Kémia | Középiskola » Kémia érettségi tételek, 2003

Kémia Az atom szerkezete mérete (Az atom összetétele, az atom elektronszerkezete, izotóp atomok) Az anyag olyan legkisebb egységét, amely még az illető anyag tulajdonságait magában hordozza, atomnak nevezzük. Az atom elnevezése Demokritos (görög) nevéhez fűződik Az atom mérete a nanométer tartományba esik. 1nm = 10-9m Az atomok gömb alakúak Proton: görög szó, jelentése első Az atommagban a protonok és neutronok szorosan helyezkednek el egymás mellett. S az úgynevezett mag erők tartják össze. Az atom tömegének és energiájának nagy része az atommagban koncentrálódik. A p+ és a n0 összegségét az atom tömegszámának nevezzük Az atomburok (elektronburok) összetétele, szerkezete: Az atomburok elektronok (e-) alkotják, egységnyi negatív töltése van, tömege elhanyagolhatóan kicsi. Az atomburok laza szerkezetű Az elektronok (e-) a mag körül meghatározott távolságban keringenek. Az elektronok (e-) a mag körül úgynevezett

elektronhéjakat (elektronszinteket) képviselnek. Az atomburok szerkezete: Az egyes elektron (e-) héjak e- száma maximált. 1. (K) 2. (L) 3. (M) 4. (N) max max max max 2e8e18e32e50e- Az atom mindig semleges, mert benne a p+ és e- száma megegyezik. Atomok minőségét a p+ száma határozza meg, amelyet az atom rendszámának is nevezzük. Az atom alap állapotban van, ha e- -jaik, a nekik megfelelő energiaszinteken foglalnak helyet, az atom stabil állapotban van. Instabill vagy gerjesztett állapotba kerül akkor ha az e- -ok elhagyva saját szintjüket egy nagyobb szintre ugranak. Ez a gerjesztési folyamat külső energia közlés hatására meg végbe A külső energia kénszer megszűnése után a gerjesztett e- -ok visszatérnek eredeti állapotukba, s közben energiát sugároznak ki (fénycsövek, televízió képcsöve, lézer). Izotóp atomok: Azokat az atomokat melyekben a p+ száma megegyezik de a tömegszámuk különböző izotóp atomnak nevezzük.

Hidrogén izotópjai: Az elemek periódusos rendszere (Jellemzése az atomok szerkezete alapján) A táblázatban az elemek növekvő p+ szám szerint vannak sorba helyezve. A táblázat tartalmaz 8db A –val jelzett oszlopot, amelyet főcsoportnak nevezzünk illetve 8db B (betűvel) jelzett oszlopot, melyet mellékcsoportnak nevezzünk. A vízszintes sorok melyeknek száma 7, a periódusok. I.A II.A III.A IV.A V.A VI.A C (Szén) Li Be B N O (Lítium) (Belium) (Bár) (Nitrogén) (Oxigén) Na Mg Al Si P S (Nátrium) (Magnézium) (Alumínium) (Szilícium) (Foszfor) (Kén) K Ca Ge (Kálium) (Kalcium) (Germánium) 1eI. 2eII. 3eIII. 4eIV. 5eIII. ; V 6eII. ; VI Alkáli fémek Alkáli földfémek Földfémek Szén-csoport Nitrogéncsoport Oxigéncsoport Fémes elemek Félfémek VII.A F (Fluor) Cl (Klór) Br (Bróm) I (Jód) 7eI. VIII.A He (Hélium) Ne (Neon) Ar (Argon) Kr (Kripton) 8e0. Halogén Nemesgázok Nem fémes elemek A táblázat oszlopaiban lévő elemek

tulajdonságai hasonlóak, mert a külső e- héjakon azonos számú e- van, amely megegyezik az oszlop számmal. A külső e- héjon lévő e- -okat vegyérték e- -nak nevezzük, mert a kémiai kötés kialakításában csak ezek vesznek részt. A vegyérték héjon lévő 8e- az atom szerkezetét zárttá, stabillá teszi (nemes gáz szerkezet) így kémiai reakcióban nem vesznek részt. Nemes gázok Molekulák képződése atomból (Kovalens kötés azonos és különböző atomok között, molekulák tér szerkezete) Kémiai kötés fogalma: az a folyamat, amely során az atomok a vegyérték héjon lévő eközvetítésével összekapcsolódnak és így új tulajdonságú anyag jön létre. Kémiai kötés fajtái: I első rendű kémiai kötés: a, Ionos kötés b, Kovalens kötés c, Fémes kötés II másodrendű kémiai kötés: Kovalens kötés: Azonos minőségű atomok kapcsolódására jellemző kötés. Az atomok kölcsönhatásának eredménye, hogy a

vegyértékhéjból egy közös, úgynevezett molekulapálya alakul ki, amelyre mind két atom azonos számú e- -ont bocsát úgy, hogy kialakuljon a nemesgáz szerkezet. Az így létrejött részecskét molekulának nevezik, amelyet képlettel jelölünk. A képlet megadja a molekulát felépítő atomok minőségét és mennyiségét. A H (hidrogén) molekulában egyszeres kovalens kötés van, de más molekulában kétszeres vagy háromszoros kovalens kötés is lehetséges. Ha a molekulában az e- eloszlása szimmetrikus, akkor azt apolárosnak nevezzük. (Pl: H2; O2; N2; Cl2; F2 = elemi gázok) Azokat a molekulákat, amelyekben az elektronok elosztása aszimmetrikus poláros vagy dipólus molekulának nevezzük. (Pl: a víz molekulája H2O) Mivel a Cl (klór) atom körül több saját e- van, mint a H atom körül ezért a molekula Cl felőli része negatív polaritású a H felöli része pozitív polaritású lesz. A molekulák energia közlés hatására atomokra bomlanak. Azt

az energiát amely 1 mól –nyi molekulának atomjaira történő szétbomlásához szükséges kötési energiának nevezik. A molekulák moláris tömegét úgy határozzuk meg, hogy a molekulát felépítő atomnak moláris tömegeit összeadjuk. Másodrendű kémiai kötések: Azokra a vegyületekre jellemző melyeknek kötési energiája 80 kJ/mól –nál kisebb. Ilyen pl: a víz molekulák között ható úgynevezett hidrogén híd kapcsolat. Ionok képződése atomból (Az ionos kötés) Ion: Ionnak nevezzük a töltéssel rendelkező atomnyi méretű részecskét. Az ionok önmagukban nem léteznek, fémes vagy nem fémes atomokból képződnek a kémiai folyamat során. Pozitív töltésű ionok képződése: fémes atomból történik e- leadással, az e- leadása vegyértékhéjról történik olyan számban, hogy kialakuljon a nemes gáz szerkezet. Az e- leadása energia befektetést igényel, azt az energiát, amely egy mól alap állapotú és gáz halmazállapotú

atomból a legkönnyebben eltávolítható, e- leszakításhoz szükséges ionizációs energiának nevezik. Az I. főcsoport elemei kis energia befektetés hatására ionizálódnak, tehát kémiai reakcióképességük nagy. A pozitív töltésű ionokat KATION -oknak is nevezzük (Kation: az áramforrás negatív polaritású elektródja a katód, amely fele az elektrosztatikus vonzás miatt a pozitív töltésű fém ionok vándorolnak.) A negatív töltésű ionok képződése: nem fémes atomokból e- felvétellel történik. Az e- felvétel a vegyértékhéjon megy végbe úgy, hogy kialakuljon a nemes gáz szerkezet. (A külső héjon 8e- -nak kell lenni) A negatív töltésű ionokat ANION – oknak nevezzük. Az anionok képződése is energia átvétellel jár. Azt az energiát, amely 1 mól szabad anionból a töltést okozó e- eltávolításához szükséges elektronaffinitásnak nevezzük. Az ion kötés lényege: A fémes és nem fémes atomok kölcsönhatásának

következtében pozitív és negatív töltésű ionokká alakulnak, melyek között az elektrosztatikus vonzás hatására egy új tulajdonságú anyag keletkezik, ezt az anyagot vegyületnek nevezzük, melynek jelölése képlettel történik. A képlet megadja a vegyületet felépítő ionok arányát. Pl.: NaCl (1:1 az arány, 1db Na hoz 1db Cl kapcsolódik.) NaO (1:2 az arány, 1db Na hoz 2db O kapcsolódik.) Összetett ionok: a töltéssel rendelkező atomcsoport neve összetett ion. A szervetlen vegyületek nagy részére az ionos kötés a jellemző. Pl: savak, sók, bázisok Savak: HCl sósav; H2CO3 szénsav; H2SO4 kénsav Sók: NaCL konyhasó; CaCO3 mészkő; CuSO4 rézgálic Bázisok: Ca(OH)2 oltott mész; NH4OH szalmásszesz Az anyagi halmazok (A gáz, folyadék, szilárd halmaz jellemzése; kristályrácsok típusai) Az azonos anyagi részecskék összessége, amely lehet légnemű, cseppfolyós és szilárd. A három halmaz oka, hogy a részecskék között a

kohézió értéke milyen nagy. Kohéziónak nevezzük az azonos anyagi részecskék között hatóerőt. Gáz halmaz: A részecskék között a kohézió 0 (nincs kohézió). Ezért rendezetlen helyváltoztató mozgást végeznek. A rendelkezésükre álló teret mindig kitöltik Nagymértékben összenyomhatóak A gázok állapotához, egyértelmű megadásához ismerni kell a gáz nyomását, térfogatát, hőmérsékletét. Nyomás: a zárt edényt kitöltő gáz nyomása a részecskéknek az edény falának ütközések összefüggéséből származik. Jele: P (pascal) mértékegysége: Pa < KPa < MPa A normál légköri nyomás: 0,1MPa Térfogat: Jele: V mértékegysége: cm3 < dm3 < m3 Hőmérséklet: Jele: T mértékegysége: C0 Avogadró törvénye: bármely gáz azonos térfogataiban a molekulák száma azonos, ha nyomásuk és hőmérsékletük megegyezik. Folyadék állapot: A folyadék részecskék között a kohézió kis mértékben létezik, ezért a

folyadékok térfogata állandó, alakja változó. Folyadék részecskéi helyváltoztató mozgást végeznek, amelyet a diffúzió jelenség bizonyít. Diffúzió: az a fizikai folyamat, amikor különböző anyagi részecskék spontán keverednek. Pl: az oldás folyamata Folyadékok párolgása: Az a fizikai változás, amikor a részecskék a folyadék fázist elhagyva a légtérbe kerülnek. A párolgás sebessége függ a folyadék hőmérsékletétől, a folyadékfelszín nagyságától, a légáramlat sebességétől és a folyadék minőségétől. Egy adott folyadékpárolgási sebessége a legnagyobb a forrásponton. A forráspont az a hőmérsékleti érték, amelyen megindul a folyadék belsejében a párolgás. A forráspont a nyomás függvénye (Nagyobb nyomáson nagyobb forráspont.) A gőz a folyadék forráspontjának megfelelő hőmérsékletén lecsapódik. Ezt a folyamatot desztillálásnak nevezzük. Alkalmazásai: - desztillált víz előállítása (csak víz

molekulából áll) - gyógyszerek készítésére illetve oldatok készítésére - kőolaj feldolgozása - alkohol lepárlás Szilárd halmaz: Az anyagi részecskék közötti nagy kohézió miatt alakjuk és térfogatjuk állandó, részecskéi helyváltoztató mozgásra nem képesek, csak rezgő mozgást végeznek. Szerkezetük kristályos ami azt jelenti, hogy az anyagi részecskék (atomok, molekulák, ionok) úgy helyezkednek el egymáshoz képest, hogy az szabályos geometriai alakzatot vesz fel. A kristályos szerkezeti anyagok jellemző fizikai állandója az olvadáspont. Az olvadáspont az a hőmérsékleti érték, amelyen az anyag kristály szerkezete összeomlik. Az olvadásponton a szilárd fázis és a folyadék fázis egyensúlyban van. Azokat az anyagokat melyeknek szerkezete nem kristályos amorf –nak nevezzük. Pl: műanyagok A kristályos szerkezetű anyagok csoportosítása: Molekula rácsos szerkezetű anyagok: A kristályrács pontokban semleges

molekulák vannak, melyeket gyenge másodlagos kötőerők tartanak össze. Ezért az ilyen szerkezetű anyagok alacsony olvadáspontúak, puhák A szilárd anyagok párolgását szublimációnak nevezik. Az elektromos áramot nem vezetik Pl: S (kén); I (jód); P (foszfor), jég és az elemi gázok. Atom rácsos szerkezetű anyagok: A kristályrácsot semleges atomok alkotják, melyeket erős kovalens kötés tart össze. Ezért az ide tartozó anyagok magas olvadáspontúak. Pl: grafit, gyémánt Grafit: puha, fekete színű, elektromos áramot vezeti Gyémánt: kemény, színtelen, az elektromos áramot nem vezeti Grafit: kristályalakja szabályos hatszögű hasáb Mivel a szénatomok távolsága nem azonos ezért a grafit lágy anyag, azaz könnyen kenhető. Ezért hagy a papíron nyomot Gyémánt: szerkezete tetraéderes. A tetraéder olyan alakzat amelyet 4db egyenlő oldalú egybevágó háromszög határol. A tetraéderben a szénatomok távolsága és vegyérték szögei

azonosak. Ezért kemények, ezért alkalmas a gyémánt, fémek ötvözésére. Ionrácsos szerkezetű anyagok: A kristályrács pontjaiban pozitív és negatív töltésű ionok váltakozva helyezkednek el. Az ellentétes töltésű ionok között erős elektrosztatikus erő tartja össze a kristályt. Ezért magas olvadáspontúak Oldatuk és olvadékuk vezetik az elektromos áramot. A kristály rács alakja általában szabályos kocka. Pl: NaCl (nátrium-klorid) Minden Na (nátrium) iont a térben Cl (klorid) ion és minden Cl iont Na ion vesz körül. Fém rácsos szerkezet: A kristályrács alakja szabályos kocka, melynek csúcsain pozitív töltésű fém ionok vannak. A kristályt szabadon mozgó elektronok tartják össze. Két fajtáját különböztetjük meg, a lapközepes és tér közepes kocka rács. Az oldat, az oldódás folyamata (Az oldhatóság, oldatok koncentrációja) Azok a folyadékok, amelyek szilárd, cseppfolyós vagy légnemű halmazállapotú

anyagokat tartalmaznak finom eloszlásban. Az oldat áll oldószerből és oldott anyagból Az oldószer lehet poláros (víz) és apoláros (C6H6). Poláros anyagok csak poláros oldószerben oldódnak, apoláros anyagok csak apoláros oldószerben oldódnak. Ionrácsos anyagok oldódása vízben (konyhasó oldódása vízben): Az a folyamat, amely során valamely ionos vegyület vagy kovalens kötésű vegyület az oldószer hatására szabadon mozgó ionokra esik szét elektrolitos disszociónak nevezzük. Ezeket a folyamatokat az úgynevezett disszociációs egyenletekkel írhatjuk le. Azokat a folyadékokat, amelyek szabadon mozgó ionokat tartalmaznak elektrolitoknak nevezzük melyek vezetik az elektromos áramot. Pl: savak, sók, bázisok vizes oldatai Az elektrolitokból az elektromos áram hatására anyag kiválás történik, azaz az ionok az elektródokon semlegesítődnek. Azt a kémiai folyamatot, amely az elektromos áram hatására megy végbe elektrolízisnek

nevezzük. Oldatok fajtái: Telítetlen oldat: telítetlen az oldat akkor, ha az adott hőmérsékleten még több anyagot képes feloldani. Telített oldat: az adott hőmérsékleten több anyagot nem képes feloldani. Túltelített oldat: túltelített az oldat akkor, ha a hőmérséklet emelés hatására sem képes több anyagot feloldani. A túltelített oldatokból a hőmérséklet csökkenés hatására az oldott anyag részecskéi kiválnak, ezt a folyamatot kristályosításnak nevezzük. Oldatok összetétele, töménysége és koncentráció: Oldatok töménységén értjük az oldott anyag és az oldat mennyiségének arányát. Oldatok töménységének megadása: Tömegszázalékos oldat: megadja, hogy az oldat 100g –ban hány gramm oldott anyag van. Térfogat százalékos oldat: megmutatja, hogy az oldat 100cm3 –e hány cm3 oldott anyagot tartalmaz. Mólos oldat: megmutatja az oldat 1000cm3 –ben az oldott anyag móljainak számát. Kémiai reakciók jellemzése

(A kémia jelrendszere, tömegmegmaradás törvénye, reakció sebessége és befolyásolása, termokémiai folyamatok) Az olyan változásokat, amely során az anyag minősége megváltozik, kémiai átalakulásnak nevezzük. A kémiai változásokat a kémia jelrendszerrel fejezzük ki: - vegyjel (az elemek jelölésére szolgál) - képlet (a vegyületek jelölésére szolgál, amely lehet összeg és szerkezeti képlet) - egyenlet (amely a vegyjelek és képletek matematikai összegsége) A kémiai egyenletek kifejeznek minőségi változást, mennyiségi változást és energiaváltozást. Minőségi változás: a minőségi változás tájékoztat a kémiai folyamatban résztvevő anyagok tulajdonságairól. Fe + S = FeS (vasszulfid) Az egyenlet bal oldalán mindig a kiindulási anyagok szerepelnek, a jobb oldalon mindig a keletkezett anyagok. A vegyülés során az egymásra ható anyagok elveszítik eredeti tulajdonságaikat. A kémiai egyenlet mennyiségi értelmezése során

arról kapunk tájékoztatást, hogy a kiindulási anyagok tömege mindig egyenlő a keletkezett anyagok tömegével. Ez a tömeg megmaradás törvénye. A kémiai egyenletek energiaváltozást is kifejeznek. Bizonyos kémiai folyamatok során energia szabadul fel hő formájában, illetve más kémiai reakciók csak akkor mennek végbe, ha a rendszer energiát, azaz hőt közöl. Az-az energia mennyiség, amely 1 mól anyag keletkezése során felszabadul, vagy elnyelődik, reakcióhőnek nevezzük. Jele: Q mértékegysége: J/mól Azokat a kémiai folyamatokat, amely során hő szabadul fel, hő termelő (exoterm) folyamatoknak nevezzük. Azokat a kémiai reakciókat, amely energia közlés hatására jönnek létre hő elnyelő (endoterm) folyamatnak nevezzük. A kémiai folyamatokhoz időre van szükség. Az időegység alatt átalakult anyagmennyiséget reakció sebességnek nevezzük. A reakció sebesség lehet hosszú, ez azt jelenti, hogy végtelen hosszú idő alatt megy

végbe. Közepes reakció sebességen értjük, ha a folyamat néhány óra és néhány nap alatt játszódik le. Gyors reakciósebességen azt értjük, ha a folyamat pillanatszerűen játszódik le. Kémiai reakció: - hőmérséklet függő (A kémiai reakció a hőmérséklettel egyenesen arányos, Ha a hőmérséklet nő növekszik a kémiai reakció, ha a hőmérséklet csökken a reakció idő is csökken.) - Az egymásra ható anyagok koncentrációjától. - Katalizátor alkalmazása Katalizátorok azok az anyagok, amelyek egy adott kémiai folyamat reakció sebességét megnövelik úgy, hogy közben maradandó változást nem szenvednek. Kémiai reakciók iránya: - Egyirányú kémiai folyamatok: a kémiai reakció addig tart míg 0 lesz a reakció sebesség. - Kétirányú vagy megfordítható kémiai folyamatok: A keletkezett anyag el is bomlik a kiindulási anyagokra. Kémiai reakciók fajtái: Egyesülés (Addíció): Két vagy több különböző tulajdonságú

anyagból egy új tulajdonságú anyag keletkezik. Bomlás: Egy anyagból két vagy több különböző tulajdonságú anyag keletkezik. Helyettesítés (Szubsztitúció): Az a kémiai folyamat, amikor a molekula egy vagy több hidrogén atomját más atomokkal vagy atomcsoportokkal helyettesítjük. A redoxid folyamatok jellemzése (Az elektrolízis, a galván elem működése) Azokat a kémiai folyamatokat, amely során elektron átmenet történik redoxid reakciónak, nevezzük. Az elektron leadással járó folyamat neve az oxidáció, az elektron felvétellel járó folyamat redukciós folyamatnak nevezzük. Az elektronátmenet egyidejűleg megy végbe A fémek a kémiai reakció során oxidálódnak, azaz elektront adnak le. A H (hidrogén) –től balra lévő fémek reakcióképesebbek, mint a jobbra lévők. Azaz a H -től jobbra lévő fémek savakban H2 gázfejlődés közben oldódnak. A galván elem és működlése: Olyan berendezés, amelyben a kémiai folyamatok

során kifele hasznosítható elektromos energia termelődik. Az elektromos energia kémiai energia formájában tárolódik A legegyszerűbb galván elem a cink (Zn), réz (Cu) vagy Daniell elem. Az ZnSO4 oldatba merülő Zn lemez atomjai elektron leadásával oldatba kerülnek. A Zn lemezen visszamaradt elektronok a fogyasztón át a Cu lemezre vándorolnak. Az elektronok ezen rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük. A Cu lemezre került elektronok a Cu ionokat semlegesítik amelyek atomos formában kiválnak. Tehát az áramforrás negatív elektródja (katód) a Zn lemez, a pozitív (anód) része a Cu lemez. A galván elem addig működik, amíg a Zn lemez teljes mértékben fel nem oldódik. Ezen az elven működnek az úgynevezett száraz elemek és az akkumlátorok. Az akkumlátorok regenerálható galván elemként működnek. Regenerálható galván elem azt jelenti, hogy a lemerült akkumlátor újra tölthető. A leggyakoribb akkumlátor a savas vagy ólom

akkumlátor Benne az elektródok ólom lemezek, az elektrolit pedig 25% os kénsav oldat. Elektrolízis: Az a kémiai folyamat, amely elektromos áram hatására megy végbe. Ilyenkor az elektródokon anyag kiválás történik úgy, hogy az oldatban lévő pozitív ionok a katódon, a negatív töltésű ionok az anódon válnak ki. Elektrolízis gyakorlati alkalmazásai: 1, Galvanizálás (fém bevonat készítése) 2, Nagy tisztaságú fémek előállítása (99,99%) 3, Tiszta oxigén előállítása a víz bontásával. 4, A konyhasó oldat elektrolízisével állítanak elő klór gázt meg nátriumhidroxidot. A savbázis reakció jellemzése (Az oldatok kémhatása, a közömbösítés) Azokat a molekulákat vagy ionokat, amelyek proton leadásra képesek savnak nevezzük. Az oldatban lévő oxónium ionok túlsúlya okozza az oldat savas kémhatását. Azokat a molekulákat, amelyek proton megkötésre képesek bázisoknak nevezzük. Ha az oldatban a hidroxil ionok

túlsúlyba kerülnek, akkor az oldat kémhatása lúgos lesz. A víz (H2O) kémhatása semleges, mert az oxónium ionok és a hidroxil ionok száma megegyezik. Az oldatok kémhatásának kimutatása indikátorral történik. Indikátorok olyan vegyületek, amelyek színváltoztatással jelzik az oldat kémhatását. Pl: fenolftaein, lakmusz Fenolftaein: színtelen folyadék, lúgos közegben piros lesz. Lakmusz: lúgos közegben kékszínű, savas közegben piros lesz. Savak és bázisok erőssége: Azok a vegyületek, amelyek könnyen adnak le protont, erős savaknak nevezzük. Pl: sósav, kénsav. Azokat a vegyületeket, amelyeknek a proton leadás képessége kicsi, azok a gyengesavak. Pl: szénsav. Minél nagyobb egy vegyület protonon megkötő képessége, annál erősebb bázisnak nevezzük. Pl.: nátriumhidroxid A kis proton megkötő képességű vegyületek a gyenge bázisok. Pl: ammóniumhidroxid Semlegesítés (Közömbösítés): Az a kémiai folyamat, amely során sav

és bázis hat egymásra. Ilyenkor mindig só és víz keletkezik. NaHO + HCl = NaCl + H2O Hidrolízis: Az a kémiai folyamat, amikor valamely só és víz hatására savra és bázisra bomlik. NH4 + H2O = NH4OH + HCL