View
88
Download
6
Category
Preview:
DESCRIPTION
Halmazállapotok Kristályos anyagok, atomrács. Szilárd anyagok : kémiai kötések az atomok/ionok/molekulák között Amorf: a részecskék elhelyezkedése rendezetlen, vagy csak kis körzetekben rendezett. Nincs határozott olvadáspontjuk = op (lágyulás → folyadék) - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
HalmazállapotokHalmazállapotokKristályos anyagok, atomrácsKristályos anyagok, atomrács
Szilárd anyagok: kémiai kötések az atomok/ionok/molekulák között
• Amorf: a részecskék elhelyezkedése rendezetlen, vagy csak kis körzetekben rendezett. Nincs határozott olvadáspontjuk = op (lágyulás → folyadék)
• Kristályos anyagok: a részecskék a tér minden irányában szabályos rendben helyezkednek el. Jól definiált (anyag azonosítására is használt) olvadáspontjuk van.
• Atomrács: rácspontokban atomok, melyek irányított egyszeres () kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz: gyémánt, Si, Ge, B, SiO2, ZnS, SiC
Kemények, hőt és elektromosságot nem vezetik, op magas, sem vízben, sem szerves oldószerekben nem oldódnak.
Gyémánt (Si, Ge, ZnS, SiC)Minden C atom körül tetra-éderes elrendeződésben van a többi azonos távol-ságra, azonos kötésszöggel.
109.5º
HalmazállapotokHalmazállapotokFémrácsFémrács
térben középpontos kockarács lapon középpontos kockarács hatszöges rács (Na, K, Fe, Cr) (Au, Ag, Al, Cu) (Mg, Ni, Zn)
Jellemzők:
• Rácspontokban pozitív töltésű fém atomtörzsek, amiket hozzájuk közösen tartozó delokalizált elektronok kötnek össze → vezetőképesség
• Erős kötés: kemény, magas op (Cr, W)
• Szürke szín (kivétel Cu, Au): minden típusú fotont elnyel (e--k gerjesztődnek)
• Oldhatóság: egymás olvadékaiban → ötvözet, ill. kémiai átalakulással savakban
+ + + + ++
++
+ + ++ + + + + + +
Leggyakoribb rácstípusok:
aranyrög
puha, megmunkálható
kemény, rideg
mindenféle
HalmazállapotokHalmazállapotokFémrács: ötvözetekFémrács: ötvözetek
Az ötvözet fémes anyag, mely legalább két kémiai elemből áll, s legalább az egyik fém. Legismertebbek: acél, sárgaréz (réz + cink), bronz (ón + réz)
Fizikai tulajdonságok, mint a sűrűség, reakciókészség, rugalmassági modulus, elektromos- és hővezető képesség általában nem mutatnak nagy eltérést az alkotóelemekéhez képest, de a mechanikai tulajdonságok, mint a szakító- és nyírószilárdság lényegesen különbözhetnek. Oka az atomok különböző mérete: a nagyobb atomok nyomóerőt fejtenek ki a szomszédos atomokra, míg a kisméretű atomok húzóerővel hatnak a szomszédjaikra, ami fokozza az ötvözet deformációval szembeni ellenálló képességét.
Előállítás: elsősorban fémek megolvasztásával és összekeverésével. A tiszta fémekkel ellentétben a legtöbb ötvözetnek nem jól definiált olvadáspontja
van, hanem olvadási tartománya:• Szolidusz: az a hőmérsékletet, amelyen az olvadás megkezdődik
• Likvidusz: az a hőmérsékletet, amelyen az olvadás befejeződik
• Eutektikus ötvözet: alkotóknak egy olyan aránya, amikor egyetlen olvadáspont létezik
HalmazállapotokHalmazállapotokÖtvözetek: szilárd oldatÖtvözetek: szilárd oldat
Olyan szilárd halmazállapotú homogén keverék, melyben a kisebb mennyiségű ”oldott anyag” nem változtatja meg az oldószer kristályszerkezetét. A
szerepekfel is cserélődhetnek.
• hasonló atomsugarak (<15% eltérés)
• azonos kristályszerkezet
• hasonló elektronegativitás
• hasonló vegyérték
A és B keverékének olvadása (hal-görbe):
• T2 alatt csak szilárd anyag van
• T1 felett csak olvadék van
• a görbe belsejében olvadék+szilárd keverék
• T1 – T2 között a szilárd illetve folyadék komponens összetétel a nyilak alapján
folyadék
folyadék+szilárd
szilárd oldat
Fázisdiagram
(K)
T2
T1
100%B
100%A
xszilár
d
xfolyadé
k70%A, 30%B 10%A, 90%B
szolidusz görbe
likvidusz görbe
HalmazállapotokHalmazállapotokÖtvözetekÖtvözetek
Csoportosítás kristályrács szerint:• Helyettesítéses (szubsztitúciós): Az alkotó elemek atomjai hasonló
méretűek, így a kristályrácsban egyszerűen helyettesíthetik egymást (pl. sárgaréz).
• Intersticiós: az egyik alkotóelem atomja lényegesen kisebb a másiknál, és a kisebb atomok beépülnek a nagyobb atomok közti (rácsközi) helyekre.
• Kristályrács, ami nem hasonlít egyik összetevő kristályrácsához sem (nagyon bonyolult). Ezek nagyon kemény, rideg fémvegyületek, pl. Fe3C (cementit), WC (volfrámkarbid).
Kétkomponensű rendszer eutektikus ponttal:
FolyadékT
p=állandó
x%
szilárd A + B
szilárd A + folyadék szilárd B +
folyadék
Eutektikus pont,hőmérséklet
A B
• A és B nem képez szilárd oldatot, a szilárd fázis a két anyag kristályainak heterogén keveréke
• Az eutektikus összetételű szilárd keverék egyszerre megolvad (úgy viselkedik, mintha egy anyagból állna), a többi összetételnél az olvadás egy hőmérséklet tartományban történik
HalmazállapotokHalmazállapotokIonrácsIonrács
Jellemzők:
• Rácspontokban szoros illeszkedéssel kationok és anionok vannak. Kifelé semleges.
• Kemények, ridegek, magas olvadáspontúak, elektromos áramot nem vezetik
• Olvadékuk és oldataik vezetők
• Többségük vízben oldódik, ionjaira disszociál
Leggyakoribb rácstípusok:
NaCl, lapon középpontos kockarács
CsI, térben középpontos kockarács
HalmazállapotokHalmazállapotokMolekularácsMolekularács
Jellemzők:
• Rácspontokban molekulák vannak, melyek másodlagos kötőerőkkel kapcsolódnak egymáshoz.
• Szinte minden szerves molekula, valamint H2, O2, N2, CO2 (szárazjég), stb.
• Keménység kicsi, olvadás- és forráspont alacsony, kis sűrűség, áramot sem szilárd, sem olvadt állapotban nem vezetik.
• Apoláris szerves oldószerekben (pl. CCl4) oldódnak.Jég: 16 különböző szilárd fázisú szerkezetben létezik.
• Hidrogénkötés
• Dipólus-dipólus kölcsönhatás
• Diszperziós kölcsönhatás0.8-12 kJ/mol
8-40 kJ/mol
Hexagonális kristályrendszer
GrafitGrafit
Három rácstípusból van benne:
• Szénatomok egyszeres kovalens kötéssel kapcsolódnak 3 szomszédjukhoz (atomrács).
• A negyedik elektron delokalizáltan van a kovalens kötésű síkokban (fémrács).
• A hexagonális szerkezetű síkok között másodlagos kötőerők hatnak (molekularács).
gyémánt
Ebből adódnak tulajdonságai:
• Magas op. (3700 ºC)
• Vezeti az áramot
• Jó kenőanyag (síkok egymáson elcsúsznak)
Kémiai reakciókKémiai reakciókreakcióegyenletekreakcióegyenletek
A kémiai reakciókban atomok/molekulák/ionok elektronszerkezete változik (kötések bomlanak fel, új kötések jönnek létre):
bomlás: CaCO3 = CaO + CO2
egyesülés: NH3 + HCl = NH4Cl
atom/atomcsoport csere („cserebomlás”): CaCO3 + HCl = CaCl2 + H2CO3 (→CO2 + H2O)
Reakcióegyenlet: reagáló anyagok => termékek
• tömegmegmaradás: azonos típusú atomok száma mindkét oldalon azonos
• töltésmegmaradás: töltések összege mindkét oldalon azonos (általában 0 )
• kémiai számítások alapja általában az egyenlet.
• Sztöchiometria: A reakcióegyenlet alapján kiszámítható a reagáló/keletkező anyagok mennyisége.
Kémiai reakciókKémiai reakciókkémiai számításkémiai számítás
Számítási példa:Számítsuk ki hány cm3 1 mol/dm3-es kénsav kell 2 dm3 normál állapotú HCl gáz készítéséhez a következő kiegészítendő reakcióegyenlet alapján: CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + HCl
Egyenlet rendezése anyagmegmaradás elve alapján:
CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HCl
22,41 dm3 a térfogata 1 mol HCl gáznak normál állapotban (0 ºC, 0,1 MPa)Ez alapján 2 dm3 HCl megfelel (1/22,41)*2=0,089 molnak
2 mol (molekula) HCl fejlesztéséhez kell 1 mol (molekula) H2SO4
0,089 mol HCl fejlesztéséhez kell (1/2)*0,089=0,0445 mol H2SO4
1 mol H2SO4 van 1000 cm3 (1 dm3) 1 mol/dm3-es oldatban0,0445 mol H2SO4 van (1000/1)*0,0445=44,5 cm3 oldatban
Tehát 44,5 cm3 1 mol/dm3-es H2SO4 oldat kell.
Kémiai reakciókKémiai reakciókkémiai számításkémiai számítás
Számítási példa:Számítsuk ki hány g 36 m/m%-os HCl oldat kell 100 g FeCl3 készítéséhez a következő kiegészítendő reakcióegyenlet alapján: Fe2O3 + HCl = FeCl3 + H2O MFe=55.8, MO=16, MCl= 35.5, MH=1
Egyenlet rendezése anyagmegmaradás elve alapján:
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O
Molekulatömegek: MFeCl3=162,3, MHCl=36.5
100 g FeCl3 = (1/162,3)*100 = 0,616 mol
2 mol FeCl3 keletkezése igényel 6 mol HCl-at0,616 mol FeCl3 keletkezése igényel (6/2)*0,616=1,848 mol = 1,848*36,5=67,452 g HCl-at
36 g HCl van 100 g 36 m/m%-os HCl oldatban67,452 g HCl van (100/36)*67,452=187,37 g HCl oldatban
Tehát 187,37 g 36 m/m%-os HCl oldat kell.
Kémiai reakciókKémiai reakciókreakcióhőreakcióhő
Reakcióhő (Qr, kJ): reakcióegyenlet által definiált reakció hőváltozása
A kémiai reakciókban kötések bomlanak fel és új kötések alakulnak ki.
• Kötésfelbomlás: energia befektetést igényel (+ előjel)
• Kötés kialakulás: energia szabadul fel (- előjel)
• Ha fázisátalakulás történik, annak is van energiavonzata. Pl. gáz kondenzálása energia felszabadulással jár a szilárd fázisbeli kötések
kialakulása miatt.
• Exoterm reakció: energia szabadul fel (C + O2 = CO2, Qr < 0)
• Endoterm reakció: energiát igényel (H2O → H2 + ½O2, Qr > 0)
Képződéshő (Qk, kJ/mol): annak a reakciónak az energiaváltozása, melyben egy vegyület 1 mólja standard körülmények (25 ºC, 0,1 MPa) között alapállapotú elemeiből keletkezik. Alapállapotú elemek képződéshője standard körülmények között 0 kJ/mol.
Kémiai reakciókKémiai reakciókreakcióhőreakcióhő
Hess tétel: a reakcióhő független a reakció útjától (általában többféle útvonal van), csak a kezdeti és végállapottól függ.
Reakcióhő a képződéshőkből: a termékek együtthatókkal szorzott képződéshői-nek összegéből levonjuk a kiindulási anyagok együtthatókkal szorzott képződés-hőinek összegét.
I. CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O Qr = QkCaCl2 + QkCO2 + QkH2O – QkCaCO3 – 2QkHCl
II. CaCO3 = CaO + CO2
CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O Qr = QkCaO + QkCO2 + QkH2O + QkCaCl2 – QkCaO - QkCaCO3 – 2QkHCl
A CaO csak átmeneti termék, keletkezik és megszűnik, ezért képződéshője a
II. összetett reakcióban kiesik.Reakcióentalpia (H, kJ): ugyanaz mint a reakcióhő, csak ki van kötve a nyomás állandóságának feltétele (zárt edényben gázok reakciójakor lehet különbség ha mólszám változás van)
Entrópia (S, kJ/K): egy rendszer rendezetlenségének mértéke. A rendezetlenség
kedvezőbb állapot:• kristályos anyag oldódása (oldott anyag oldószerben való eloszlása)• gázok keveredése (kibocsátott CO2, füst)A természetes folyamatokat az irányítja, hogy:• csökkenjen a rendszer energiája (energia-felszabadulás)• növekedjen a rendezetlenség mértéke
Ezt fejezi ki a szabadentalpia: G = H – TS
Valamely folyamat (kémiai reakció) szabadentalpia változása:
G = H – TS
Spontán folyamat akkor megy végbe, ha szabadentalpia változás negatív (G<0).
Az entrópia tagnak inkább csak magas hőmérséklet esetén (T > 1500 K) van
jelentősége, szobahőmérsékleten általában elhanyagolható, azaz
G ≈ H
Kémiai reakciókKémiai reakciókSzabadentalpiaSzabadentalpia
G: szabadentalpia, kJH: entalpia, kJT: hőmérséklet, K
Kémiai reakciókKémiai reakciók
Kémiai reakció feltételei:• részecskék ütközése – nagyobb koncentrációban gyakoribb:
• a részecskék megfelelő térhelyzetben legyenek
Aktiválási energia (kJ/mol): az az energiatöbblet, amelynek következtében a részecskék átalakulásra képes aktív állapotba jutnak = az aktivált komplexum keletkezéséhez szükséges energia
Aktivált komplexum:• részecskék ütközés utáni nagyon rövid ideig tartó összekapcsolódása
• tartalmazza mind a megszűnő, mind a létrejövő kötéseket, de azok sokkal gyengébbek, hosszabbak mint a kiindulási ill. termék molekulákban
• kötésszögek teljesen másokAktivált
komplexum
Reakcióút Termékek
Ea E’
a Reaktánsok
Reaktánsok
Átmeneti komplexum Termék
Recommended