Kémiai alapismeretek 1. hét

Követelményrendszer Alapfogalmak SI rendszer

Kémiai alapismeretek 1. hét

Prefixumok Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot

Horváth Attila

Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot

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

2014. szeptember 1.-5.

Összetétel komponensek

Mennyiségi jellemzés Thomson kísérlet Millikan

Rutherford kísérlet

1/22

c 2014/2015 I. félév, Horváth Attila

I

Előadás látogatás NEM kötelező!

I

Vizsgára bocsáthatóság feltétele: a megírt ZH-k összpontja elérje a félév során elérhető pontszám 40%-át!

I

A félév során 2 előre be NEM jelentett alkalommal az előadáson résztvevők 2-2 pluszpontban részesülnek!

I

Ha az összteljesítmény ≥ 90% → megajánlott jeles!

I

Ha az összteljesítmény ≥ 75% → megajánlott jó!

I

Zh. időpontok: 2014. október 21. és 2014. december 9.

I

Pót Zh.-k időpontja: Később kijelölt időpontokban

I

A vizsga során 2 tételt húznak, sikeres a vizsga, ha mindkét tételre kapott jegy legalább elégséges.

Követelményrendszer Alapfogalmak SI rendszer Prefixumok Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel komponensek

I http://ttk.pte.hu/szervetlen/HA/hallgat-fiz.htm

Segédanyagok:

2/22

1

Veszprémi Tamás: Általános kémia

2

Greenwood: Az elemek kémiája




Kémia az anyag és annak változásaival foglalkozó (kísérleti vagy elméleti) tudomány. Jelenségek megfigyelése: kvalitatív és/vagy kvantitatív kísérletek alapján Mennyiségi leírás: I

mérleg használata (Lavoisier, 1743-1794)

I

tömegmegmaradás törvényének kimutatása kémiai reakció közben (1773):

Követelményrendszer Alapfogalmak SI rendszer Prefixumok Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel

1 Hg + O2 = HgO 2

komponensek

Mennyiségi jellemzés Thomson kísérlet

I I

3/22

mennyiség = mérőszám · mértékegység egységes mértékrendszer: SI, 1960 elfogadás, 1972 bevezetés


Millikan


Alapegységek: egység tömeg hosszúság idő hőmérséklet áramerősség fényerősség anyagmennyiség

jele m l t T I Id n

mértékegység neve kilogramm méter másodperc kelvin amper kandela mól

jele kg m s K A cd mol

Követelményrendszer Alapfogalmak SI rendszer Prefixumok Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot

Anyagmennyiség az a mennyiség, amely annyi egységet tartalmaz, mint amennyi atom van 12g 12 C nuklidban. Kiegészítő egységek: síkszög (radián) és térszög (szteradián).

Szilárdállapot Összetétel komponensek



Származtatott egységek: Az alap- és a kiegészítő egységekből a négyalapművelet segítségével kapott egységek. kgm kg Pl.: N ,ρ ... s2 m3 4/22


Prefixum: Túl nagy- vagy túl kis mennyiségek leírásához használjuk. hatvány 1018 1015 1012 109 106 103 102 101 10−1 10−2 10−3 10−6 10−9 10−12 10−15 10−18

prefixum neve exa peta tera giga mega kilo hekto deka deci centi milli mikro nano piko femto atto

jele E P T G M k h dk d c m µ n p f a

Pl.: 1 inch = 2,54 cm = 2,54×10−2 m (MHSZ tizedesvessző!!) 5/22





Követelményrendszer

Rendszer: Vizsgálódásunk tárgya. Környezet: Minden egyéb. Fal: A környezetet és a rendszert szeparálja. Rendszer csoportosítása: anyagátmenet energiaátmenet nyílt + + zárt + elszigetelt -

Alapfogalmak SI rendszer Prefixumok Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel

Rendszer leírása: állapothatározók segítségével történik. tulajdonság

6/22

részrendszerek

példa

extenzív

kiterjedés függő

additív

tömeg, anyagmennyiség

intenzív

kiterjedés független

kiegyenlítődés

nyomás, hőmérséklet


komponensek




Anyagok felosztása: Fizikai állapot vagy kémiai összetétel szerint.

Alapfogalmak

Fizikai állapot szerint:

Anyagok osztályozása

halmazállapot szilárd folyadék gáz

saját alak + -

kompresszibilitás nagyon kicsi kicsi nagy

sűrűség nagy nagy kicsi

SI rendszer Prefixumok

Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel komponensek

Plazma: Gázoktól eltérő tulajdonságúak, magas hőmérsékleten az atomok alkotórészeikre esnek szét (T>106 K).



7/22



Gáz

Alapfogalmak

párolgás

kondenzáció

szublimáció

SI rendszer Prefixumok Anyagok osztályozása

olvadás folyadék

szilárd fagyás

Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot

Példák: Párolgás: benzin Kondenzáció: vízgőz olvadás: sütéshez zsír fagyás: jég szublimáció: jód, naftalin

8/22





Követelményrendszer Alapfogalmak SI rendszer Prefixumok

Gázállapot I

Legfontosabb állapothatározók: p, V, T, n

I

ideális gáztörvény: pV=nRT

I

reális gáztörvény (későbbi tanulmányok)

Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel komponensek



9/22


Folyadékállapot Molekulák közti jelentősebb kölcsönhatás I

I

felületi feszültség(γ): a folyadékfelület 1m-én fellépő összehúzó erő. Kapilláris jelenségek. tenzió/gőznyomás: A folyadék felett kifejtett nyomás. Zárt rendszerben dinamikus egyensúly a gáz és a folyadék részecskék közt, nyílt rendszerben az összes molekula elpárologhat!

I

ptenzió ∼ T

I

Forráspont: Az a hőmérséklet, ahol tenzió eléri a külső nyomást.

I

viszkozitás(η): A folyadék belső súrlódása.

I

Nagy viszkozitás → lassú folyadékmozgás (méz).

I

T nő → csökken η (általában!)

10/22





Követelményrendszer Alapfogalmak

Szilárd állapot

SI rendszer Prefixumok

I

kristályos: határozott op.


I

amorf: fokozatos olvadás, nincs határozott op.

Anyagok osztályozása Fizikai állapot

Alkotórészek szabályosan helyezkednek el:

Rendszerállapotok Folyadékállapot

szerkezeti egység semleges molekula fématomtörzs ionok atom (primer kötőerő)

11/22


típus molekuláris szilárd fémesen szilárd ionos szilárd kovalens szilárd

példa CO2 Fe NaCl gyémánt, grafit




Összetétel szerinti osztályozás akkor lehetséges, ha tudjuk miből áll az anyag. Daltoni atomelmélet alapjai (1803): I Atom: Az anyag oszthatatlan kis része. I Elem: Olyan anyag, amely csakis egyfajta atomokból áll. (Kémia viselkedés szempontjából!) I Vegyület: 2 vagy több atomból fix arányban keletkezett egység. Példa: H2 O I Kémiai reakció: Olyan folyamat, amely során az atomok egymáshoz való kapcsolódási sorrendje megváltozik. Atomok a semmiből nem keletkeznek, nem semmisülnek meg és nem eshetnek kisebb részekre kémiai reakció során. A XXI. században tudjuk, hogy ezek csak részben igazak. Mindezekből → többszörös súlyviszonyok törvénye: Ha két elem több vegyületet is képez egymással, akkor az egyik elem tömegei a másik elem tömegéhez úgy aránylanak egymáshoz, mint kis egész számok. Pl.: CO2 , CO. 12/22






Vegyjel: Az elemek jelölésére használt formalizmus. Általában a latin elnevezésből származó egy-, két- vagy hárombetűs rövidítés. (Pl.: C, Cl, Unp) Tapasztalati képlet: Megadja a vegyületet felépítő elemek egymáshoz viszonyított arányát. (Pl.: (CH2 O)x ) Molekulaképlet: Megadja a vegyületet felépítő elemek pontos számát. (Pl.: CH2 O, C2 H4 O2 , stb.)

Alapfogalmak SI rendszer Prefixumok Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel komponensek

Szerkezeti képlet: Az elemek pontos számán kívül megadja azok kapcsolódási sorrendjét is. (Pl.: CH3 CH2 COH vagy CH3 COCH3 )

13/22




Komponensek: a rendszert felépítő egymástól független részek. Egy komponensű rendszerek: tiszta elemek (Na, S, P, stb.), vegyületek (H2 O, NaCl, stb.) Több komponensű rendszerek: Pl.: (limonádé, salátalé, stb.) Homogén rendszer: Nincs makroszkopikus határfelület. (Pl.: sóoldat) Heterogén rendszer: Makroszkopikus határfelülettel rendelkezik, és valamely intenzív tulajdonság ugrásszerű változást mutat. (Pl.: víz+jég) Inhomogén rendszer: Nincs makroszkopikus határfelület, és valamely intenzív tulajdonság változik helyről helyre. (Pl.: Föld légköre) Keverék: Többkomponensű heterogén rendszer. (Pl.:mészkő+homok+só) Elegy: Többkomponensű homogén rendszer. (Pl.: fagyálló folyadék) 14/22






I

I

XIX sz. vége, XX. sz. eleje az atomfizika korszaka. Dalton atomhipotézisének megdöntése.

SI rendszer Prefixumok Anyagok osztályozása

1821 Katódsugárzás felfedezése. Jelenség: vákum pumpa


alacsony nyomású gáz

Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot

−

sötét

színes fény

+


Mennyiségi jellemzés

I

A katódsugárzás rejtély maradt Thomson kísérletéig.

Thomson kísérlet Millikan


15/22


Thomson kísérlet (1897)


vákum pumpa

SI rendszer

lumineszcenciás ernyő

− −

+ +

Prefixumok Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot

I

Katódsugár független a töltő gáztól, az elektródok minőségétől.

I

A sugárban levő negatív töltésű részecskét Thomson elektronnak nevezte.

I

Az e− az atom része.

Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel komponensek



I

16/22

A katódsugarakat a mágneses mező is eltéríti, így meghatározható az e− tömeg/töltés aránya. (5,686×10−12 kg/C) c 2014/2015 I. félév, Horváth Attila

Millikan kísérlet (1909) Követelményrendszer Alapfogalmak

·····

SI rendszer

+

Prefixumok

•

ablak

−

Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot

I I I I I I

17/22

apró negatív töltésű olajcseppek keletkeznek szabadesés megakadályozása: feszültség kapcsolása csepp tömeg/töltés arányának kiszámítása ismerve a csepp tömegét, a töltés számítható. Sorozat mérésekből megállapítható két olajcsepp közti legkisebb töltés különbség. (1,602×10−19 C) me =me /e×e=5,686×10−12 kg/C×1,602×10−19 C= 9,109×10−31 kg c 2014/2015 I. félév, Horváth Attila





Rutherford kísérlet (1906)

Alapfogalmak SI rendszer Prefixumok

I

Becquerel (1896) radioaktivitás felfedezése.

I

α-, β-, γ sugarak (mágneses mezőben szeparálhatóak).

I

Rutherford (1903) α-sugárzás: He2+ , β-sugárzás: nagy sebességű elektronok, γ-sugárzás: nagy energiájú elektromágneses sugárzás. Áthatoló képesség: γ>β>α


Az atomok oszthatatlanságáról alkotott kép véglegesen megdőlt!


I


Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel komponensek


I

18/22

1906-1911 Rutherford-féle atommodell megszületése. (Geiger, Marsden)




α-sugár forrás

mozgatható mikroszkóp

Alapfogalmak SI rendszer Prefixumok Anyagok osztályozása

•


Pb tömb

Fizikai állapot

Pb lemez

Rendszerállapotok

ZnS ernyő

Au fólia

Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel

I I

I

19/22

Tapasztalat: Minden 8000-dik α részecske elhajlott a sugárzás irányától! Rutherford (1911): Az atom tömegének 99,95%-a az atommagban koncentrálódik (10−15 m). datom =10−10 m. e− -k a mag körül keringenek a Coulomb erő hatására. Az elmélet nem teljes, hiszen az elektronoknak sugárzást kellene kibocsátaniuk, így fokozatosan elvesztenék energiájukat és be kellene csapódniuk a magba! c 2014/2015 I. félév, Horváth Attila

komponensek




I

Rutherford (1919) N+α ütközésekor H-mag keletkezik, amit protonnak nevezünk.

Alapfogalmak SI rendszer Prefixumok

I

1930 Bothe és Becker Be+α ismeretlen sugárzás (töltés nélkül).

I

1932 Chadwick ez a sugárzás a neutron sugárzás. A neutron az atommag másik fő alkotórésze.

Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot

Részecske elektron proton neutron

tömeg (kg) 9,110×10−31 1,673×10−27 1,675×10−27

töltés (C) -1.602×10−19 +1.602×10−19 0




20/22


I

Rendszám (Z): Az atomban levő protonok száma.

I

Tömegszám (A): Az atomban levő protonok és neutronok számának az összege.


23 Na 11

I

Jelölés:

I

Izotóp: Azonos rendszámú, de különböző tömegszámú elemek.

I

Egy elemnek a természetben több stabil izotópja is lehet. Pl.: 11 H, 21 H, 31 H.

I

I

I

21/22

Prefixumok

Mennyiségi jellemzésre a relatív tömegeket érdemes használni. Anyagmennyiség: Az a mennyiség, amely annyi egységet tartalmaz, mint amennyi atom van 12g nuklidban. NA =6,022×1023

Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel komponensek


12 C

Relatív atomtömeg (Ar ): Természetes nuklidösszetételű elem 1 atomjának tömege a tiszta 12 C atomtömegének 1/12-éhez viszonyítva. Pl.: (Ar (O)=15,999) c 2014/2015 I. félév, Horváth Attila





I

I

Relatív molekulatömeg (Mr ): Természetes nuklidösszetételű vegyület 1 molekulájának tömege a tiszta 12 C atomtömegének 1/12-éhez viszonyítva. Pl.: (Ar (H2 O)=18,016) Moláris tömeg (M, g/mol(!!)): Az adott anyag egységnyi anyagmennyiségének a tömege.

Prefixumok Anyagok osztályozása Anyagok osztályozása Fizikai állapot Rendszerállapotok Folyadékállapot Szilárdállapot Összetétel

I

Relatív atomtömeg és a tömegszám közti különbség!!! (Izotóparány, viszonyszám)

komponensek



22/22


Kémiai alapismeretek 1. hét

Recommend Documents