a kémia és az atomok világa kémiai kötések és ...maximkiado.hu/pub/item_attach/1025/1101.pdfa...

A kémia és azatomok világaA kémia és azatomok világa

Kémiai kötések és kölcsönhatások halmazokban


Anyagi rendszerekAnyagi rendszerek

Kémiai reakciók és reakciótípusokKémiai reakciók és reakciótípusok

ElektrokémiaElektrokémia

A hidrogén, a nemesgázok, a halogének és vegyületeik

A hidrogén,a nemesgázok,a halogének és vegyületeik

Az oxigéncsoport és elemeinek vegyületei


A nitrogéncsoport és elemeinek vegyületei

A nitrogéncsoport és elemeinekvegyületei

A kémia és azatomok világaA kémia és azatomok világa



Anyagi rendszerekAnyagi rendszerek

Kémiai reakciók és reakciótípusokKémiai reakciók és reakciótípusok

ElektrokémiaElektrokémia


A hidrogén,a nemesgázok,a halogének és vegyületeik



A nitrogéncsoport és elemeinek vegyületei

A nitrogéncsoport és elemeinekvegyületei

Szerzők: Dr.TóthZoltánegyetemidocens Dr.LudányiLajosközépiskolaitanár SomogyinéAmbrusErikaközépiskolaitanár

Lektorok: Dr.AdamkovichIstvánnyugalmazottegyetemiadjunktus PrókaiSzilveszterközépiskolaitanár TripolszkyImrénéközépiskolaitanár

AzOHáltalkirendeltszakértők: BotkaLajosné SarkaLajos ZarubayAttila

Felelősszerkesztők: Dr.MezõTamás SzabónéMihályHajnalka

Mûszakiszerkesztõ: SzûcsJózsef

Korrektúra: SzuperáknéVörösEszter VajnaGyöngyi

Második,átdolgozottkiadásKiadóikód:MX-275B/TTankönyviengedélyszám:TKV/4277–16/2013(2013.05.06.–2018.08.31.)Kerettanterv:51/2012.(XII.21.)számúEMMIrendelet3.melléklet(3.2.09.2.),4.melléklet(4.2.10.2),5.melléklet(5.2.14.2.),6.melléklet(6.3.5.2.)Tömeg:425gTerjedelem:212oldal(19,35ív)

Minden jog fenntartva,beleértveasokszorosítást,aműbővített, illetve rövidítettváltozatakiadásánakjogátis.Akiadóírásbeliengedélyenélkülsemateljesmű,semannakrészesemmilyenformábannemsokszorosítható.

ISBN9789632612515

©MaximKönyvkiadó

Fotók: Aszerzőksajátfotói Nemzetköziképügynökségek

Ábrák: KelczRoland TóthRóbert

Illusztrációk: FalcioneSarolta

Borítótervéslayout: DarócziSándor

Elõszó

6

Miértfontosakémia?Miértlehetszeretniakémiát?

A kémia a minket körülvevő és a minket alkotó anyag felépítésének, tulajdonságainak és az anyagfajták egymásba alakulásának tudománya. A kémia éppen úgy jelen van a konyhában, az öltözködésünkben, a szórakozásunkban, az egészségünk megőrzésében és helyreállításában, mint a társtudományokban: a biológiában, a fizikában és a földrajzban. Mennyire fontos a kémia? Pontosan annyira, amennyire a fi-zika, a biológia vagy a földrajz. Elengedhetetlen része mindennapi életünknek és természettudományos műveltségünknek.

Miért lehet szeretni a kémiát? Mert izgalmas, látványos és hasznos. Ennek ellenére a kémia az egyik legnehezebb iskolai tantárgy. Nem elég megérteni, tanulni is kell; és nem elég megtanulni, érteni is kell.

Miért nehéz a kémia? Egyrészt azért, mert az anyagok tulajdonságait, átalakulásait érzékszerveink-kel nem érzékelhető, nehezen elképzelhető apró részecskék (atomok, molekulák, ionok) kölcsönhatása-ként értelmezi. Ott van az a sok vegyjel, képlet és reakcióegyenlet is…

Nem ígérjük tehát, hogy a kémia tanulása könnyű és üdítő lesz. Igyekszünk viszont rámutatni a kémia és a mindennapi életünk kapcsolatára. A kémiai ismeretekkel kapcsolatban rengeteg tévképzet (tudományosan nem helytálló ismeret) van az emberek fejében. Ezeket is próbáljuk bemutatni, hiszen ezek kialakulásának oka van, és ez nem szégyellni való. Ha viszont tisztában vagyunk tudásunk hiá-nyosságaival, akkor már megtettük az első lépést a helyes tudás kialakulásának útján. Ebben segítenek a leckékben előforduló párbeszédek, melyek során elsősorban a gyerekek fogalmazzák meg azokat a problémákat, félreértéseket, amelyek bennetek is felmerülhetnek a kémia tanulása közben.

A tanév során számos új fogalommal fogunk megismerkedni, és nagyon sok, korábban az általános iskolában tanult fogalmat fogunk újra megbeszélni, jelentését pontosítani, kibővíteni.

Mi kell a sikeres tanuláshoz? Érdeklődés, nyitottság az újra, és kitartás, szorgalom, a nehézségeken, a kudarcokon való felülemelkedés képessége. Kívánjuk, hogy mindezek legyenek meg bennetek is!

A Szerzők és a Kiadó

7

Hogyanhasználd?

Jelmagyarázat

A leckék zöld háttérszínnel megjelenített családi beszélge-téssel kezdődnek. A gyerekek fogalmazzák meg azokat a kérdéseket, problémákat, amelyek az adott lecke tanulása

közben felmerülhetnek. A kérdésekre a felnőttek adnak helyes vá-laszt, ők korrigálják az esetleges tévedéseket is.Ha a beszélgetés során emelt szintű tananyag kerül szóba, a betűk színe kékre változik. A szövegdobozok jobb alsó sarkában piros alapon fehér felkiáltójel figyelmeztet a tévedésekre, hibás előismeretekre.

Az adott tananyagrész tudománytörténeti vonatkozásai a nagyapa „elbeszélésében” krémszínű háttérrel jelennek meg.

A törzsszövegben előforduló emelt szintű tartalmak világoskék alapon jelennek meg.

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

Ne csak nézd!Törekedtünk arra, hogy az ábrák, képek a problémák továbbgondolását, a jobb értelmezhetőséget szolgálják (legtöbbjük-höz közvetlenül kapcso-lódik kérdés, feladat), miközben kellemesebbé teszik az olvasást.

3.11. Forró hűtővíz?

Félkövér kiemelésekkel hívjuk fel a figyelmet a fontosabb szakkifejezésekre és a definíciókra. A szakszavakat a könnyebb áttekinthetőség kedvéért a kötet végén a függelékben is feltüntetjük azzal az oldalszámmal együtt, amelyen az adott kifejezést legalaposabban tárgyaljuk.A listában csillaggal* jelöljük az érettségi követelményrendszerben szereplő tartalmakat, melyekből a kék* színnel jelöltek csak az emelt szintű követelményben szerepelnek. Az új szakkifejezéseket dőlt be-tűvel jelöljük. Újnak tekintjük mindazokat a fogalmakat, amelyek az alsóbb évfolyamokon a tantervek szerint, illetve a tanítási gyakorlatban nem fordulnak elő, vagy megjelennek ugyan, de tárgyalásunkban lényegesen mélyebb értelmet nyernek.

A leckék végén sárga alapon, vázlatpontokba rendezve újra kiemeljük, összefoglaljuk a leg-fontosabb tényeket. Ezekben a kiemelésekben az emelt szintű részeket kék betűvel jelöljük.

Az összefoglalások után Válaszolj! Kutass! Mérj! Alkoss! Kísérletezz! címmel saját mérésre, kísérletek el-végzésére, jelenségek értelmezésére buzdító ajánlások fogalmazódnak meg. Szeretnénk, ha a keresési felada-tok megoldása a könyvtárban és az interneten való értelmes tájékozódást is segítené.

Ahol számítási feladatok megoldására is van mód, először a Kidolgozott feladatok című részben mutatjuk meg lépésekre bontva a feladatok megoldásának legegyszerűbb módját.

Oldd meg! címmel következnek azok feladatok, melyek megoldása általában a sorszám növekedé-sével együtt egyre komolyabb kihívást jelenthet.

Tartalomjegyzék

8

1. Mitőltudományos? 12 A részecskemodell

2. Azosztható„oszthatatlan” 15 Az atom

3. Mégmindig„magolunk” 19 Az atommag átalakulásai

4. Főszerepbenazelektronok 23 A periódusos rendszer

5. Amikoregyvesszőnekisjelentőségevan 28

Az anyagmennyiség

III.ANYAGIRENDSZEREK 57I.AKÉMIAÉSAZATOMOKVILÁGA 11

1. Aháromlegerősebb 36 Elsőrendű kémiai kötések

2. Többmintatomokegyüttese 42 A molekula

3. Egyikilyen,másikolyan 45 A molekulák alakja

4. Molekulákakcióban 49 Másodrendű kémiai kötések

5. Lehetpozitív,lehetnegatív 54 Az ion

1. AplazmatévétőlazLCD-ig 58 A gáz és a folyadék (cseppfolyós)

halmazállapot

2. Otttúlarácson… 64 A szilárd halmazállapot

3. Majdhafagy… 67 Halmazállapotváltozások

4. Fölöttébbfontosfolyadékok 71 Oldatok

5. Megoldható,csakkoncentráljunk!78 Oldatok összetétele

6. Heterogén?Homogén? 84 Diszperz rendszerek

1. Végrekémia!Denemcsakaz! 88 A kémiai változások általános jellem-

zése

2. Egyhőstéma 95 A reakcióhő

3. Egytételéskövetkezményei 100 A reakcióhő számítása

4. Lássuk,melyikagyorsabb! 102 A kémiai reakciók sebessége

5. Mindkétirányúforgalom 105 A kémiai egyensúly

6. „Szók,szavak,frázisok” 111 Sók, savak, bázisok

IV.KÉMIAIREAKCIÓKÉSREAKCIÓTÍPUSOK 87

II.KÉMIAIKÖTÉSEKÉSKÖLCSÖNHATÁ-SOKHALMAZOKBAN 35

9

V.ELEKTROKÉMIA 127

7. Párban 117 A savbázis reakció mint protonátme-

net

8. Abőségzavara 121 A redoxireakciók értelmezésének

három modellje

1. Kémiailagtisztaanyagok 150 Elemek és vegyületek

2. Avilágegyetemőseleme 157 A hidrogén

3. Alevegő„nemesei” 161 A nemesgázok

4. Veszedelmeselemek 163 Halogének

5. Ételeinksava,borsa 168 Fontos halogénvegyületek

1. Egyrázóstéma 128 Az elektromos áram kémiai hatása

2. Mindezmirejó? 132 Az elektrolízis gyakorlati alkalmazá-

sai

3. Munkárafogottelektronok 137 Galvánelemek

4. Miértmegyvégbe? 141 A redukáló és oxidálóképesség mér-

téke: az elektródpotenciál

5. Azelméletbőlgyakorlatlesz 145 Gyakorlatilag fontos galvánelemek

1. Védd,hogyvédhessen! 174 Az oxigén és az ózon

2. Két„különleges”anyag 178 A víz és a hidrogénperoxid

3. Asárgakincs 183 A kén

4. Mérgezőgázokalevegőben 187 Kéndioxid, kénessav és sói

5. Vitriolbamártjuktollunkat 191 Kéntrioxid, kénsav és sói

1. Egyélettelengáz,amelynélkülnincsélet 196

A nitrogén, az ammónia és sói

2. Amiértháborúztak,csatáztak:hábo-rúsveteránok 200

A salétromossav, a salétromsav és sóik

3. Afénythordozó:barátvagyellen-ség? 205

A foszfor és vegyületei

VI.AHIDROGÉN,ANEMESGÁZOK,AHALOGÉNEKÉSVEGYÜLETEIK 149

VII.AZOXIGÉNCSOPORTÉSELEMEINEKVEGYÜLETEI 173

VIII.ANITROGÉNCSOPORTÉSELEMEINEKVEGYÜLETEI 195

IX.FÜGGELÉK 210

210

10

Csop

ort

Az

ato

mo

k p

erió

du

s re

nd

szer

ePeriódus

prot

onsz

ám

vegy

jel

rela

tív a

tom

töm

eg

Könnyű gázok és mások

A hidrogén,a nemesgázok,

a halogénekés vegyületeik

A hidrogén,a nemesgázok,

a halogénekés vegyületeik

VI. VI. fejezetfejezet

150

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••


1.1. A fehér- és a vörösfoszfor a foszfor allotróp módosulatai

grafit

gyémánt

C60

fullerén

1.2. A grafit, a gyémánt és a fullerén a szén allotróp módosulatai

1.KémiailagtisztaanyagokElemekésvegyületek

Én hallottam már egykomponensű és többkomponensű anyagi rendszerekről is. Mit jelentenek ezek?

Egykomponensű az anyagi rendszer, ha csak egy elem vagy vegyület alkotja. Részecskeszinten ez azt jelenti, hogy az anyag csak egyféle atomból (pl. gyémánt) vagy egyféle molekulából (pl. víz) vagy egyfé-le ionpárból (pl. nátrium-klorid) épül fel. Az egykomponensű anyagi rendszereket szokás kémiailag tiszta anyagoknak is nevezni.

A többkomponensű rendszereket többféle elem vagy vegyület alkotja. Részecskéiket tekintve a többkomponensű rendszerek többfé-le atomból (pl. argon és neon elegye), többféle molekulából (pl. cuk-ros víz) vagy többféle ionpárból (pl. jódozott konyhasó) épülnek fel. A többkomponensű anyagi halmazokat szokták összetett anyagi rend-szereknek is nevezni.

Az egykomponensű vagy kémiailag tiszta anyagi rendszerek kétfé-lék lehetnek: elemek és vegyületek.

Elemek

A kémiailag tiszta (egykomponensű) anyagi rendszerek egyik képvise-lője a kémiai elem. Kémiai elemnek nevezzük az azonos rendszámú atomok halmazát, függetlenül attól, hogy az atomok kapcsolódnak-e egymáshoz vagy sem. Például a hélium különálló atomokból felépülő elem. Az oxigén általában kétatomos molekulákból (O2) épül fel, de ismeretes háromatomos módosulata (O3) is. A gyémánt is atomokból (pontosabban atomtörzsekből) áll, de ezek egymáshoz kovalens kötés-sel kapcsolódva kristályrácsba rendeződnek.

Az elemeket többféle szempontból csoportosíthatjuk. Az egyik ilyen csoportosítás alapja, hogy szilárd halmazállapotban milyen tí-pusú kristályrácsot alkotnak. Ennek megfelelően vannak atomrácsos elemek (pl. szén, szilícium), molekularácsos elemek (pl. hidrogén, oxigén, kén, halogének, nemesgázok) és fémrácsos elemek (pl. vas, higany, réz). (Az elemek ionrácsban nem fordulhatnak elő.)

Vannak olyan elemek (pl. a foszfor, az oxigén, a szén, a kén, az ón), amelyek különböző formákban fordulhatnak elő elemi állapotban is (1.1. ábra). Az elemek különböző molekulaképletű vagy kristály-szerkezetű formáit allotróp módosulatoknak nevezzük.

Erről már tanultunk, ilyen esetben különbözik az atomok-ban a neutronok száma.

151

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••


szén(23%)

oxigén(61%)

H (10%)N (2,6%)Ca (1,4%)P (1,1%)

Mg (0,50%)K (0,20%)S (0,20%)Na (0,14%)

Al (8,32%)Fe (5,63%)Ca (4,15%)Na (2,36%)

Mg (2,33%)K (2,09%)Ti (0,57%)H (0,14%)

szilícium(28,2%)

oxigén(46,4%)

hidrogén(73,5%)

hélium(26,4%)

C, N, O, Ne, Fe(0,1%)

Földkéreg

Emberi szervezet

Világegyetem

1.3. Az elemek előfordulási gya-ko ri sága a világegyetemben, a föld ké regben és az emberi testben (az adatok anyagmennyiség-száza-lékban vannak megadva)

Te most az izotópokra gondolsz. A két fogalomnak semmi köze egymáshoz. Ne keverd össze! Az izotópok ugyanazon elem különböző tömegszámú atomjai. Az allotróp módo-

sulatok ugyanazon elem különböző molekulaképletű vagy kristály-szerkezetű módosulatai. Az egyik fogalom az atomra mint kémiai részecskére, a másik az elemre mint anyagi rendszerre vonatkozik.

Allotróp módosulatok például a grafit (rétegrácsos szén), a gyémánt (atomrácsos szén) és a fullerének (pl. a C60 molekulákból álló moleku-larácsos szén) (1.2. ábra); vagy a fehérón (fémrácsos ón) és a szürke ón (atomrácsos ón); vagy az oxigén (O2) és az ózon (O3). Az allotróp módosulatok nemcsak fizikai, hanem kémiai tulajdonságaikban is kü-lönbözhetnek egymástól.

Az elemeket kétféleképpen jelölhetjük: vegyjellel (pl. C, S, H, O) és képlettel (pl. C60, S8, H2, O2, O3). A két jelölés a molekulákból álló elemek esetén különbözik egymástól (pl. O2 és O3 vagy fehérfoszfor és vörösfoszfor).

Nyolcadik osztályban a kémiatanárom majdnem leharapta a fejemet, amikor a hidrogéngáz és az oxigéngáz reakcióját úgy írtam fel, hogy 2 H + O → H2O. Szerinte a 2 H2 + O2 → 2 H2O

a helyes, mert a hidrogéngáz és az oxigéngáz is kétatomos moleku-lákból áll. De amikor a kén égését írtuk fel, akkor a reakcióegyenlet-ben simán a kén vegyjelét használtuk, pedig a kén is molekulákból, méghozzá nyolcatomos molekulákból épül fel. Egyik esetben szabad a képlet helyett vegyjelet használni, a másik esetben nem?

Ez valóban nagyon zavaró a kémiával még csak ismerkedő emberek számára. Talán segít a következő szabály: a mo-lekularácsos elemek jelölésére a molekulaképletet szok-

tuk használni abban az esetben, ha az elem két- vagy háromatomos molekulákból áll. Négy- vagy többatomos molekulák esetén inkább a vegyjelet használjuk az elem jelölésre, kivéve, ha hangsúlyozni akarjuk, hogy milyen összetételű molekulákból áll az elem. A kémia-tanárodnak tehát igaza volt.

Jelenleg 118 elemet ismerünk, de a mindennapokban csak kb. 90 elem-mel találkozhatunk. Az elemek nem egyforma gyakorisággal fordulnak elő a természetben. Ahogy az 1.3. kördiagramokból is kiderül, az ele-mek előfordulási aránya különbözik attól függően, hogy a világegyetem egészében, a földkéregben, a légkörben, a tengervízben vagy az ember szervezetében vizsgáljuk. Földi körülmények között az elemek nagy része vegyületek formájában található meg, mert így satbilizálódnak, és csak néhány (pl. nemesgázok, nemesfémek) fordul elő elemi álla-potban.

152

A hidrogén, a nemesgázok, a halogének és vegyületeikA hidrogén, a nemesgázok, a halogének és vegyületeik

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

1.4. Főcsoportok

1.5. A második főcsoport elemei az alkáliföldfémek

1.6. Nátrium reakciója klórral. A keletkező konyhasó (NaCl) tu-lajdonságai jelentősen különböz-nek a nátrium és a klór tulajdon-ságaitól

Az elemek rendszerezésére a periódusos rendszert használjuk. Az elemek periódusos rendszerét könnyen levezethetjük az atomok periódusos rendszeréből. Mindössze annyit kell tennünk, hogy az atomra jellemző tulajdonságokat, adatokat kicseréljük az ugyanazon atomból felépülő elemre jellemző tulajdonságokra, adatokra. Az ele-mek periódusos rendszerében a hasonló fizikai és kémiai tulajdonságú elemek egymás alatt helyezkednek el. Ezek alkotják a főcsoportokat (1.4. ábra):

Csoport 1. 2. 13. 14. 15. 16. 17. 18.Főcsoport I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII.

Csoportnév Alkáli-fémek

Alkáli-földfémek

Földfé-mek

Széncso-port

Nitrogén-csoport

Oxigén-csoport

Halogé-nek

Nemes-gázok

Az elemeket feloszthatjuk továbbá fémekre és nemfémes elemekre. Az elemek többsége fém. A fémek a periódusos rendszer bór– asztácium (B–At) képzeletbeli vonaltól balra elhelyezkedő elemek. A fémek fém-rácsban kristályosodnak, jelölésükre vegyjelüket használjuk (nincs tehát Na2 és Fe2!). A bór–asztácium vonaltól jobbra helyezkednek el a nem-fémes elemek. Ezek többsége molekularácsban, néhány tagjuk atom-rácsban kristályosodik. A bór–asztácium vonal mentén található fémes elemek a körülményektől függően mutathatnak fémes tulajdonságokat (fémrács, jó elektromos és hővezetés), és mutathatják a nemfémes ele-mek tulajdonságait is (atom- vagy molekularács, rossz elektromos veze-tés). Szép példa erre a korábban már tárgyalt ón, amelynek létezik fémes módosulata (fehér ón) is, és nemfémes módosulata is (szürke ón).

Vegyületek

A kémiailag tiszta anyagok másik nagy csoportját alkotják a vegyületek. A vegyület két vagy több elem atomjaiból felépülő, meghatározott összetételű anyag, melynek tulajdonságai jelentősen eltérnek az al-kotóelemek tulajdonságaitól (1.6. ábra). Részecskeszinten a vegyület olyan anyagi halmaz, amely egyféle vegyületmolekulából (pl. H2O), egyféle ionpárból (pl. NaCl) vagy többféle, egymással kovalens (pl. SiO2) vagy fémes kötéssel kapcsolódó atomból épül fel (pl. Cu5Zn8).

A vegyületek szilárd állapotban mind a négy rácstípusban előfor-dulhatnak. A molekularácsos vegyületek kristályrácsában molekulák (pl. H2O, CO2, C6H12O6), az ionrácsos vegyületekben ellentétes töltésű ionok (pl. NaCl, NH4NO3), az atomrácsos (pl. SiO2) és a fémrácsos ve-gyületekben atomtörzsek találhatók (pl. CuZn3).

A vegyületeket nemcsak rácstípus szerint, hanem az őket felépítő elemek minősége szerint is csoportosíthatjuk. Szerves vegyületeknek nevezzük azokat a vegyületeket, amelyek felépítésében elsősorban szén és hidrogén, számos esetben oxigén és nitrogén is részt vesz. Ilyen szer-ves vegyület például a metán (CH4), a szőlőcukor (C6H12O6), az etil-alkohol (C2H5OH), az ecetsav (CH3COOH) és a répacukor (C12H22O11).


153


••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

Ne csak nézd!Nem, ez most nem egy sakk-tábla. Ez egy vegyület kris-tályának kétdimenziós mo-dellje, ahol a fehér négyzetek az A anyagot, a feketék a B anyagot jelentik. Mi lehet en-nek a vegyületnek a képlete?

1.7. Sakktábla? Nem, ez modell

CH

C2H2

H—C C—H

1.8. Az etin tapasztalati képlete, molekulaképlete és szerkezeti képlete

A szerves vegyületek túlnyomó többsége molekularácsos vegyület, számuk több millióra tehető. A szervetlen vegyületek csoportjába tar-toznak az egyéb vegyületek, pl. a konyhasó (NaCl), a kénsav (H2SO4), a víz (H2O), a salétrom (KNO3). A szervetlen vegyületek mind a négy rácstípusban előfordulhatnak, számuk néhány tízezerre tehető.

A vegyületeket képletettel jelöljük. A képlet vegyjelekből áll. A vegyjelek jobb alsó indexében szereplő számok a vegyületet felépítő ato-mok anyagmennyiség-arányát fejezik ki. (Megállapodás szerint az 1-est nem írjuk ki.) A K2SO4 képlet jelent egy olyan vegyületet, amelyben a K : S : O anyagmennyiség-aránya 2 : 1 : 4. Molekularácsos vegyületek esetén ezek az indexek nemcsak mólarányt, hanem a molekulát felépítő atomok számát is jelentik. A H3PO4 jelentései tehát: 1. olyan vegyület, amelyben a H : P : O anyagmennyiség-aránya 3 : 1 : 4; 2. olyan molekula, amely 3 H-, 1 P- és 4 O-atomból épül fel.

A ma használatos vegyjeleket a 19. század elejétől használ-ják a tudósok. A képletekben viszont még a 19. század vége felé is egyaránt használták az indexeket a vegyjel jobb felső és jobb alsó sarkában is. Voltak tehát olyan országok, ahol a

víz képletét H2O-nak írták. A 20. század elején egyeztek meg a tudósok abban, hogy egységesen a vegyjel jobb alsó sarkába írják az indexet. A döntésben közrejátszott az is, hogy a matematikában gyakran hasz-nálják a jobb felső indexet, és az mindig hatványkitevőt jelent.

Aszerint, hogy a képletben szereplő indexnek milyen jelentése van, a kép-leteket két nagy csoportba osztjuk. Tapasztalati (vagy sztöchiometriai) képletről beszélünk akkor, ha a képlet csak az alkotó atomok anyag-mennyiség-arányát fejezi ki. Ilyen képlettel szoktuk megadni az ionrá-csos és az atomrácsos vegyületek összetételét (1.7. ábra). Molekulakép-letről beszélünk, ha a képlet az alkotó atomok anyagmennyiség-arányán kívül kifejezi a molekulát felépítő atomok számát is. A szőlőcukornak megadható a tapasztalati képlete (CH2O) és a molekulaképlete (C6H12O6) is. A csupán a vegyület összetételét kifejező képleteket összefoglaló néven szoktuk összegképletnek is nevezni. Az összegképlettől eltérő a szerkezeti képlet, amely az összetételen kívül már az atomok kapcso-lódásáról is nyújt felvilágosítást. Szerkezeti képlet pl. a molekuláknál tárgyalt elektronszerkezeti képlet is (1.8. és 1.9. ábrák).

Kétdimenziós modell Térbeli modell

CC CC CC CC

szerkezeti képlet

térszerkezeti képlet

pálcika- és gömbmodell

gömbcsonk-modell

1.9. Ugyanannak a metánmolekulának (CH4) különböző szerkezeti képletei és mo-delljei

154


••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

molekulaképlet

M

tapasztalati képlet

tömeg%-os összetétel

1.10. A molekulaképleteket gyak-ran a tömegszázalékos összetétel-ből számítjuk ki

A szemetekből látom, hogy ez most nagyon „kínai” nek-tek. Megpróbálom egy hasonlattal szemléletessé tenni. Té-telezzük fel, hogy egy osztály összetételét kell megadnunk. Megadhatjuk például a lányok és fiúk számának arányát.

Legyen 2:1. Ezt fejezi ki a vegyületek esetén a tapasztalati képlet. De megadhatjuk a lányok és fiúk számát is: az osztályban 18 lány és 9 fiú van. Ezt fejezi ki a vegyületek esetén a molekulaképlet. És azt is megadhatjuk, hogy a fiúk és lányok hogyan helyezkednek el egymáshoz képest az osztályban, ez az ülésrend. A vegyületek esetén ez lenne a szerkezeti képlet.

A képlet ismeretében ki tudjuk számolni a vegyületet alkotó atomok mennyiségét és a vegyület tömegszázalékos összetételét is.

Ha ismerjük egy vegyület tömegszázalékos összetételét, abból meg tudjuk adni a vegyület tapasztalati képletét. Amennyiben a tömegszáza-lékos összetételen kívül a vegyület moláris tömege is ismert, akkor meg tudjuk határozni a molekulaképletet is (1.10. ábra).

Az anyagi halmaz:B az anyag eloszlása szerint lehet: C homogén vagy C heterogén;B a bennük lévő elemek vagy vegyületek száma szerint lehet: C többkomponensű vagy C egykomponensű (vagy kémiailag tiszta anyag), mely lehet; C elem: azonos rendszámú atomok halmaza, C minőség szerint: fém vagy nemfém, C rácstípus szerint: molekularácsos, fémrácsos vagy atomrácsos, C allotróp módosulatok: egy elem különböző molekulaképletű vagy kristályszerkeze-

tű formái, C periódusos rendszerbe rendezhetők: hasonló fizikai és kémiai tulajdonságaik alapján, C vegyjellel vagy képlettel jelöljük; C vegyület: C két vagy több elem atomjaiból épül fel, C meghatározott összetételű, C tulajdonságai eltérnek az alkotóelemek tulajdonságaitól, C rácstípus szerint: molekularácsos, ionrácsos, atomrácsos és fémrácsos, C képlettel jelöljük.

1. Hány g oxigén található 40,0 g kén-trioxidban? (Ar(S) = 32,0; Ar(O) = 16,0)

Megoldás:B Adatok:A kén-trioxid (SO3) tömege: m = 40,0 g; relatív molekulatömege: Mr = 80; moláris tömege: M = 80 g

mol.


155


Keressük az oxigén tömegét.B Az ismeretlen kiszámítása1. módszerA módszer jellemzője, hogy a számolás során mind az ismert mennyiségű anyag (jelen esetben a kén-trioxid), mind a keresett mennyiségű anyag (jelen esetben az oxigén) anyagmennyiségét kiszámoljuk (1.11. ábra).

n SO mol3 0 500,

SO3

n( ) ,O mol1 50

M O gmol

16 0,

m O g24 0,M SO g

mol3 80 0,

m SO g3 40 0,

1.11. Az 1. kidolgozott példa megoldási hálója

a) A SO3 anyagmennyiségének számítása (képlettel vagy következtetéssel): 40,0 g SO3 anyagmennyisége: n (SO3) = 0,500 mol.b) Az oxigén anyagmennyiségének számítása: a kén-trioxid képletéből adódik, hogy mivel 1 mol SO3-ban 3 mol oxigén van, így 0,500 mol SO3-ban 1,50 mol oxigén van.c) Az oxigén tömegének számítása (képlettel vagy következtetéssel): 1,50 mol oxigén tömege: m (O) = 24,0 g.

2. módszerA módszer jellemzője, hogy közvetlenül az ismert és a keresett mennyiségek között írunk fel egyenes arányosságot.a) Mivel az ismert mennyiség, és a keresett mennyiség is tömeg, ezért a molekulaképletnek is a töme-

gekre vonatkozó jelentését használjuk fel.b) Az SO3 képlet alapján: 1 mol, azaz 80,0 g SO3-ban van 3 mol, azaz 48,0 g oxigén.c) Az egyenes arányosság felírása: ha 80,0 g SO3-ban van 48,0 g oxigén, akkor 40,0 g SO3-ban van x g oxigén.

d) Az egyenes arányosságot kifejező matematikai egyenlet felírása: 80,0 g40,0 g

48,0 g g

=x

.e) Az ismeretlen kiszámítása: x = 24,0.

B 40,0 g kén-trioxidban 24,0 g oxigén van.

2. Egy vegyület tömegének 43,3%-a nátrium, 11,3%-a szén és 45,3%-a oxigén. Határozzuk meg a ve-gyület tapasztalati képletét! (Ar(Na) = 23,0; Ar(C) = 12,0; Ar(O) = 16,0)

Megoldás:B Adatok:A vegyület nátriumtartalma: 43,3 tömeg%; széntartalma: 11,3 tömeg%; oxigéntartalma: 45,3 tömeg%.Keressük a vegyület tapasztalati képletét.

156


B Számítás az alkotóelemek tömege alapján (1.12. ábra):

n n C nNa O: : : :2 1 3100 g

45,3 g O

11,3 g C

43,3 g Na

2,83 mol O

0,942 mol C

1,88 mol Na

Na CO32

1.12. A 2. kidolgozott példa megoldási hálója

a) Mivel az ismert adatok nem tartalmaznak tömeget, térfogatot, anyagmennyiséget vagy részecske-számot, tehát olyan mennyiségi adatot, amely az anyagi rendszer mennyiségétől függne, ezért egy ilyen adatot önkényesen megválaszthatunk.

Vegyünk célszerűen 100 g vegyületet!b) A nátrium, a szén és az oxigén tömegének kiszámítása (képlettel vagy következtetéssel): 100 g vegyületben van 43,3 g nátrium, 11,3 g szén, 45,3 g oxigén.c) A tömegek átszámítása anyagmennyiségekre (képlettel vagy következtetéssel): 100 g vegyületben van 1,88 mol nátrium, 0,942 mol szén, 2,83 mol oxigén.d) Az anyagmennyiség-arány felírása a kapott anyagmennyiségekkel: n(Na) : n(C) : n(O) = 1,88 : 0,942 : 2,83.e) A kapott anyagmennyiség-arány egész számokkal történő kifejezése (valamennyi anyagmennyisé-

get elosztjuk a legkisebb értékkel): n(Na) : n(C) : n(O) = 2,00 : 1 : 3,00.

B A vegyület tapasztalati képlete: Na2CO3.

1. Gyűjtsétek össze a következő szavak lehetséges jelentéseit: a) elem; b) vegyül! 2. Mit jelent az, ha valakinek a) magnéziumhiánya; b) vashiánya; c) káliumhiánya van? Kémiai szempontból miért nem helyes ez a kijelentés? Milyen anyagok fogyasztásával lehetne pó-

tolni ezeket a hiányokat?

1. Hány gramm oxigén található a) 6,00 g CO2-ban; b) 200 g H2SO4-ban; c) 90,0 g C6H12O6-ban? 2. Számítsd ki a következő vegyületek tömegszázalékos összetételét: a) CH4; b) CaO; c) NH4NO3! 3. Hány g NaNO3-ban van ugyanannyi nitrogén, mint amennyi 200 g NH3-ban található?


157


2.1. A csillagok belsejéban hidro-génatomok alakulnak át

H – HOlvadáspont: –259 °CForráspont: –253 °CSűrűség (25 °C): 0,0816 g

dm3

2.2. A hidrogénmolekula szerke-zeti képlete és halmazának fizikai tulajdonságai

4. Mi az alkotóelemek tömegaránya a) az Fe2O3-ban; b) a C6H6-ban; c) a H3PO4-ben? 5. Mi annak a vegyületnek a tapasztalati képlete, amelynek tömegszázalékos összetétele a következő:

35,0% nitrogén, 60,0% oxigén és 5,00% hidrogén?

6. Egy vegyület moláris tömege 44,0 gmol

, tömegszázalékos összetétele: 18,18% hidrogén és 81,82%

szén. Mi a vegyület molekulaképlete?

7. Milyen összetételű vegyületek képezhetők a következő ionokból: Na+; Ca2+; NH 4+; Cl-; PO 4

3-; S2-?

2.AvilágegyetemőselemeAhidrogén

Olvastam, hogy 14-15 milliárd évvel ezelőtt a világegye-tem csak hidrogénatomokból állt. Ezért is nevezik a hidro-gént a világegyetem őselemének.

Igen, így van. A létrejött csillagok belsejében a hidrogén-atomok héliumatomokká alakultak, miközben hatalmas energia szabadult fel (2.1. ábra). A nagy nyomás és a magas hőmérséklet hatására a héliumatomokból nagyobb atomok

(pl. szénatomok, oxigénatomok) jöttek létre. A Földünkön megtalálha-tó valamennyi elem tehát hidrogénből keletkezett évmilliárdok alatt.

A hidrogén (H) a periódusos rendszer első eleme. Rendszáma 1, te-hát atomjának magjában 1 proton található. Három izotópatomja a prócium (1H), a deutérium (2H=2D) és a trícium (3H=3T). Egy elektron leadásával vagy felvételével ér el stabilis elektronszerkezetet. Így jön-nek létre egyszerű ionjai: a hidrogénion (H+) és a hidridion (H−). Ve-gyületeiben mindig egy vegyértékű. Jellemző oxidációs száma +1 (pl. H2O-ban, NH3-ban, CH4-ben, HCl-ban), de előfordul –1-es oxidá-ciós számmal is az alkálifémekkel és az alkáliföldfémekkel képzett vegyületeiben (pl. a LiH-ben és CaH2-ben).

A hidrogén közönséges körülmények között kétatomos moleku-lákból áll (H2). A hidrogénmolekulában erős egyszeres kovalens kötés található az atomok között. A hidrogénmolekula a molekulák között a legkisebb. Kis tömege és kis mérete miatt nagy a diffúziósebessége (lásd III. fejezet, 1.15. ábra).

A hidrogénmolekulák között nagyon gyenge diszperziós kölcsön-hatás léphet fel. Ezért igen alacsony az olvadáspontja (−259 °C) és a forráspontja (−253 °C). Közönséges körülmények között színtelen, szagtalan, a levegőnél 14,5-szer kisebb sűrűségű gáz. Vízben rosszul oldódik (2.2. ábra).

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

Ne csak nézd!Nézz utána, hogy mitől függ az, hogy a csillagokban mi-lyen atomok jöhetnek létre!

158


••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••


2.3. Hidrogénnel töltött léghajó: a zeppelin

2.4. Az ólomakkumulátor töltése robbanásveszélyes lehet!

Nagyon kis sűrűsége miatt kezdetben hidrogéngázzal töl-tötték a léghajókat és a léggömböket is. A zeppelin légha-jók töltőgáza is hidrogén volt, és a haladását belsőégésű motorok biztosították. A zeppelineket felderítésre és bom-

bázóként használták az első világháború alatt. A német vezérkar nagy reményeket fűzött a léghajókhoz, mivel 100 km

h sebességgel is tud-

tak haladni, nagy mennyiségű fegyvert és bombát tudtak szállítani. Másik előnyük volt, hogy a léghajók az akkori repülőgépeknél jóval nagyobb távolságba jutottak el egy feltöltéssel. A hidrogéngáz révén olyan magasságba is fel tudtak emelkedni, ahová az akkori repülőgé-pek már nem tudtak utánuk repülni. Legnagyobb gyengéjük azonban hamar megmutatkozott, mivel méretük miatt jó célpontot nyújtottak az ellenségnek. A gyúlékony hidrogén töltőgáz miatt a személyzet ál-landó rettegésben volt. Csak éjszaka támadtak, de akkor az elsötétítés miatt nem tudták helyesen meghatározni a célpontokat (2.3. ábra).

Standardpotenciálja közepes (ε° = 0 V), ezért a reakciópartnertől füg-gően lehet redukálószer is és oxidálószer is. Redukálószer például a következő reakciókban:

CuO + H2 = Cu + H2O,N2 + 3 H2 2 NH3,

H2 + Cl2 = 2 HCl,C2H4 + H2 = C2H6.

Oxidálószerként a nagyon kis elektronegativitású fémekkel (alkálifé-mekkel, alkáliföldfémekkel) szemben viselkedik:

2 Li + H2 = 2 LiH,Ca + H2 = CaH2.

Égése során víz keletkezik: 2 H2 + O2 = 2 H2O.Levegővel (oxigénnel) alkotott elegye robbanásveszélyes. A hidrogén-gáz és az oxigéngáz 2:1 térfogatarányú elegyét durranógáznak nevez-zük. A hidrogéngáz tisztaságát laboratóriumi körülmények között az ún. durranógáz-próbával kell ellenőrizni. Amennyiben a próba pozitív – azaz a kismennyiségű gázt lánghoz közelítve sivító hangot ad –, akkor a hidrogéngáz még nem kellően tiszta. Az ilyen gázt meggyújtani tilos!

Most már értem, hogy miért robbanásveszélyes a gépko-csi-akkumulátorok töltése. A gépkocsi-akkumulátorokban (ólomakkumulátorokban) kénsav vizes oldata található. Feltöltött állapotban a kénsav koncentrációja viszonylag

nagy, lemerült állapotban kicsi. Töltéskor kisebb-nagyobb mérték-ben a víz bomlásából származó gázok (hidrogén és oxigén) is kelet-keznek. A hidrogén az oxigénnel (és a levegővel) robbanó elegyet képez. Ez a gáz szikra vagy nyílt láng hatására robban. Ezért nem szabad az akkumulátortöltést zárt, szellőzetlen helyiségben végezni, és töltéskor nyílt lángot használni (2.4. ábra).

Ne csak nézd!Nézz utána, mlyen léghajó-katasztrófák történtek a jár-mű feltalálása óta!


159


2.5. A víz hatására felfújódó men-tőcsónakokban hidrogén képző-dik

2.6. A margarint növényi olajok hidrogénezésével állítják elő

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

Más elemekkel alkotott vegyületei a hidridek. Kötésrendszerük és rácstípusuk alapján lehetnek molekularácsos hidridek (pl. H2O, NH3, HCl, CH4), ionrácsos hidridek (pl. LiH, CaH2) és olyan hidridek, ame-lyekben bizonyos fémekben (platinában, palládiumban, nikkelben) ol-dott hidrogént tartalmaznak (lásd: V. fejezet, 5. lecke).

A hidrogént laboratóriumban általában cink és sósav reakciójával állítják elő: Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2. Képződik negatív standardpoten-ciálú fémek híg savakkal való reakciójában, alkálifémek és víz reakci-ójában, sőt fém-hidridek vízzel való reakciójában is.

Hallottatok már olyan mentőcsónakokról és mentőmellé-nyekről, amelyek vízzel érintkezve fújódnak fel (2.5. ábra)? Nos, ezekben lítium-hidrid található. A lítium-hidrid vízzel érintkezve hidrogéngázt fejleszt: LiH + H2O = LiOH + H2.

És azért lítium-hidrid, mert ennek a vegyületnek a legnagyobb a faj-lagos hidrogéntartalma. Ilyen mentőmellényeket először a II. világ-háborúban használtak az amerikai pilóták.

Az iparban a hidrogént többnyire földgázból állítják elő a következő reakciókkal:

2 CH4 = C2H2 + 3 H2,CH4 + H2O = CO + 3 H2.

A hidrogén felhasználása sokrétű. Szintézisek során ammóniát és me-tanolt állítanak elő belőle. Használják telítetlen vegyületek hidrogéne-zésére, pl. a növényi olajok hidrogénezésével állítják elő a margarint (2.6. ábra). Bizonyos fémeket (pl. volfrámot) oxidjaik hidrogénnel történő redukciójával nyernek. Az autogén hegesztés során energiafor-rásként használják a hidrogént, mivel égésekor nagy hő szabadul fel. A hidrogén oxigénnel való reakcióján alapszik a legismertebb tüzelő-anyag-elem működése is (lásd: V. fejezet, 5.7. ábra).

A hidrogén:B a periódusos rendszer első eleme;B három izotópatomja: prócium, deutérium, trícium;B kétatomos, apoláris molekulákból (H2) áll;B a legkisebb sűrűségű gáz, ezért

C szájával lefelé fordított kémcsőben (vagy víz alatt) fogjuk fel, C nagy a diffúziósebessége;

B standardpotenciálja közepes (ε0 = 0 V), ezért C redukálószer és C oxidálószer is lehet;B vegyületeiben oxidációs száma

C +1 (pl. H2O), vagy C −1 (pl. LiH) lehet;

160


B egyszerű ionjai C a hidrogénion (H+) és C a hidridion (H−);

B a levegővel robbanóelegyet képez C durranógáz: H2 és O2 2:1 térfogatarányú elegye;

B vegyületei a hidridek;B előállítása:

C laboratóriumban: cink és sósav reakciójával, C iparban: metán vagy víz bontásával;

B felhasználása: C szintézisekhez, C telítetlen vegyületek hidrogénezésére, C redukálószerként, C energiaforrásként.

1. Csempén vagy óraüvegen lévő cinkdarabkára (vagy alufóliából gyúrt galacsinra) csepegtess sósavat vagy (híg kénsavat)! Tarts a képződő buborékokhoz égő gyufaszálat (2.7. ábra)! (Védőszemüveg viselése ajánlott!) Mi történik? Az égő gyufa hatására hallha-tó pukkanások éghető gáz képződésére utalnak. Írd fel a hidrogéngáz égésének reakcióegyenletét!

2. Projektmunka keretében dolgozzátok fel a következő problémákat! Készítsetek számítógépes beszámolót!

a) A hidrogénnel hajtott autó. Álom vagy valóság? b) A hidrogén az univerzumban. c) A hidrogén izotópatomjai. A deutérium és a tríci-

um gyakorlati jelentősége. 3. Keressetek a videomegosztókon (pl. youtube-on) olyan filmeket, amelyek a) különböző fémek (lítium, nátrium, kálium, rubídium, kalcium, alumínium) hidrogénfejlődéssel

járó reakcióit; b) a hidrogéngáz égését, a durranógáz robbanását mutatják be!

1. Hány mól hidrogénmolekula van 3,00 mol molekulát tartalmazó durranógázban? 2. Hány gramm ammónia keletkezhet 10,0 g hidrogéngáz és 10,0 g nitrogéngáz reakciójában?

2.7. A hidrogén éghető gáz. Égő gyufa hatására bekövetkező pukkanások jelzik ezt


161


••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

3.1. Héliummal töltött léggömbök

He Ne Ar

Kr Xe Rn

3.2. A nemesgázok atomjainak stabilis vegyértékelektron-szerke-zete van

3.Alevegő„nemesei”Anemesgázok

A barátnőm születésnapi ünnepségén héliummal töltött léggömböket engedtünk el a szabadban (3.1. ábra). Ahogy szálltak az égen eszembe jutott, hogy megkérdezzem miért

olyan drágák ezek a gázok? Gondolom, a nevük erre utal. A nemes-fémek, az arany, ezüst, platina is drágák. Vagy nem ezért nevezik őket nemesgázoknak?

Nem ezért. A „nemes” jelző ebben az esetben és a nemes-fémek esetében is arra utal, hogy ezek az elemek nehezen vegyülnek, nem könnyen képeznek vegyületeket. A ne-

mesgázok esetén ennek oka atomjaik stabilis vegyértékelektron-szerkezete.

A nemesgázok (hélium, neon, argon, kripton, xenon, radon) a pe-riódusos rendszer VIII. főcsoportjának elemei. Atomjaik vegyérték-héján 8 elektron található – kivéve a héliumatomot –, ami a stabilis vegyértékelektron-szerkezetnek („nemesgáz-szerkezetnek”) felel meg (3.2. ábra). Emiatt a nemesgázok azok az elemek, amelyek közönséges körülmények között csak atomos állapotban fordulnak elő. Az atomok között gyenge diszperziós kölcsönhatás alakulhat ki, ezért mind olva-dás-, mind forráspontjuk nagyon alacsony (pl. a hélium forráspontja 4 K, azaz −269 °C). Kellően alacsony hőmérsékleten megszilárdulnak, és szilárd halmazállapotban molekularácsot alkotnak.

Molekularácsot?! Az előbb arról volt szó, hogy atomosan fordulnak elő, nem képeznek molekulákat. Ezért én úgy gondoltam, hogy a nemesgázok atomrácsban kristályo-sodnak.

A nemesgázok valóban molekularácsot alkotnak úgy, hogy a rácspontokban atomok találhatók. Kétségtelen, hogy a molekularácsos anyagok túlnyomó többsége molekulákat

tartalmaz a rácspontokban. Ezért is nevezték ezt a rácstípust mole-kularácsnak. Az elnevezés azonban még azelőtt történt, mielőtt fel-fedezték a nemesgázokat. A molekularács legfontosabb jellemzője azonban az, hogy milyen kémiai kötés van a rácspontokban találha-tó részecskék (többnyire molekulák, nagyon ritkán atomok) között. Amennyiben a részecskék között másodrendű kémiai kötés (diszper-ziós kölcsönhatás, dipólus-dipólus kölcsönhatás vagy hidrogénkö-tés) van, akkor molekularácsról beszélünk.

Ne csak nézd!A héliumnak miért csak két vegyértékelektronnal stabilis az elektronszerkezete?

162


••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••


3.3. A nemesgázok a fénycsövek gyakori töltőgázai

3.4. A szellőztetés jelentősen csökkenti a radonkoncentrációt a lakásban!

3.5. Bródy Imre találmánya a krip-tonnal töltött izzólámpa

A stabilis vegyértékelektron-szerkezet miatt a nemesgázok nem könnyen képeznek vegyületeket. A nagyobb rendszámú elemeknek azonban ismeretesek nagy elektronegativitású elemekkel képzett ve-gyületei (pl. KrF2, XeF4, XeF6, XeO4 stb.).

A nemesgázok főleg a levegőben fordulnak elő. Előállításuk is onnan történik, a cseppfolyós levegő fokozatos felmelegítésével. A Vi-lágegyetemben a hélium a második leggyakrabban előforduló elem. A csillagokban – így a Napban is – hidrogénből képződik, miközben hatalmas energia szabadul fel (lásd: I. fejezet, 3. lecke).

Felhasználásuk igen sokrétű. A héliummal légballonokat töltenek, cseppfolyós halmazállapotú formájával műszereket (pl. MRI) hűtenek, a búvárok mesterséges levegő alkotójaként használják. Az argont mind az élelmiszeripar, mind a fémipar védőgázként alkalmazza. A neont, a kriptont és a xenont fénycsövekben, színes fényreklámokban, plazma-tévékben találjuk meg (3.3. ábra). A radon a lakásunkban és bizonyos gyógyvizekben is jelenlévő radioaktív gáz.

Természetes környezetünkben a radon forrása a kőzetekben (talajokban) található rádium. A 226Ra (rádium) alfa-bom-lásából keletkezik a 222Rn (radon), amely szintén alfa-ré-szecske kibocsátásával bomlik. Felezési ideje 3,8 nap. A be-

lélegzett radont általában ki is lélegezzük; közvetlen élettani szerepe elhanyagolható. Különösen veszélyessé akkor válik, ha bomlástermé-kei, az alfa-sugárzó 218Po (polónium) és a 214Pb (ólom) megtapadnak a levegőben található aeroszol részecskéken, majd a tüdő falán. Ezért például a dohányzás, valamint a levegőben lebegő finom eloszlású por jelentősen növeli a tüdő sugárterhelését. Mivel az alfa-részecskék ha-tótávolsága élő szövetben 30 μm körül van, e sugárzás jelentős részét már a bőrt borító, elhalt hámsejtek felfogják – ezért a légköri radon ki-zárólag a tüdőt veszélyezteti; más szövetek, szervek károsodása szinte teljesen kizárható. A zárt terekben (például lakásokban) felhalmozódó radon felelős a tüdőrákos esetek közel 10%-áért. A tüdőrákot okozó tényezők sorában a radon a cigaretta után a második helyen áll. A ve-szély rendszeres szellőztetéssel jelentősen csökkenthető (3.4. ábra).

A fényforrások fejlesztésében nagy jelentőségű volt a ma is használatos volfrámszálas izzólámpák megalkotá-sa. Ebben úttörő szerepet játszottak a magyar tudósok is. A volfrámszálas izzólámpát Juszt Sándor szabadalmaztat-

ta horvát munkatárásával együtt a 19. század elején. Az izzólámpa hatásfokának jelentős növelése az ugyancsak magyar fizikus, Bródy Imre nevéhez fűződik. Az ő javaslatára használnak a korábbi argon helyett kriptont töltőgázként az izzókban. Ez lehetővé tette, hogy a volfrámszálat a korábbi 2700 K helyett akár 3300 K-re melegítsék. Ez nem csak az izzólámpa hatásfokát növelte meg, hanem a napfényhez közelebb álló fénye is kellemesebbé teszi használatát (3.5. ábra).


163


•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

Emlékeztek, a gázok oldhatóságának tárgyalásakor (III. fe-jezet, 4. lecke) beszéltünk a búvárok réméről, a mélységi mámorról és a keszonbetegségről. Mindkettőnek az oka,

hogy nagy nyomáson a levegő nitrogénje viszonylag jól oldódik a vérben. Ezt a problémát úgy lehet kiküszöbölni, hogy levegő helyett mesterséges levegővel töltött palackot használnak a mélytengeri búvárok. A mesterséges levegő 20 térfogatszázalék oxigént és 80 térfogatszázalék héliumot tartalmaz (3.6. ábra). A hélium még nagy nyomáson is alig oldódik a vérben.

A nemesgázok:B He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn;B a periódusos rendszer VIII. főcsoportjának elemei;B stabilis elektronszerkezet (nemesgáz-szerkezet) következtében:

C atomosan fordulnak elő (szilárd állapotban: molekularács), C nagyon alacsony olvadás- és forráspontúak;

B kémiai reakciókba nagyon nehezen vihetők;B előfordulásuk: a levegőben.

1. Készítsetek számítógépes beszámolót a környezetünkben található radonról! 2. A gyertyától a LED-ig – a fényforrások története. Projektmunka keretében dolgozzátok fel a témát!

Készítsetek számítógépes beszámolót is!

4.VeszedelmeselemekHalogének

Annyi szörnyűséget hallottam mostanában a klórról. Az I. világháborúban harci gázként használták, mostaná-ban pedig többen az uszodában lettek rosszul tőle. Olyat

is hallottam már, hogy valaki a fürdőszoba takarítása közben lett rosszul, és a kórházban kiderült, klórmérgezést kapott (4.1. ábra). A többi halogénelem is ilyen veszélyes?

A halogénelemek (fluor, klór, bróm, jód, asztácium) a periódusos rendszer VII. főcsoportjának elemei. Atomjaiknak hét vegyértékelekt-ronja van. Mivel egy elektron felvételével érik el a nemesgázszer-kezetet, így leggyakoribb oxidációs számuk a −1, de – elsősorban a nagyobb rendszámú elemek atomjai – vegyületeikben előfordul-hatnak +1, +3, +5 és +7-es oxidációs számmal is. Egyszerű ionjaik

4.1. A takarítás veszélyeket is rejt-het

3.6. A mesterséges levegő héliu-mot is tartalmaz

164


••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••


I2

Br2

Cl2

F2

4.2. A halogénelemek kétatomos molekulákból állnak

4.3. A halogénelemek halmazálla-pota molekuláik polarizálhatósá-gától függ

a halogenidionok: a fluoridion (F−), a kloridion (Cl−), a bromidion (Br−) és a jodidion (I−). A halogénatomok normál körülmények kö-zött kétatomos molekulákat képeznek (4.2. ábra). Atomjaik mé-rete a rendszámmal nő, elektronegativitásuk viszont csökken. Ezért mind atomjaik, mind kétatomos molekuláik polarizálhatósága a rendszámmal, illetve a molekulatömeggel nő. Ennek megfelelően olvadás- és forráspontjuk is nő a rendszámmal, illetve a moleku-latömeggel.

Közönséges körülmények között a fluor (F2) sárgászöld színű gáz, a klór (Cl2) zöldessárga színű gáz, a bróm (Br2) vörösbarna folyadék, a jód (I2) pedig acélszürke szilárd anyag (4.3. ábra). A halogénele-mek szilárd halmazállapotban molekularácsban kristályosodnak. A rácspontokban kétatomos apoláris molekulák találhatók, közöttük diszperziós kölcsönhatás van. A molekulák közötti viszonylag gyenge kölcsönhatás miatt a jód könnyen szublimál. A halogének jól oldód-nak apoláris oldószerekben (pl. benzinben) és alkoholban.

Standardpotenciáljuk pozitív és a rendszámmal csökken. Ennek megfelelően jó oxidálószerek, oxidáló hatásuk a F > Cl > Br > I sor-rendben csökken.

Vízzel reakcióba lépnek. A fluor annyira erélyes oxidálószer, hogy a vízből oxigént, illetve ózont tesz szabaddá:

2 F2 + 2 H2O = 4 HF + O2,3 F2 + 3 H2O = 6 HF + O3.

A többi halogénelem hipohalogénessav (pl. hipoklórossav) és hidrogén-halogenid (pl. sósav) képződése közben reagál a vízzel, pl.:

Cl2 + H2O HOCl + HCl.Hidrogénnel hidrogén-halogenideket képeznek. A fluor már sötétben és alacsony hőmérsékleten is robbanásszerűen reagál a hidrogénnel. A klór robbanásszerű reakciójához viszonylag nagy aktiválási energia (hő vagy fény) szükséges. A klórgáz és a hidrogéngáz 1 : 1 térfogatará-nyú elegyét klórdurranógáznak nevezzük:

H2 + Cl2 = 2 HCl.A bróm és a jód hidrogénnel való reakciójában nem teljes mértékű az átalakulás, a hidrogén-bromid és a hidrogén-jodid képződése egyen-súlyra vezető kémiai reakció.A legtöbb fémmel reagálnak, és halogenideket képeznek, pl.:

2 Na + Cl2 = 2 NaCl,Mg + Cl2 = MgCl2,

2 Fe + 3 Cl2 = 2 FeCl3.Különösen heves a reakció nedvesség (víz) jelenlétében. Az alumínium és a jód keverékében víz hatására exoterm reakció játszódik le, mely-nek terméke az alumínium-jodid:

2 Al + 3 I2 = 2 AlI3.A reakció közben fejlődő hőtől a jód egy része szublimál (IV. fejezet, 2.2. ábra).


165


••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

4.4. Veszélyes párosítás! Klórtar-talmú fertőtlenítőt és vízkőoldót soha ne használj együtt! A klór-mérgezés halálos kimenetelű is lehet

4.5. A szárított algából jód von-ható ki

A halogénelemek egymás ionjaival is reakcióba lépnek. A na-gyobb standardpotenciálú halogénelem oxidálja a kisebb standardpo-tenciálú elem anionját, pl.:

Cl2 + 2 Br− = 2 Cl− + Br2,Cl2 + 2 I− = 2 Cl− + I2,Br2 + 2 I− = 2 Br− + I2.

Legegyszerűbben ezekkel a reakciókkal lehet kimutatni például a klórgázt. A színtelen kálium-jodid-oldat klórgáz hatására barna szí-nűvé változik.

A halogénelemek nagy reakciókészségük miatt elemi állapotban nem, csak vegyületeikben fordulnak elő. Előállításuk általában vegyü-leteik oxidációjával történik. A klórt például sósav és kálium-perman-ganát reakciójával állíthatjuk elő laboratóriumban:

2 KMnO4 + 16 HCl = 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O

Klórgáz képződhet számos klórtartalmú vegyület savakkal való reakciójában is. A leggyakoribb ilyen veszélyforrás a két háztartási vegyszer, a hipó és a sósav vagy vízkő-

oldó összeöntése. Ilyenkor annyi klórgáz képződhet, hogy zárt he-lyen (konyhában, fűrdőszobában, vécében) akár halálos mérgezést is okozhat (4.4. ábra).

Nagyon tanulságos megismerni a jód felfedezésének történetét. 1811-ben, amikor Bernard Courtois a jódot felfedezte, nem az a fajta kutatói kíváncsiság hajtot-ta, hogy miként tudna baktériumölő szereket felkutat-

ni az emberiség javára. Ellenkezőleg, feladata a puskapor minél nagyobb mennyiségben történő előállítása volt. Ő volt az, akit Napóleon megbízott azzal, hogy találjon megfelelő és nagy meny-nyiségben rendelkezésre álló, vagy könnyen beszerezhető nyers-anyagforrást a puskapor előállításához. A salétrom előállításához ugyanis akkoriban a kálium-karbonátot használták, amelyet fűzfa elégetésével nyert hamuból oldottak ki. A hosszan elnyúló há-borúskodás során szinte az összes fűzfát kiirtották, ezért új for-rás után kellett nézni. Ekkor a tudósok a szárított tengeri algát (4.5. ábra) javasolták, amelynek hamujából ez az anyag szintén kinyerhető volt. A választás jól sikerült, a háború folytatódhatott. A rossznyelvű történetírók szerint nem is ő az igazi felfedező, ha-nem a macskája. A kotnyeles macska ugyanis a laboratóriumában a polcon tárolt kénsavas üveget feldöntötte, és annak tartalma az alatta lévő laborasztalon felhalmozott alga hamura ömlött. Abból lila színű gőzök szálltak fel. A felszálló gőzök útjába Courtois egy hideg fémlapot tett, amelyre a jód kikristályosodott. A tengeri al-gák ugyanis jelentős mennyiségű jódot tartalmaznak.

166


••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••


Ne csak nézd!Nézz utána, hogy mit tartal-maz a klórtabletta!

4.6. Az uszodák vizének fertőtle-nítésére általában klórtablettákat használnak

4.7. A halogénizzókban jód vagy bróm biztosítja a jobb hatásfokot és hosszabb élettartamot

A halogénelemek egyik fontos felhasználása oxidáló hatásukon alap-szik. Mind a klórt, mind a jódot gyakran használják fertőtlenítésre. A klórt vízfertőtlenítésre, a jódot alkoholos oldata (jódtinktúra) formá-jában sebek fertőtlenítésére. Halogéneket használnak számos fontos ve-gyület (pl. sósav, hipó, klórmész, PVC, freon stb.) előállításához is.

Én olvastam már klórtablettákról is. Uszodák, fürdőme-dencék vizének fertőtlenítésére használják. Mik ezek tu-lajdonképpen?

Az uszodák vizének fertőtlenítése alapvető fontosságú a fertőzések megelőzése céljából (4.6. ábra). Erre leggyak-rabban a klórozást használják. Régebben sósav és hipó megfelelő mennyiségének adagolásával, ma már ún. klór-

tabletták feloldásával klórozzák az uszodák vizét. A klórtabletta olyan szilárd anyagot tartalmaz, melynek vízzel való kölcsönhatása-kor klórmolekulák képződnek. A baktériumölő hatás szempontjából a klórgázból víz hatására képződő HOCl-molekula az aktív, sem-legessége révén ez tud átjutni a baktériumok sejtfalán. A hatékony klórozás szempontjából alapvető fontosságú a víz pH-ja. Ha savas az oldat (pH < 7), akkor a klór jelentős része klórgáz formájában távozik a vízből. Ez nemcsak a klórozás hatékonyságát csökken-ti, hanem az úszókra is veszélyes. A klórozás szempontjából opti-mális pH a 7,2–7,6. Ebben a pH-tartományban lesz a legnagyobb a hipoklórossav (HOCl) koncentrációja. A szintén fertőtlenítésre, a hipó helyettesítésére ajánlott Hypopor ugyanazt a hatóanyagot tartal-mazza, mint a klórtabletta.

A halogénizzókban jódot vagy brómot használnak az izzó hatékonyságának növelésére. A normál izzók nagy prob-lémája ugyanis, hogy a volframspirálról az atomok egy része a magas hőmérsékleten elpárolog, és a búra hide-

gebb üvegfelületén csapódik le, ahol egy nagyon vékony fémfelüle-tet képez, amely tovább csökkenti a hagyományos izzók amúgy sem túl jó hatásfokát. Egy idő után a spirál annyira elvékonyodik, hogy bekapcsoláskor megolvad és megszakad (kiég). Ezt küszöbölik ki a halogénizzókban, amelyekben kis mennyiségű jód vagy bróm talál-ható. Ha a hőmérséklet elég magas (250 °C), a fal mellett a halogén reagál az elpárolgott volfrámatomokkal. Ezért a halogénizzók burája kisebb, hogy elég magas legyen a hőmérséklet a közelében. Hogy ellenálljon a maró gázoknak, kvarcból van. A bura fala mellett kelet-kezett volfrám-jodid a szál közelébe kerül, a magas hőmérsékleten elbomlik, és a volfrám visszaépül a szálba. Így a bura feketedését okozó volfrám visszakerül a szálba. Ezért adnak a halogénizzók fé-nyesebb fényt, és a spirál élettartama is hosszabb, mint a hagyomá-nyos izzóé (4.7. ábra).


167


A halogének:B F2, Cl2, Br2, I2;B a periódusos rendszer VII. főcsoportjának elemei;B jellemző oxidációs számuk vegyületeikben: −1;B pozitív standardpotenciál → oxidálószerek

C reakció vízzel (pl. Cl2 + H2O HOCl + HCl), C reakció hidrogénnel (pl. Cl2 + H2 = 2 HCl), C reakció fémekkel (pl. 3 Cl2 + 2 Fe = 2 FeCl3), C reakció egymás ionjaival (pl. Cl2 + 2 I– = 2 Cl– + I2);

B előállításuk: vegyületeikből oxidációval;B felhasználásuk: fertőtlenítésre, vegyületek előállítására.

1. A klórdurranógáz a hidrogéngáz és a klórgáz 1:1 térfogatarányú elegye. A két elem gyújtásra vagy megfelelő energiájú fény hatására robbanásszerűen egyesül hidrogén-kloriddá.

Óraüvegre vagy fehér csempére (esetleg üveglapra) helyezz egy olyan cinkszemcsét, amelynek a közepe öblös! Tegyél ebbe a kis mélyedésbe egy gyufafejet! Cseppents sósavat a gyufafejre! Tarts égő gyufát a fejlődő gázokba! Használj védőszemüveget!

a) Írd fel a végbemenő reakció kémiai egyenletét! b) Keress a videomegosztókon filmeket, melyek a klórdurranógáz fényhatására bekövetkező (foto-

kémiai) robbanását mutatják be! 2. Olvasd el a következő idézetet, majd válaszolj a feltett kérdésekre!

Ha szükséges, keress további információkat a világhálón! Sir Arthur Conan Doyle skót krimiíró szemtanúja volt az első világ-

háború gáztámadásának. Így írta le: „Április 22-én 18 óra körül a né-met vonalak felől hosszantartó, erős sziszegő hang hallatszott, majd hirtelen sárgás felhők kezdtek a francia vonalak felé gomolyogni. A francia katonák félelemmel teli érdeklődéssel figyelték ezeket a felhőket, amelyek áthömpölyögtek rajtuk. Aztán hirtelen látni le-hetett hogyan csapódnak fel a karok a magasba, szorulnak a kezek görcsösen a torkokra, hogyan rángatóznak az emberek elszürkült arccal a földön, fejüket a sárba fúrva. Sokan többé már föl sem keltek, míg bajtársaik megszállottként, fegyvereiket elhányva, fej-vesztve menekültek visszafelé. A csatorna hídján lövészek, afrika-iak, zuávok, tüzérek tébolyodottan tülekedtek hátrafelé, kétségbe-esetten kiáltoztak vízért, vért köptek, a földön fetrengtek és levegő után kapkodtak.”

a) Hol történt ez a gáztámadás? b) A klórgáz milyen fizikai tulajdonsága tette lehetővé a harci gáz-

ként való alkalmazását? c) Melyik híres tudós játszott aktív szerepet a klórgáz harci gázként

történő bevetésében? d) A későbbiekben milyen módon próbáltak védekezni a katonák a klórgáz ellen (4.8. ábra)?

4.8. Angol katona és lova kezdet-leges maszkban védekeznek a har-cigáz ellen. Gáztámadások csak az I. világháborúban voltak, a II. vi-lágháborúban egyik fél sem vetette be ezt a brutális fegyvert a harcté-ren

168


••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••


5.1. A jódozott konyhasó nem ele-mi jódot (I2), hanem kálium-jodi-dot (KI) tartalmaz

5.2. A pajzsmirigy-megnagyob-bodás gyakori oka a jódhiányos táplálkozás

5.Ételeinksava,borsaFontoshalogénvegyületek

Újabban sokat hallok a jódozott konyhasóról (5.1. ábra). Ezek szerint jódot is tartalmaz. De én csak színtelen kristá-lyokat látok benne. Hol van a jód? És egyáltalán, miért kell

jódozni a konyhasót?

Hazánkban a termőföld jódban szegény, így az itt termő növények is alacsony jódtartalmúak. Ha táplálkozásunkkal a szükségesnél kevesebb jód jut a szervezetünkbe, a jódhi-ány szövődményeként gyakran jelentkezik a pajzsmirigy

megnagyobbodása (5.2. ábra). A pajzsmirigy a jód segítségével állít elő két, szervezetünk számára szükséges hormont. Ha kevesebb jód jut a szervezetbe, akkor a pajzsmirigy méretének növelésével igyek-szik biztosítani a szervezet számára szükséges hormonmennyiséget, ami miatt a gégefőn jellegzetes duzzanat keletkezik. Ezt a beteg „gombócként” érzi meg a torokban. A tartósan fennálló jódhiány növekedési zavart, mentális problémákat okoz. Ennek kivédésére Magyarországon a konyhasót jódozzák, azaz kilogrammonként 25 mg-jódtartalmú sót (kálium-jodidot vagy nátrium-jodidot) kevernek bele. A jódozott konyhasó tehát nem elemi jódot (I2) tartalmaz!

Egyik legfontosabb klórtartalmú vegyületünk a nátrium-klorid (kősó, konyhasó, NaCl). Ionrácsos vegyület. A rácspontokban nemesgáz-szer-kezetű nátriumionok (Na+) és kloridionok (Cl−) találhatók. Fehér színű, vízben jól oldódó anyag. Vizes oldata semleges kémhatású. Tengervíz-ben, sós tavakban, vérben, sejtnedvekben és sóbányákban fordul elő. Ételízesítésre, tartósításra, fiziológiás (0,9 m

m%-os) sóoldat formájá-

ban vérpótlásra használják.

Mit jelent az, hogy fiziológiás sóoldat? És miért pont 0,9 tömegszázalékos nátrium-kloridra nézve?

A szervezetünkben lévő folyadékok (vizes oldatok) félig-áteresztő hártyaként viselkedő sejthártyán keresztül érint-keznek egymással. Ezért nagyon fontos, hogy a sejtekbe,

szövetekbe juttatott folyadék ozmózis nyomása pontosan annyi le-gyen, mint a szervezetünkben található oldatoké. Ellenkező esetben a sejtek összezsugorodnak vagy szértrobbannak (pl. ha tiszta vizet fecskendeznénk a szövetekbe). A 0,9 tömegszázalékos konyhasó-oldatnak az ozmózis nyomása megegyezik a szervezetünkben lévő folyadékok (vér, sejtnedv) ozmózis nyomásával.


169


••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

5.3. A túlzottan fűszeres és sós ételek fogyasztása magas vérnyo-más kialakulásához vezethet

víz

hidrogén-klorid

5.4. A hidrogén-klorid-gáz nagyon jól – nagy mértékben és gyorsan – oldódik vízben. Ez az alapja a só-savszökőkút-kísérletnek

És mit jelent a csökkentett nátriumtartalmú só? Hogyan le-het a konyhasóban csökkenteni a nátriumionok mennyiségét anélkül, hogy a kloridionok mennyiségét csökkentenénk?

Bár életműködésünkhöz a nátrium-klorid alapvető fontos-ságú, fogyasztásával vigyázni kell (5.3. ábra). Kimutatták ugyanis, hogy a sófogyasztás és a magas vérnyomásos meg-

betegedés között szoros kapcsolat van. A tudományos vizsgálatok so-rán az is kiderült, hogy a magas vérnyomás kialakulásáért elsősorban a sóban található nátriumionok a felelősek. A csökkentett nátriumtartal-mú konyhasóban a nátrium-klorid egy részét a hasonló ízű és fizikai, kémiai tulajdonságú kálium-kloriddal (KCl) helyettesítik. Ha többet szeretnétek tudni a csökkentett nátriumtartalmú konyhasóról, akkor keressétek meg az Országos Élelmezéstudományi Intézet honlapján (www.oeti.hu) az úgynevezett. Stop Só program leírását!

Fontos ionos halogénvegyület még a kálium-jodid (KI) is. A nátrium-kloridhoz hasonló fizikai tulajdonságú anyag. Anionja, a jodidion köny-nyen jóddá oxidálható. Vizes oldatában jól oldódik a jód (Lugol-oldat). Szilárd állapotban konyhasó jódozására, tabletta formájában radioaktív jód elleni védekezésre használják.

Érdekes, és nem haszontalan megismerkedni azzal, hogy miként véd a kálium-jodid-tabletta a radioaktív jód-131-es izotóptól. A pajzsmirigy termelte hormonok (pl. tiroxin) elő-állításához a pajzsmirigy jódot vesz fel a vérből. Ha a vér-

ben a radioaktív jódizotóp (a 131-es tömegszámú) van jelen, akkor ez épül be a pajzsmirigybe, és ott rákot okozhat. Nagy mennyiségű radio-aktív jódizotóp kerülhet a levegőbe és a táplálékláncba atomerőmű-balesetek (pl. Csernobil) során. Az atomerőművekben használt urán maghasadásakor ugyanis 131I is keletkezik. Kálium-jodid tabletták szedésével a pajzsmirigy telíthető a nem sugárzó, 127-es tömegszámú jódizotóppal, ezáltal kivédhető vagy csökkenthető a radioaktív izotóp felvétele. Ezért fordulhatott elő, hogy a 2011-es fukushimai atomerő-mű baleset után a gyógyszertárakból elfogyott a kálium-jodid-tabletta, amit normális esetben a jódhiány pótlására adtak. Napi 130 mg KI-tabletta elegendő a pajzsmirigy telítéséhez. Mivel a 131I felezési ideje rövid (8 nap), a tabletta szedését pár hét után abba lehet hagyni.

Nagyon fontos halogéntartalmú vegyület a hidrogén-klorid (HCl). Színtelen, szúrós szagú, vízben jól oldódó gáz. Ezen a tulajdonságán alapul a sósavszökőkút-kísérlet (5.4. ábra). Vízben oldva teljes mérték-ben ionjaira disszociál:

HCl = H+ + Cl− vagyHCl + H2O = H3O

+ + Cl−.Vizes oldata a sósav.

Ne csak nézd!Tanári irányítással végezd el a kísérletet! Amennyiben nincs lehetőséged a kísérlet elvégzésére, keress a videó megosztókon ezzel kapcso-latos filmeket! Magyarázd el társaidnak, hogyan is műkö-dik a sósavszökőkút!

170


•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

5.5. A vízkő (CaCO3) eltávolítása a szénsavnál erősebb savval (sósav-val, ecetsavval) történhet: CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2. A képen egy vízköves mosógép fű-tőszál látható

A sósav erős sav. A hidrogénnél kisebb standardpotenciálú fémek a sósavból hidrogént fejlesztenek pl.:

Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2,Fe + 2 HCl = FeCl2 + H2.

A karbonátokkal szén-dioxid fejlődése közben reagál, ezért vízkő oldá-sára is használják (5.5. ábra), pl.:

CaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + H2O + CO2.Bázisokkal közömbösíthető. Ezt a reakcióját használják fel a gyomor-sav-fölösleg közömbösítésére, a gyomorégés megszüntetésére, pl.:

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2,Al(OH)3 + 3 HCl = AlCl3 + 3 H2O.

A természetben a gyomornedvben (gyomorsavban), vulkáni gőzökben fordul elő. Laboratóriumban konyhasó és tömény kénsav reakciójával állítható elő:

NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl.Iparban szénhidrogének klórozásának melléktermékeként nyerik.

Fontos klórtartalmú vegyületek még a legismertebb klórtartalmú fertötlenítőszerek: a hipó és a klórmész. A hipó hatóanyaga a nátrium-hipoklorit (NaOCl). A klórmész lényegében szilárd kalcium-hipoklorit (Ca(OCl)2). Mindkét anyag maró és mérgező hatású. A velük való mun-ka nagy figyelmet, óvatosságot kíván (5.6. ábra).

szimbólum veszélyességiosztály

angolmegnevezés szimbólum veszélyességi

osztályangol

megnevezés

robbanásveszélyes (E) explosive rendkívül gyúlékony (F+)

extremly flammable

égést tápláló, oxidálószer (O) oxidizing maró (C) corrosive

mérgező (T) toxic ingerlő (Xi) irritant

erősen mérgező (T+) very toxic ártalmas (Xn) noxious

könnyen gyulladó (F) highly flammable

környezetre veszélyes (N)

environmental danger

5.6. A következő táblázat segítségével nézd meg, hogy mit jelentenek a hipó, a fehérítő, a sósav, a klórtabletta és a klór-mész csomagolásán található jelek!

Az áruházakban nagyon sok klórtartalmú fertőtlenítőszer kapható. Lényegében ezek is ugyanolyan a hatóanyagot tartalmaznak mint a hipó, csak ezekben zsíroldó anyagok

(mosószerek) is vannak. Vagyis számos esetben elegendő a sokkal olcsóbb hipót használni.


171


Nátrium-klorid (NaCl):B konyhasó, kősó;B ionrácsos vegyület;B jódozott konyhasó: NaI-ot vagy KI-ot tartalmaz;B csökkentett nátriumtartalmú só: KCl-ot tartalmaz;B felhasználása: C ételízesítés, C tartósítás, C vérpótlás (fiziológiás sóoldat).A hidrogén-klorid (HCl):B molekularácsos vegyület;B vízben jól oldódó gáz: C sósavszökőkút, C vizes oldata a sósav, C erős sav, C a negatív standardpotenciálú fémeket hidrogénfejlődés közben oldja, C sói a kloridok.A hipokloritok:B hipó: NaOCl vizes oldata;B klórmész: Ca(OCl)2;B fertőtlenítőszerek.

1. Az 5.7. ábra a hidrogén-halogenidek forráspontjának molekulatömegtől való függését mutatja. a) Mi az anyagszerkezeti oka annak, hogy a HCl → HBr → HI sorrendben nő a vegyületek forrás-

pontja? b) Mivel magyarázható a HF kiugróan magas forráspontja?

5.7. A hidrogén-halogenidek for-ráspontjának függése a molekula-tömegtől

100

015 45 75 105 135

50HF

HClHBr

HI

Mr

Tfp (°C)

Ne csak nézd!Értelmezd a grafikont! Mi az oka annak, hogy így válto-zik a hidrogén-halogenidek forráspontja a molekulatö-megtől?

172


2. Gázok moláris tömegét viszonylag egyszerűen meghatározhatjuk a gáz sűrűségének mérésével. Amennyiben ismerjük az adott állapothoz tartozó moláris térfogatot, a gáz moláris tömege ki-számítható (M = ρ . Vm). Kiderült, hogy a hidrogén-fluorid-gáz sűrűsége 25 °C-on és standard nyomáson háromszorosa a 20

gmol moláris tömeg alapján várt értéknek. Mi lehet ennek a magya-

rázata?

3. Nézz utána, hogy milyen halogéntartalmú vegyületeket tartalmaz az üvegmarató paszta!

4. A szervezetünkben lévő fluorid 95 százaléka csontjainkban és fogainkban található. A fluorid biz-tosítja a fogzománc szilárdságát. A fluortartalmú fogkrémekben többnyire nátrium-fluorid (NaF) található. Az ilyen fogkrémek hatékonyak a fogszuvasodással szemben. Ugyanakkor, a fluoros fogkrémek ellenzői azt a tényt hozzák fel a nátrium-fluorid ellen, hogy az egykoron patkánymé-regként volt használatos. Egy tubus fogkrém általában 150 milligramm fluoridot tartalmaz, és a súlyos mérgezéshez szükséges adag pedig 1-10 gramm között van. Hány tubus fluoridos fogkré-met kellene lenyelni ahhoz, hogy mérgező legyen?

5. Keményítő kimutatása Lugol-oldattal. A Lugol-oldat kálium-jodid (KI) vizes oldatában oldott jód oldata. A jód – apoláris molekulájú anyag lévén – vízben rosszul oldódik, de KI-oldatban megnő az oldható-sága. Ez az oldat alkalmas a keményítő kimutatására. A barna színű oldat keményítő jelenlétében kék szí-nűre változik (5.8. ábra). Ezzel az oldattal lehet pl. ellenőrizni a tejföl minőségét, hogy sűrítés céljából nem kevertek-e hozzá lisztet. Vizsgáld meg néhány anyag (burgonya, búzaliszt, kenyér) keményítőtartal-mát Lugol-oldattal!

6. Fehér csempére vagy üveglapra cseppents egymástól néhány centiméterre sósavat, konyhasóoldatot és hígított hipót! Adj mindegyik csepphez 2-3 csepp sav-bázis indikátort (metilnarancsot vagy vöröskáposzta levét)! Figyeld meg a színváltozást!

a) Milyen kémhatásúak a vizsgált oldatok?

b) Egy idő után a hipóhoz adott indikátor elszíntelenedik. Vajon miért?

7. Projektmunka keretében dolgozzátok fel Semmelweis Ignác magyar orvos életét és munkásságát! Miért nevezik az anyák megmentőjének? Melyik klórtartalmú vegyület használatával sikerült meg-előznie a gyermekágyi lázat? Milyen fertőtlenítőszert használnak ma az orvosok a műtét előtti „be-mosakodáshoz”?

5.8. Keményítő kimutatása Lugol-oldattal

A magas minőségi szint mellett a középiskolai tankönyvek kiadására szakosodott tankönyvkiadónk elkészítette a tankönyv másik felét

is, amely nyomdailag kivitelezett kész könyv formában megtekinthető könyvbemutatóinkon. A kiadvány tankönyvvé minősítését elindítottuk, amelynek az eljárása várhatóan április végéig befejeződik. Így a tankönyv a rendeletben előírt május 15-e határidőig megrendelhető, ezt követően június 15-ig a könyv címe már nem változtatható, csak a könyv darabszáma 10%-on belül.

Köszönjük, hogy megtekintette az Út a tudáshoz: Kémia 9. tankönyvünket. Szakmai kérdésekben szerkesztőink állnak a rendelkezésükre:

Szabóné Mihály Hajnalkatermészettudományi főszerkesztő és fizika, kémia szakos szerkesztő[email protected]/551-101

2013. február 28.

tÁJÉKOZtAtÓ

a kémia és az atomok világa kémiai kötések és ...maximkiado.hu/pub/item_attach/1025/1101.pdfa...

Documents