Megismerhető világ • tudományos módszer • reprodukálható kísérletek, mérések
Bevezetés a kémiába
• Világegyetem építőkövei – anyagi testek (korpuszkulák) » nem fednek át, véges a sebességük, tömegük
Általános kémia
– fizikai mezők (terek) – hullámjelleg » átfedhetnek, fénysebességgel terjednek, tömeg 0
1
Hullámok
2
Ismert kölcsönhatások
• Közegben terjed (pl. hang) • Közeg nélkül is terjed, pl. elektromágneses (EM) hullámok
• Gravitáció (tömegvonzás)
• Transzverzális (pl. fény) • Longitudinális (pl. hang) • Hullámhossz, frekvencia, terjedési sebesség
• Magerők (erős és gyenge kölcsönhatás)
» gyenge, de nagyon messze hat
• Elektromágneses kölcsönhatás » közepes erősségű, mikrovilágban és emberi léptékben – kémiában ez a MEGHATÁROZÓ!
» nagyon erős, de nagyon rövidtávú
3
EM sugárzás fajtái (spektruma)
4
Az atom felépítése
– Rádió (TV, mobil) – mikro – Infravörös (IR) – Látható (VIS) – Ultraibolya (UV) – Röntgen – Gamma – Kozmikus
• atommag + elektronburok • elemi részek: proton, neutron, elektron • méret- és tömegarányok
5
6
Az atommag • • • •
Radioaktív bomlás • Alfa bomlás • Béta bomlás
Rendszám Z Tömegszám A=Z+N Neutronszám N Izotópok
• negatív • pozitív • fordított (elektronbefogás)
• Sugárzások
• (nyomjelzés – Hevesy György)
– Alfa – Béta – Gamma
• Atommagok stabilitása
7
Radioaktív bomlás
8
Atommagok átalakítása
• Bomlási sebesség
• Nukleonok kötési energiája • Magreakciók
• Felezési idő • izotópok életkora • kormeghatározás – Radiokarbon módszer
• Atommaghasadás
• Sugárvédelem
• Magfúzió
9
Atomok elektronszerkezete
10
Kvantumszámok
• Elektron különleges viselkedése
• Főkvantumszám: n=1, 2, 3, … • Mellékkvantumszám: l=0,1, …n-1 • Mágneses kvantumszám: m=-l,..0,1,..l-1,l • Spin kvantumszám: ms=-1/2, +1/2
• Hullámtermészet • Atomi színképek – vonalasak
• Bohr atommodellje • Kvantummechanika 1926 • Erwin Schrödinger és Werner Heisenberg
• Pauli-elv: Egy atomban bármely két elektronnak
• Hullámfüggvény és értelmezése • Heisenberg-féle határozatlansági reláció
legalább egy kvantumszámban különböznie kell.
11
12
Elektronpályák betöltése • Elektronpályák, elektronhéjak, alhéjak • Betöltés: Pauli-elv + energiaminimum elve • Aufbau-elv – 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p
• Kvantumkémia
• Spektroszkópia
• Hund szabály: Adott alhéjra az azonos spinű elektronok épülnek be először. (Minél több párosítatlan elektron legyen.) Maximális multiplicitás elve 13
14
A periódusos rendszer
A kémiai kötés
• Mengyelejev 1869 • Sorok (periódusok) • Oszlopok (fő- ill. mellékcsoportok)
• Elsőrendű
• Ionizációs energia • Elektronaffinitás • Atomok mérete (kovalens és nemkötő sugár) • Elektronegativitás
• Másodrendű
– Ionos (szilárd) – Kovalens – Fémes (szilárd) – dipólus-dipólus – diszperziós – Hidrogén-kötés 15
16
A kovalens kötés
Molekulák geometriája
• Molekulák elektronszerkezete
• AX2
– kötő – lazító – nemkötő elektronpárok
• • • • •
Homo- és heteronukleáris kötések Datív kötés Hibridpályák Delokalizált kötések Kötésrend
• AX3 • AX2E • AX4 • AX3E • AX2E2 17
18
Kovalens kötések • • • • •
Halmazszerkezet
Kötéstávolság Kötési energia Kötésrend Polaritás (poláris-apoláris) Izoméria
• Halmazállapotok – gáz – folyékony – szilárd – (plazma)
– konstitúciós izoméria – térizoméria (sztereoizoméria) • cisz-transz • kiralitás
• Konformáció
19
20
Gázok
Folyadékok
• Jellemzőik (rendezetlenség) • Ideális gáz modellje • Gáztörvények
• • • •
– Boyle-Mariotte: pV= áll. – Gay-Lussac: p/T = áll. – Egyesített gáztörvény: pV=nRT
Rövidtávú rend Hosszútávú rendezetlenség Viszkozitás (belső súrlódás) Felületi feszültség
21
Szilárd testek
Fázisátalakulások
• Kristályos rend • Amorf anyagok (üvegek) • Kristályrácsok • • • • • • •
22
• Olvadás, párolgás • Fázisdiagramm – Kritikus pont – Hármaspont
Triklin Monoklin Rombos Tetragonális (négyzetes) Romboéderes (trigonális) Hexagonális Köbös (szabályos) 23
24
Oldatok
Elektromos vezetés
• Oldat, oldószer fogalma • Összetétel megadási módjai
• Fémes vezetők • Szigetelők • Félvezetők
– móltört, százalékok, molaritás (koncentráció)
• Kolligatív tulajdonságok
– sávelmélet (vezetési sáv, tiltott sáv)
– Forráspont emelkedés – Fagyáspontcsökkenés – Ozmózis
25
Kémiai reakciók
Termodinamika (Hőtan)
• Definíció • Csoportosítás
• 1. főtétel – munka, hő, belső energia – energiamegmaradás – ΔU=Q+W – entalpia: H=U+pV
– Fázis – Aktiválás – Reakciópartnerek száma
• 2. főtétel
• Reakciósebesség
– entrópia – spontán folyamatok iránya – S=Q/T – szabadenergia, szabadentalpia – F=U-TS G=H-TS
– Megfordítható reakciók – egyensúly, K
• Reakcióhő – exoterm – endoterm
• Termokémia - Hess-tétel
27
Sav-bázis reakciók
• Redukció – elektronfelvétel • Oxidáció – elektronleadás • Oxidációs számok (fiktív töltés előjeles!)
– sav – protont ad le – bázis – protont vesz föl
Sav-bázis párok (konjugált) Víz öndisszociációja (autoprotolízis) pH, pOH, kémhatás Erős és gyenge savak, bázisok Hidrolízis Sav-bázis indikátorok Pufferoldatok
28
Redoxi reakciók
• Brönsted-féle
• • • • • • •
26
– csökkenés – redukció – növekedés – oxidáció
• Egyenletrendezés
29
30
Elektrokémia
• Galvánelemek
– Daniell-elem (Zn, Cu)
• Elektródok – Anód – oxidáció – Katód – redukció
• • • • •
Elektromotoros erő, elektródpotenciál Nernst-egyenlet Elektrolízis Akkumulátorok Korrózió
31
