréket hagyjátok lehűlni, majd öntsétek le az oldatot a keletkezett csapadékról (dekantálás). 5. Öntsetek hozzá kb. 100 ml vizet, a keveréket keverjétek meg és hagyjátok leülepedni. A szilárd termék feletti oldatot öntsétek le. Ezt az eljárást (átmosást) még egyszer ismételjétek meg. 6. A szilárd terméket – réz(II)-oxidot – szűrjétek le. 7. A csapadékot („szűrőlepényt”) tartalmazó szűrőpapírt helyezzétek óraüvegre és hagyjátok a levegőn megszáradni. 1. Mit észleltetek, amikor a nátrium-hidroxidoldatot a rézgálic oldatához öntöttétek?
Végrehajtás
Megjegyzés A gyakorlat elvégezhető átmosás nélkül is
Megfigyelés
2. Mit észleltetek a keverék melegítésekor? 1. A melegítés hatására a réz(II)-hidroxid, amely a rézgálic és a nátrium-hidroxid reakciójakor keletkezett, lebomlott és réz(II)-oxid jött létre.
Kiegészítő feladatok
2. Egészítsétek ki a reakciók kémiai egyenleteit: CuSO4 + 2NaOH ................ + Na2SO4 .................... ................. + H2O 3. Mi volt a célja az előállított szilárd termék átmosásának? A réz(II)-oxidot két reakcióval állítottuk elő. A rézgálic és a nátrium-hidroxid reakciója során ..................................................... keletkezett, amely a hő hatására ........................................ réz(II)-oxiddá és vízzé. A réz(II)-oxid a vízben oldódik/ nem oldódik. Vízzel átmostuk és ........................................ elválasztottuk.
Összefoglalás
102
A kérdések és a feladatok megoldása
2. Az anyagok összetétele 2.9.1. Kémiai elemek és vegyületek (2.1. rész) 1. a) A kémiai elemek (röviden: elemek) vegytiszta anyagok, amelyek már nem bonthatók egyszerűbb anyagokra. b) A vegyületek vegytiszta anyagok, amelyek egyszerűbb anyagokra bonthatók. c) Az elemek egyfajta atomokból állnak. d) A vegyületek különböző elemek összekapcsolt atomjaiból állnak. 2. H2O – vegyület, a többi elem. 3. a), d), f). 4. Hg + S HgS, kémiai egyesülés; elemek: Hg, S; vegyületek: HgS. 5. A B+C higany(II)-oxid higany + oxigén kémiai bomlás; elemek: higany, oxigén; vegyület: higany(II)-oxid. 2.9.2. Atomok és kémiai elemek (2.2. rész). A kémiai elemek neve és vegyjele (2.3. rész) 1. a) Az atom magból és burokból álló anyagrészecske. b) Az atommagban vannak a protonok és a neutronok, a burokban találhatók az elektronok. c) Az elektronok az atom elektronburkában héjakban vannak elrendeződve. d) Az atom elektromosan semleges anyagrészecske, mert a magban található protonok száma megegyezik az elektronok számával a burokban. e) A rendszám megadja a protonok számát az atommagban (egyúttal az elektronok számát a burokban). f) Az elem vegytiszta anyag, amely azonos rendszámú atomokból áll. 2. a) 16 proton, 20 neutron a 16 elektron, b) 16, c) kén. 3. a), d). 4. Például elektromos töltéssel. 5. A proton és az elektron töltése egyforma nagyságú, csak az előjelükben különböznek. A pozitív töltésű protonok száma a magban megegyezik a negatív töltésű elektronok számával a burokban. 6. c). 7. A magjában 80 proton van, rendszáma 80, ez a higanyatom. 8. a) 79Au, arany, b) 82Pb, ólom, c) 24Cr, króm, d) 34Se, szelén. 9. a) 11, b) 19, c) 17, d) 26
A kérdések és a feladatok megoldása 10. a) 5 proton, 5 elektron, b) 20 proton, 20 elektron, c) 16 proton, 16 elektron, d) 29 proton, 29 elektron. 11. Igen. A rendszám megadja az atommagban található protonok számát, egyúttal az elektronok számát is a burokban. 12. A kémiai elem vegytiszta anyag, amely azonos rendszámú atomokból áll. 13. Az Na vegyjel jelentheti a nátrium elem egy atomját, de magát a nátrium elemet is (sok atomot tartalmaz). 14. a) vas, železo, ferrum, iron, Eisen. b) oxigén, kyslík, oxygenium, oxygen, Sauerstoff, c) nitrogén, dusík, nitrogenium, nitrogen, Stickstoff, d) szén, uhlík, carboneum, carbon, Kohlenstoff. 2.9.3. Molekulák és vegyületek. (2.4. rész) Ionok (2.5. rész) 1. a) A molekula két vagy több összekapcsolódott atomból álló anyagrészecske. b) A vegyület két vagy több elem összekapcsolódott atomjaiból álló vegytiszta anyag. c) Az ion elektromosan töltött anyagrészecske. d) Kation (pozitív ion) keletkezik, ha az atom elektront ad le. e) Anion (negatív ion) keletkezik, ha az atom elektront vesz fel. 2. H2, HBr, N2, NO. 3. a) Na, He, C, b) O2–, Cl–, c) H2O, NO2, O3. 4. a) 3C, b) P4, c) 4N2. 5. Az elemet már nem lehet egyszerűbb anyagokra bontani, egyfajta atomokból áll. A vegyületet egyszerűbb anyagokra lehet bontani, különböző elemek atomjaiból áll. 6. Elemek: S8, Ne, I2. Vegyületek: HCl, H2O, HNO3. 7. a) elemek F2, K, O3, b) két elemből álló (biner) vegyületek HI, N2O5, PbO, c) három elemből álló vegyületek H2SO4. 8. a) CO2, b) N2O5, c) NH3. 9. a) két vízmolekula (két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll), b) egy ózonmolekula (három oxigénatomból áll), c) három hidrogénmolekula (két hidrogén atomból áll). Mg2+, b) Br0 + e– Br–, c) F0 + e– F–, 10. a) Mg0 – 2e– 11. a) 7 proton, 10 elektron, b) 20 proton, 18 elektron, c) 9 proton, 10 elektron. 2.9.4. Kémiai képletek és oxidációs szám (2.6. rész) Kémiai kötés (2.7. rész) 1. a) A kémiai kötés két vagy több atom közötti összetartó hatás, amelyet elektronok közvetítenek. b) Az ionkötés olyan kémiai kötés, amelyet ellenkező töltésű ionok – kation és anion – hoznak létre, amelyek vonzzák egymást. c) A kovalens kötés olyan kémiai kötés, amelyet a közös elektronpár – kötő elektronpár hoz létre. 2. Római számjeggyel jobbra fenn az elem vegyjele után. 3. a) a kénatom, oxidációs száma –II, b) foszforatom, oxidációs száma V, c) hidrogénatom, oxidációs száma I.
103
104
A kérdések és a feladatok megoldása 4. 5. 6. 7. 8.
a) KI, b) K+. a) Cl–I, b) Cl–, c) Cl02 . a) O–II, b) O2–, c) O02 . A levegő kémiai képlete nem írható le, mert a levegő keverék (gázok elegye). A szilárd nátrium-kloridban a kationok és az anionok szabályosan rendezettek és erősen kötve vannak. Nincsenek benne szabadon mozgó részecskék. Ezért a szilárd nátrium-klorid nem vezeti az elektromos áramot. A nátrium-klorid oldata vezeti az elektromos áramot. Az oldódás során az egyes részecskék (Na+ és Cl–) eltávolodnak egymástól és az oldatban szabadon mozognak. Ez a mozgásuk teszi lehetővé az elektromos áram vezetését. 9. Minden hidrogénatom egy elektront biztosít a kémiai kötés kialakítására. Ez a két elektron együtt kettőst – elektronpárt alkot, amely egyaránt tartozik mindkét hidrogénatomhoz. Az elektronok kettősét kötő elektronpárnak nevezik. A hidrogénmolekulában kovalens kötés van. 10. Minden fluoratom egy-egy elektront biztosít a kémiai kötés kialakításához. Ez a két elektron kettőst – elektronpárt alkot, amely egyaránt tartozik mindkét fluoratomhoz. Az elektronok kettősét kötő elektronpárnak nevezik. A fluormolekulában kovalens kötés van. 3. Kémiai elemek 3.7.1. Az elemek periódusos táblázata (3.1. rész). Fémek, félfémek, nemfémek (3.2. rész) 1. a) Az elemek periódusos táblázatában az elemek vízszintes sorokban – periódusokban – és függőleges oszlopokban – csoportokban – vannak elrendezve. b) A csoportokban találhatók a hasonló tulajdonságokkal rendelkező elemek. 2. Az I. A – VIII. A alcsoportokban található elemeknél a csoport sorszáma megadja az atom legkülső héján található elektronok számát. 3. a) Tulajdonságaik alapján az elemek feloszthatók fémekre, félfémekre és nemfémekre. b) Az elemek periódusos táblázatának jobb részében találhatók a félfémek és a nemfémek, a többi elem a fémek közé tartozik. 4. a) A fémek normális körülmények között szilárd anyagok, az egyetlen cseppfolyós fém a higany. c) A nemesfémek csak kismértékben reakcióképesek. 5. b), c). 3.7.2. Hidrogén (3.3. rész). Oxigén (3.4. rész) 1. Minden hidrogénatom egy elektront biztosít a kémiai kötés kialakításához. Ez a két elektron kettőst – elektronpárt alkot, amely egyaránt tartozik mindkét hidrogénatomhoz. Az elektronkettőst kötő elektronpárnak nevezik. A hidrogénmolekulában kovalens kötés van. 2. A hidrogént a fémek hegesztésénél és vágásánál, a növényi olajokból készült zsírok gyártásánál, de az űrrakéták üzemanyagaként is használják. 3. a), c), d). 4. Kis sűrűség – a legkönnyebb valamennyi gáz között. A hidrogén és a levegő elegye robbanásveszélyes.
A kérdések és a feladatok megoldása 5. Víz. 6. A hidrogén más biogén elemekkel együtt alapját képezi az élő szervezeteket alkotó vegyületeknek. A hidrogén és az oxigén alkotja a legfontosabb vegyületet – a vizet, amely az élet alapvető feltétele. Az élőszervezeteknek az oxigénre a légzéshez van szükségük. 7. Hidrogén: 1. periódus, 1. csoport (I. A), a külső héjon egy elektronja van, kétatomos molekulákat (H2) alkot, színtelen gáz, legkisebb molekulák, legkisebb sűrűség. 8. Az oxigént a légzőkészülékekben (pl. a gyógyászatban, a repülésben) alkalmazzák, a hidrogénnel együtt a fémek hegesztésénél és vágásánál, az űrrakétákban üzemanyagként használják. 9. a), b), d). 10. A víz ebben a reakcióban vízre és oxigénre bomlik. Az oxigén segíti az égést, a hidrogén az oxigénnel robbanóelegyet alkot. 3.7.3. Vas – a legjelentősebb fém (3.5.1. rész) Nátrium és kálium – alkáli fémek (3.5.2. rész) 1. Vas: 4. periódus, 8. (VIII. B.) csoport; nátrium: 3. periódus, 1. (I. A.) csoport; kálium: 4. periódus, 1. (I. A.) csoport. 2. a) Kassán/Košice b) Nincsenek megfelelő alkalmazási tulajdonságai, pl. törékeny. c) Acél. 3. A fém felületét a korrózió ellen lefestéssel, lakkozással vagy más fémmel bevonva lehet védeni. 4. a) A vas a közönséges (nem nemes) fémek közé tartozik. b) A vörös vérfestékben – hemoglobinban – található. 5. A nátrium és a kálium az elemek periódusos táblázatában ugyanabban a csoportban találhatók, ezért hasonló a tulajdonságuk. 6. a), d). 7. A vízbe dobott nátrium gyorsan mozgott a víz színén és egyre kisebb lett. A kálium hevesebben reagált a vízzel – a kálium gyorsabban mozgott a víz színén és ibolyaszínű lánggal égett. 4. Vegyületek 4.7.1. Víz (4.1. rész) 1. a) A víz az élet alapvető feltétele. A víz oldószer, amelyben a szervezet kémiai reakciói lejátszódnak. b) A víz mindhárom halmazállapotában: szilárd, cseppfolyós és gázhalmazállapotban előfordul. c) Az oldott anyagok mennyisége alapján megkülönböztetünk: kemény és lágy vizet. 2. d). 3. A csapvíz oldott ásványi anyagokat tartalmaz, amelyekből kialakul a vízkő. Desztillált vizet használnak.
105
106
A kérdések és a feladatok megoldása 6. Az oxigénatom a hidrogénatomoknak külső héjáról egy-egy elektront biztosít a közös elektronpár kialakítására. Minden hidrogénatom biztosítja a saját elektronját az oxigénatomnak. Így két elektronpár – kötő elektronpár – keletkezik. 4.7.2. Oxidok (4.2. rész) 1. a) Az oxidok két elemből álló (biner) vegyületek, amelyeket oxigén és egy további elem alkot. b) Az oxigén oxidációs száma az oxidokban –II. c) Az építőiparban pl. a kalcium-oxidot és a szilícium-oxidot használják. d) Kén-dioxid, nitrogén oxidok és szén-dioxid negatívan hat a környezetre. 2. a) CO, b) SO3, c) N2O5, d) NO2. 3. a) kén-dioxid, b) réz(II)-oxid, c) diklór(I)-oxid, d) dijód(V)-pentoxid. 4. a) szén-dioxid, CO2, b) szén-dioxid, CO2, c) kén-dioxid, SO2, d) szilícium-dioxid, SiO2. 5. CaCO3 CaO + CO2. 6. Először a hosszabb gyertya alszik el, mert a keletkező meleg szén-dioxidnak kisebb a sűrűsége és felfelé emelkedik. Ha szén-dioxid hőmérséklete megegyezne a levegőével, akkor sűrűsége nagyobb lenne és az alsó részben gyülemlene fel – először a rövidebb gyertya aludna el. 4.7.2. Savak (4.3. rész) 1. a) Az indikátorok olyan anyagok, amelyek színváltozása függ a közegtől. b) Az oldatok savas kémhatását az oxónium kationok okozzák. c) Az oldatok savas kémhatását a pH segítségével fejezhetik ki. A savas oldatok pH-értéke kisebb 7-nél. Minél jobban közelít ez az érték 0-hoz, az oldat annál savasabb. 2. a) A savakat felosztják hidrogénsavakra és oxosavakra. b) A hidrogénsavak hidrogénből és savképző elemből álló vegyületek (pl. sósav v. klórhidrogénsav, HCl). c) Az oxosavak hidrogénből, savképző elemből és oxigénből állnak (pl. kénsav, H2SO4). 3. H. 4. Az oxónium kation H3O+ és a klorid anion Cl–, HCl + H2O H3O+ + Cl–. 5. Koncentrált savval leöntve magunkat azonnal le kell öblítenünk a sérült helyet csapvízzel. 6. A harmadik jelzés (ikon). 7. b), c). 8. a), c). 9. a) HCl, a fémek tisztítására, műanyagok gyártására, b) H2SO4, műtrágyák, gyógyszerek gyártására. c) HNO3, műtrágyák és robbanóanyagok gyártására. 4.7.3. Hidroxidok (4.4. rész) 1. a) A hidroxidok három elemből: fémes elemből, oxigénből és hidrogénből álló vegyületek.
A kérdések és a feladatok megoldása
2. 3. 4. 5. 6. 7.
b) A hidroxidok a vizes oldatban ionizálnak, miközben hidroxidanionok és az adott fémkationok keletkeznek. c) A hidroxid-oldatok lúgos kémhatását a hidroxidanionok okozzák. A lúgos oldatok pH-értéke nagyobb 7-nél. d) A hidroxidok maróanyagok, ezért velük dolgozva be kell tartani a biztonsági előírásokat. e) A hidroxidok fontos anyagok, felhasználják pl. a mezőgazdaságban, a háztartásban és az építőiparban. b), c). a) NaOH és KOH, szappan, papír előállítására. b) Ca(OH)2, az építőiparban, a mezőgazdaságban. a), c). Nátrium-hidroxid – NaOH, kálium-hidroxid – KOH, lítium-hidroxid – LiOH. Égetett mész – CaO, oltott mész – Ca(OH)2. a) NaOH H O Na+ + OH–, b) Ca(OH)2 H O Ca2+ + 2OH–. A reakció előtt a vízbe fenolftalein indikátor oldatát cseppentettük. A nátrium és a víz reakciója során az egyik termékként nátrium-hidroxid keletkezett. A fenolftalein a nátrium-hidroxidoldatot ibolyaszínűre festi. 2
2
8.
4.7.3. Sók (4.5. rész) 1. A sók fémkationból és a savanionból álló vegyületek. 2. a) oxidok: CaO, SO3; hidroxidok: Ca(OH)2, KOH; savak: HCl, H2SO4; sók: NaCl, KNO3, ZnCl2. b) két elemből álló vegyületek: NaCl, HCl, CaO, SO3, ZnCl2; három elemből álló vegyületek: Ca(OH)2, H2SO4, KNO3, KOH. 3. A Ca kémiai elem, a többi vegyület. 4. Jelentőség: életfontosságú anyag, számos állatnak szüksége van rá, hogy stabilizálja a szervezet belső környezetét és az anyagcserét. Felhasználás: az élelmiszerek ízesítésére és tartósítására, az utak sózására, az anyagok festésére, a hidrogén, a klór, a nátrium-hidroxid és a sósav előállítására. 5. Az olvadás során sóoldat keletkezik, amelynek alacsonyabb a fagyáspontja mint a vízé. A jég 0 °C-nál alacsonyabb hőmérsékleten sem képződik az utakon. Nagy mennyiségű só kerül az esővízzel és a jégolvadékkal a talajba és a folyókba. Ennek következtében elhalnak a növények, károsodik a környezet és veszélybe kerül a felszínalatti víz. 6. Azért, mert a só gyorsítja a korróziót. 7. b), d). 8. Az anyagot vizes oldatából az oldószer – a víz – elpárologtatásával vagy telített oldatának lehűtésével kristályosíthatjuk ki. 9. Melegítéssel a rézgálicból (CuSO4 · 5H2O) fehér anyag (CuSO4) keletkezett. A rézgálic vizet tartalmaz, a keletkezett fehér anyag nem tartalmaz vizet. Vizet cseppentve a fehér anyagra ismét kék anyag – rézgálic keletkezett.
107
108
A kérdések és a feladatok megoldása 5. Kémiai reakciók 5.5.1. Kémiai reakciók és kémiai egyenletek (5.1. rész) 1. a) A kémiai reakciókat kémiai egyenletekkel írják le. b) A kémiai egyenletben a kiindulási anyagokat és a termékeket nyíllal választják el és vegyjelekkel és képletekkel írják. c) A kémiai reakcióknál érvényes a tömegmegmaradás/anyagmegmaradás törvénye. d) A kiindulási anyagokat alkotó elemek atomjainak száma meg kell hogy egyezzen a termékeket alkotó elemek atomjainak a számával. 2. A kiindulási anyagok és a termékek tömege megegyezik, ill. a kiindulási anyagokat alkotó elemek atomjainak a száma azonos kell hogy legyen a termékeket alkotó elemek atomjainak a számával. 3. A kémiai reakció előtt lemérjük a kiindulási anyagokat és biztosítjuk, hogy az edény le legyen zárva – tehát, hogy a gázhalmazállapotú termékek ne illanjanak szét a környezetbe. Megállapítjuk a termékek tömegét. 4. b), d). 5. a) 2Na + Cl2 2NaCl b) 4Al + 3O2 2Al2O3 c) N2 + 3H2 2NH3 d) Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 e) H2SO4 + 2KOH K2SO4 + 2H2O FeS 6. a) Fe + S b) 2H2 + O2 2H2O c) CaCO3 CaO + CO2 d) CaO + H2O Ca(OH)2 e) SO3 + H2O H2SO4 5.5.2. Közömbösítés (semlegesítés, 5.2. rész) 1. a) A közömbösítés a sav és a hidroxid reakciója víz és só képződése közben. 2H2O b) A közömbösítés lényege a következő reakció: H3O+ + OH– 2. NaOH + HCl NaCl + H2O NaCl – nátrium-klorid, H2O – víz. 3. A laboratóriumokban a különböző anyagok, pl. ásványvizek, talajok sav- és hidroxidtartalmának meghatározására, a szennyvizekben, a talajokban található savak vagy hidroxidok káros hatásának megszüntetésére, sók gyártására használják. 4. a) pH-értékük kisebb 7-nél. c) A fenolftalein nem lesz színes bennük. d) Az oldat annál savasabb kémhatású, minél inkább közelít a pH-értéke a nullához. 5. a), d). 6. b) a hidroxid és a sav reagál egymással víz és só képződése közben. 7. a) HCl + NaOH H2O + NaCl H2O + KNO3 b) HNO3 + KOH c) H2SO4 + 2KOH K2SO4 + 2H2O 8. A savanyú talajt semlegesítik.
A kérdések és a feladatok megoldása 5.5.3. Redoxi reakciók (5.3. rész) 1. a) A redoxi reakciók (oxido-redukciós reakciók) olyan kémiai folyamatok, amelyek során megváltozik az atomok oxidációs száma. b) Az oxidáció olyan folyamat, amely során növekszik az atom oxidációs száma. Akkor következik be, amikor az atom lead egy vagy több elektront. c) A redukció olyan folyamat, amely során csökken az atom oxidációs száma. Akkor következik be, amikor az atom felvesz egy vagy több elektront. 2. a), c), ez olyan folyamat, amely során csökken az atom oxidációs száma. 3. a) S0 + 2e– S–II, redukció b) K0 – e– KI, oxidáció 0 – F–I, redukció c) F + e d) Mg0 – 2e– MgII, oxidáció. 4. a), c). 5. c), d). 6. Például az égés, a korrózió, a fotoszintézis. 7. a) A rézgálic oldat kékről zöldre, sőt sárgára változtatta a színét. A vasszöget barnásvörös rézbevonat fedte be (az ábrákon). oxidáció b) CuII + Fe0
Cu0 + FeII
redukció
c) Fe0 – 2e– CuII + 2e–
FeII, oxidáció Cu0, redukció.
rézbevonat a vasszögön
kezdetén
45 perc múlva
3 nap múlva
109
110
1. Daučík, K., Lisá, M., Kordík, D, Daučík, P.: Chemické laboratórne tabuľky pre stredné odborné školy a stredné odborné učilištia chemické a gymnáziá. 1. vyd. Bratislava : Alfa, 1984, 328 o. 2. Greb, E., Kemper, A., Quinzler, G.: Chémia pre základné školy. 1. vyd. Bratislava : SPN, 1995, 240 o., ISBN 80-08-02291-4 3. ISCED 2. Štátny vzdelávací program, chémia. Bratislava : ŠPÚ, 2009 4. Prokša, M., Tatiersky, J., Drozdíková, A.: Anorganická chémia. 1. vyd. Bratislava : SPN, 2009, 152 o., ISBN 978-80-10-01651-8 5. Reguli, J., Linkešová, M., Slanicay, J.: Pôvod názvov chemických prvkov. 1. vyd. Bratislava : Fakulta chemickej a potravinárskej technológie STU, 2001, 28 o. 6. Romanová, D., Adamkovič, E., Vicenová, H., Zvončeková, V.: Chémia pre 6. ročník základných škôl a 1. ročník gymnázií s osemročným štúdiom. 1. vyd. Bratislava : EXPOL PEDAGOGIKA, 2009, 80 o., ISBN 978-80-8091-181-2 7. Sirota, A., Adamkovič, E.: Názvoslovie anorganických látok. 2. vyd. Bratislava : SPN, 2007, 104 o., ISBN 978-80-10-01208-4 8. Smirnov, G.: Mendelejev. 1. vyd. Bratislava : Obzor, 1984, 340 o. 9. Vicenová, H., Zvončeková, V., Adamkovič, E., Romanová, D.: Chémia pre 7. ročník základných škôl a 2. ročník gymnázií s osemročným štúdiom. 1. vyd. Bratislava : EXPOL PEDAGOGIKA, 2010, 80 o., ISBN 978-80-8091-218-5 10. Lacza Tihamér: Bűvös táblázat. A kémiai elemek kultúrtörténete. 1. kiadás. Dunaszerdahely: Lilium Aurum, 2006, 264. o., ISBN 80-8062-300-7
111
A acél – oceľ 45 alkáli fémek – alkalické kovy 46 anion – anión 20, 23 atom – atom 13, 14, 15 azbesztes drótháló – kovová sieťka s keramickou vložkou 94 B bepárló csésze – odparovacia miska 94 Bunsen-állvány – laboratórny stojan 94 C csoportok – skupiny 35 E elektron – elektrón 14 Erlenmeyer-lombik – kuželová banka 94 F félfémek – polokovy 39 félvezetők – polovodiče 39 fémek – kovy 38 főzőpohár – kadička 94 G gázégő – plynový kahan 94 H hidrogén – vodík 40, 41 hidrogénsavak – bezkyslíkaté kyseliny 64 hidroxidanion – hydroxidový anión 68, 69 hűtő – chladič 94 I, J ionkötés – iónová väzba 23, 25 ionok – ióny 20 jód – jód 39 K kalcium – vápnik 48 kálium – draslík 46, 47 kation – katión 20, 23 kémcső – skúmavka 94 kémiai egyenletek – chemické rovnice 84, 85
kémiai elemek – chemické prvky 12, 13, 15 kémiai kötés – chemická väzba 22, 25 kémiai nevek – chemické názvy 16 kémiai reakciók – chemické reakcie 9, 84 kén – síra 36, 37 kén oxidok – oxidy síry 59 képlet – vzorec 19 keverékek – zmesi 8 kovalens kötés – kovalentná väzba 24, 25 közömbösítés (semlegesítés) – neutralizácia 86 közömbösítési kémiai reakciók – neutralizačné chemické reakcie 86 kristályosító csésze – kryštalizačná miska 94 L lombik – banka 94 lúgos kémhatás (lúgosság) – zásaditosť 68 M magnézium – horčík 48 Mengyelejev 34 mérőhenger – odmerný valec 94 molekulák – molekuly 18 N nátrium – sodík 46, 47 nemfémek – nekovy 39 neutron – neutrón 14 nitrogén oxidok – oxidy dusíka 59 O óraüveg – hodinové sklíčko 94 oxidáció – oxidácia 89 oxidációs szám – oxidačné číslo 21 oxidok – oxidy 56 oxigén – kyslík 42, 43 oxónium-kation – oxóniový katión 63, 64 oxosavak – kyslíkaté kyseliny 64
P periódusok – periódy 35 periódusos táblázat – periodická tabuľka prvkov 34, 35 Petri-csésze – Petriho miska 94 pH-érték – hodnota pH 63 proton – protón 14 R redoxi kémiai reakciók – redoxné chemické reakcie 88 redukció – redukcia 89 rendszám – protónové číslo 15 réz – meď 36, 37 S, Sz savak – kyseliny 62 savas kémhatás (savasság) – kyslosť 63 savaseső – kyslé dažde 59 sók – soli 72 spatula – laboratórna lyžička 94 spirituszégő – liehový kahan 94 szénoxidok – oxidy uhlíka 94 szilícium – kremík 39 szorító – držiak 94 szorítódió – svorka 94 T tégelyfogó – držiak na skúmavku 94 titráló lombik – varná banka 94 tölcsér – lievik 94 tömegmegmaradás/anyagmegmaradás törvénye – zákon zachovania hmotnosti 84, 85 Ü üvegházhatás – skleníkový efekt 61 V vas – železo 44, 45 vasháromláb – trojnožka 94 vegyjelek – značky 17 vegytiszta anyagok – chemicky čisté látky 8 vegyületek – chemické zlúčeniny 12, 13, 18 víz – voda 54
112 Helena Vicenová
Kémia az alapiskolák 8. és a nyolcosztályos gimnáziumok 3. osztálya számára Az EXPOL PEDAGOGIKA, s. r. o., Bratislava kiadó feldolgozása Grafikai elrendezés, borítóterv, fényképek és szedés: Ing. Peter Kaminský Nyelvi szerkesztő: Magdaléna Karafová Nyomda: KASICO, a. s., Bratislava ISBN 978-80-8091-238-3
