Szervetlen kémia

1. Szervetlen kémia

2. Szervetlen kémiaNevezéktan A kémiai vegyületek szisztematikus elnevezése, lehetővé téve a rendszerezést. IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry = Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója) nemzetközi elnevezési szabályai alapján http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/ Az elnevezés szabályai az alkotórészek elektronegativitásának és oxidációs számainak figyelembevételével, azok alkalmazásán alapulnak. • Kivétel a triviális (hétköznapi) nevek néhány anyagra, pl.: • H2O – víz (hidrogén-oxid) • NH3 – ammónia (trihidrogén-mononitrid) • HNO3 – salétromsav (nitrogénsav) • CuSO4⋅5H2O – rézgálic (réz(II)-szulfát; kristályvizes) • Na3PO4 – trisó (nátrium-foszfát)

3. Szervetlen kémiaNevezéktan • 1. Vegyület két ”elemből” áll: • fém-nemfém (általában ionosak): a fémion alkotórész az elem teljes nevével, első • helyen szerepel, a nemfém szótöve -id toldalékot kap és nem jelöljük a kapcsolódó • komponensek számát • fém-oxidációs száma állandó: • MgBr2 - magnézium-bromid • Al2O3 - alumínium-oxid • Na2S - nátrium-szulfid (latin) • CaC2 - kalcium-karbid (latin) • NH4Br - ammónium-bromid (NH4+: alkálifémekhez soroljuk) • KOH - kálium-hidroxid (nem bomló összetett anionok elnevezése analóg) • NaCN - nátrium-cianid • Ca(SCN)2 - kalcium-rodanid • fémnek több oxidációs számú formája létezik: a fém neve után római számmal jelezzük • az ion töltését • FeCl2 - vas(II)-klorid • Fe2O3 - vas(III)-oxid • HgO - higany(II)-oxid • Hg2Cl2 - higany(I)-klorid (nem ionos, hanem molekula, ezért nem HgCl)

4. Szervetlen kémiaNevezéktan • 1. Vegyület két ”elemből” áll: • nemfém-nemfém vagy metalloid (általában kovalens kötésű molekulák): úgy • mint a fém-nemfém esetben, csak itt a névben görög számnevekkel jelezzük mind a két • összetevő számát (bár a mono- sokszor elmarad). • 1 – mono; 2 – di, 3 – tri; 4 – tetra, 5 – penta; 6 – hexa; 7 – hepta; 8 – okta; 9 – nona; 10 – deka • A két atom közül melyik legyen az első ill. második helyen: az alábbi, periódusos rendszeren • alapuló, sorrend alapján: • B Si C Sb As P N H Te Se S I Br Cl O F • A balra elhelyezkedő megnevezése kationnal analóg módon történik, míg a jobbra található • az anion mintájára -id toldalékot kap. • CO - szén-monoxid • CS2 - szén-diszulfid • N2O - dinitrogén-oxid • N2O3 - dinitrogén-trioxid • HBr - hidrogén-bromid • HCN - hidrogén-cianid • H2O2 - hidrogén-peroxid (dihidrogén-dioxid) • PH3 - foszfor-hidrogén (trihidrogén-foszfid)

5. Szervetlen kémiaNevezéktan 2. Összetett aniont tartalmazó vegyületek és oxosavak A többatomos anionokban egy nemfém, annak oxidációs állapotától függően, különböző számú oxigénhez kapcsolódik kovalens kötéssel (pl. SO42−, SO32−, NO3−, ClO−, ClO3−, ClO4−). Ilyen ún. oxoaniont a magas oxidációs számú fémek is képezhetnek (pl. CrO42−, MnO4−). Oxoanionhoz hidrogénion kapcsolódik: oxosavak(pl. H2SO4, HClO, H3PO4, H2CO3). Oxidációs számok A halogének és a nitrogén oxoanionjai mindig -1 töltésőek (pl. BrO3−, NO3−, ClO−), a páros oxidációs számú központi atomok oxoanionjai mindig -2 töltésőek (pl. CO32−, SO42−, SO32−) – kivétel SiO44− – a páratlan oxidációs számú központi atomból képzett ionok töltése pedig mindig -3 (pl. PO43−, PO33−).

6. Szervetlen kémiaNevezéktan 2. Összetett aniont tartalmazó vegyületek és oxosavak. Példák: HClO4 – perklórsav HBrO3 - brómsav H2SeO4 - szelénsav HClO2 - klórossav HClO - hipoklórossav NaClO4 - nátrium-perklorát KBrO3 - kálium-bromát K2SeO4 - ammónium-szelenát KClO2 - kálium-klorit Ca(ClO)2 - kalcium-hipoklorit Kivételek: A nitrogén és a szilícium oxosavjának nevét egy-egy ásványuk alapján képezzük (salétrom, kova), a szén és a kén oxoanionját pedig latin nevükből (karbon, szulf(ur)) származtatjuk. H2SO4 – kénsav HNO3 - salétromsav H4SiO4 - orto-kovasav H2CO3 - szénsav H2SO3 - kénessav HNO2 - salétromossav CuSO4 - réz(II)-szulfát Bi(NO3)3 - bizmut(III)-nitrát Mg2SiO4 - magnézium-ortoszilikát CaCO3 - kalcium-karbonát MgSO3 - magnézium-szulfit NH4NO2 - ammónium-nitrit

7. Szervetlen kémiaNevezéktan 2. Összetett aniont tartalmazó vegyületek és oxosavak. Savanyúsók: többértékű savak azon sói, melyekben nincs minden hidrogén fémionra cserélve. Nevüket a sóalak nevéből származtatjuk, a maradék hidrogének számának jelölésével: Na2CO3 - nátrium-karbonát K3PO4 - kálium-foszfát (NH4)3SbO4 - ammónium-antimonát NaHCO3 - nátrium-hidrogén-karbonát K2HPO4 - kálium-hidrogén-foszfát (NH4)H2SbO4 - ammónium-dihidrogén-antimonát Vegyes sók: egyértékű sav + sója NaHF2 - nátrium-hidrogén-fluorid (NaF + HF) KH(IO3)2 – kálium-hidrogén-jodát (KIO3 + HIO3) Fémeket tartalmazó összetett anionok: HMnO4 – permangánsav H2CrO4 – krómsav H2Cr2O7 - dikrómsav MnO4- - permanganát ion CrO42- - kromát ion Cr2O72- - dikromát ion

8. Szervetlen kémiaHidrogén • 1. oszlop (alkálifémek), 1. sor – nem minden tulajdonsága illik az alkálifémekhez • Elektronszerkezet: 1s1; rendszám: 1; atomtömeg: 1 • Előfordulás: 93% a világegyetemben; 61% az emberi testben • Vegyérték: 1; oxidációs szám: +1, -1 • Elektronegativitás: 2.1 • Természetes körülmények között kétatomos molekulákat alkot, kötési energia: -436 kJ/mol • Természetes körülmények között gáz, legkönnyebb, 14,4-szer könnyebb a levegőnél • Könnyen ad le elektront (oxidációs szám: +1), de szabad proton természetes körülmények • között nem marad meg önállóan (H3O+, NH4+). Ez a gyakoribb ionos formája. • EN<1 fémekkel sószerű hidrideket képez (oxidációs szám: -1). H--ion csak kristályban • létezik, vízben oldva: H- + H3O+ = H2 + H2O • Hasonló elektronegativitású elemekkel (nemfémes elemek) kovalens kötésű molekulákat • képez (elsősorban a C: szerves vegyületek) • Redukálószer: oxidokat, halidokat • Előállítás: labor: Zn + HCl; ipari méretben: földgáz + vízgőz reakciójával • Felhasználás: ammóniagyártás, hidrogénezés (pl. folyékony olajokat szilárd zsírokká), • redukálószer (pl. ásványokból nyert oxidokat fémmé) • Hidrogén alapú gazdaság: energiatermelés (gépjárműmotor, fúziós reaktor) • !!!drága előállítás, oxigén jelenlétében robbanékony!!!

9. Szervetlen kémiaHidrogén Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor (ITER) • Cadarache (Franciaország) • Építés: 2009 - 2018 • Kísérleti üzemeltetés: 20 év • Hőmérséklet: 150 millió ºC • Elektromos fűtés+mágneses térrel való • összenyomás → plazma állapot • Teljesítmény: 500 MW 400 s-on keresztül • Ezalatt fél gramm deutérium/trícium keverék • fúzionál a 840 m3-es reaktorban.

10. Szervetlen kémiaHidrogén

11. Szervetlen kémiaHélium

12. Szervetlen kémiaAlkálifémek

13. Szervetlen kémiaAlkálifémek • I. oszlop • Elektronszerkezet: ns1 • Vegyérték: 1; oxidációs szám: +1 • Elektronegativitás: 0.7-1 (ionvegyületeket képeznek, +1 töltésű ionjaik • elektronszerkezete nemesgázszerű, nagyon stabil, ionizációs energia kicsi) • Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak, térközepes • kockarácsot alkotnak • Oxigénnel, vízzel azonnal reagálnak, védőfolyadék (pl. petróleum) alatt tartják • Sűrűségük, keménységük kicsi • Nátrium • Nagyon reaktív: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 • Természetben fő előfordulási formája: NaCl, Na2CO3 • Előállítás: NaCl olvadék elektrolízisével • Felhasználás: redukálószer, nátriumgőzlámpa • Nátrium-hidroxid (NaOH) • Fehér kristály (vizes oldata színtelen), nagyon erős bázis • Kristályos állapotban rendkívül higroszkópos, levegőből H2O-t, CO2-t megköti • Előállítás: NaCl-oldat elektrolízisével • Felhasználás: textil- és papíriparban, szappan és mosószergyártás

14. Szervetlen kémiaNa fontosabb vegyületei • Nátrium-klorid (NaCl) • Színtelen kristály • Előfordulás: tengervízben (2.7%), kősótelepeken, állati szervezetben (emberi • vérben 0.85%) • Előállítás: sóbányákból • Felhasználás: fémnátrium, nátriumvegyületek, klór, klórvegyületek előállítására • Olvadékelektrolízis: 2NaCl = 2Na + Cl2 (T<700 ºC) • Oldatelektrolízis: 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 • Nátrium-hipoklorit (NaOCl, Hypo) • Fertőtlenítő- tisztító-, illetve mosószer • Előállítás: NaCl-oldat elektrolízisével: 2NaOH + Cl2 = NaOCl + NaCl + H2O Diszproporcionálódás: olyan redoxireakció, melyben egy elem adott oxidációs számú formája két különböző oxidációs számú formává alakul. 0 +1 -1 A fenti reakcióban: Cl2 = OCl- + Cl- Szinproporcionálódás: két különböző oxidációs formából lesz egy. +5 -1 0 IO3- + 5I- = 3I2 + 3O2-

15. Szervetlen kémiaNa fontosabb vegyületei • Nátrium-karbonát (Na2CO3.10H2O) • Színtelen kristály → 100ºC-on hevítve fehér por (kristályvíz elvesztés) • Előfordulás: talajban (sziksó); ha túl sok, terméketlenné teszi a talajt • Felhasználás: szappan-, mosószer-, üveggyártás, vízlágyítás • Oldata lúgos kémhatású: Na2CO3 + 2H2O = 2NaOH + H2CO3(hidrolízis) • Nátrium-hidrogén-karbonát (NaHCO3, szódabikarbóna) • Fehér kristály • Felhasználás: gyógyászatban fölös gyomorsav lekötésére • Oldata enyhén lúgos kémhatású: NaHCO3 + H2O = NaOH + H2CO3 (hidrolízis) • Nátrium-foszfát (Na3PO4, trisó) • Fehér kristály • Vizes oldata lúgos: Na3PO4 + 3H2O = 3 NaOH + H3PO4 (hidrolízis) • Felhasználás: mosószerek, vízlágyítás • Nátrium-tioszulfát (Na2S2O3.5H2O, fixírsó) • Színtelen kristály • Felhasználás: analitikában jodometriában: 2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI • ill. kép rögzítésére fényképészetben: AgBr + Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr

16. Szervetlen kémiaK és fontosabb vegyületei • Kálium • Nátriumhoz hasonló, de nála reakcióképesebb (kisebb EN miatt) • Természetben fő előfordulási formája: KCl kősótelepeken NaCl kísérőjeként • Előállítás: KCl, KOH vagy K2CO3 olvadék elektrolízisével • Felhasználás: műtrágyagyártás, pirotechnika, robbanóanyag-gyártás • Kálium-klorid (KCl) • Jelentőség: növényi szervezetben • Felhasználás: műtrágyagyártás, K és KOH előállítás, méreginjekció, • Kálium-hidroxid (KOH) • Fehér kristály (vizes oldata színtelen), NaOH-nál is erős bázis • Kristályos állapotban rendkívül higroszkópos, levegőből H2O-t, CO2-t megköti • Oldja az üveget. • Előállítás: KCl-oldat elektrolízisével • Felhasználás: textil- és papíriparban, szappan és mosószergyártás, élelmiszer- • iparban gyümölcs héjának eltávolítása • Kálium-nitrát (KNO3) • Felhasználás: műtrágya, feketelőpor, füstbomba, élelmiszer tartósítószer (E252)

17. Szervetlen kémiaAlkáliföldfémek • II/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2 • Vegyérték: 2; oxidációs szám: +2 • Elektronegativitás: 0.9-1.5 (Mg-tól lefelé ionvegyületeket képeznek, +2 töltésű • ionjaiknak nemesgáz elektronszerkezete van, ionizációs energia kicsi) • Berillium nagyobb elektronegativitása (1.5) miatt inkább kovalens vegyületet • képez, bizonyos esetekben a Mg is • Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak • Oxigénnel, vízzel reagálnak (kevésbé intenzíven mint az alkálifémek), • aktivitásuk a rendszámmal nő (ahogy EN csökken) • Sűrűségük, keménységük kicsi (nagyobb mint az alkálifémeké) • Redukálószerek (gyengébbek mint az alkálifémek)

18. Szervetlen kémiaMg és fontosabb vegyületei • Magnézium • Ezüstfehér, könnyű fém. • Természetben csak vegyületben fordul elő: • magnezit (MgCO3), a dolomit (CaCO3.MgCO3), • Felületén védő oxidréteg (MgO) képződik • Jellegzetes az égése, vakító fehér fényt bocsát ki • (égéshő -603 kJ/mol)

19. Szervetlen kémiaMg és fontosabb vegyületei • Magnézium • Ezüstfehér, könnyű fém. • Természetben csak vegyületben fordul elő: • magnezit (MgCO3), a dolomit (CaCO3.MgCO3), • Felületén védő oxidréteg (MgO) képződik • Jellegzetes az égése, vakító fehér fényt bocsát ki • (égéshő -603 kJ/mol) • Előállítás: MgCl2 olvadék elektrolízisével, karbonát • hevítésével kapott oxid redukciójával • Felhasználás: villanófény, víz alatti fáklya, ötvözetek • előállítása repülőgépekhez • Magnézium ötvözetek: kis sűrűségű, de nagy szilárdságúak • Magnálium: Al + 5-50% Mg + nyomokban egyéb elemek • kevés Mg: szilárd: repülőgép és autó alkatrészek • sok Mg: törékeny, a por gyúlékony: pirotechnikában csillagszóró • Duralumínium: repülőgépek szerkezeti anyagának nagy része

20. Szervetlen kémiaMg és fontosabb vegyületei • Magnézium-hidroxid (Mg(OH)2) • Gyenge lúg, vízben rosszul oldódik (Mg-O kötés erősen kovalens jellegű) • Előállítás: természetben ásvány formájában előfordul • Felhasználás: gyomorsav megkötő, konzerv gyümölcsök, zöldségek színének • tartósítása (E528) • Magnézium-klorid (MgCl2) • Gyenge sav (savasan hidrolizál): Mg2+ + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H+ (2H3O+) • Előfordulás: természetben ásvány formájában • Felhasználás: Mg illetve Mg vegyületek előállítására, cementgyártás, USA-ban • utak jégtelenítésére • Hidrogéntárolás egy formája: Mg(NH3)6Cl2 formájában sok ammóniát köt • meg, mely hevítés hatására könnyen távozik • Magnézium-szulfát (MgSO4) keserűsó, Epson-só • Előállítás: természetben heptahidrát formájában (MgSO4.7H2O) előfordul • Felhasználás: nagy magnézium-igényű növények (burgonya, bors, rózsa) • trágyázása, gyógyászatban bélmozgás elősegítő, hashajtó

21. Szervetlen kémiaCa és fontosabb vegyületei • Kalcium • Ezüstfehér színű, könnyű fém. • Lángfestés: téglavörös • Természetben csak vegyületben fordul elő: mészkő, kalcit, márvány • (CaCO3), dolomit (CaCO3.MgCO3), fluorit (CaF2) • Előállítás: CaCl2 ill. CaCl2+CaF2 olvadék elektrolízisével • Felhasználás: redukálószer, ötvözetek (csapágyfémben 0.7 %) fluorit kalcit kristályon

22. Kalcium-karbonát (CaCO3) • Természetben leggyakrabban előforduló Ca-vegyület • Felhasználás: építőipar, csiszolópor, tisztítószer • CO2-t tartalmazó vízben hidrokarbonát képződése formájában oldódik, az • analóg módon képződő Mg(HCO3)2-vel együtt a víz változó keménységét • okozva. • CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 • változó: forralással megszüntethető (visszaalakulás, CO2 gáz eltávozik) Szervetlen kémiaCa és fontosabb vegyületei • Állandó keménységet okozó sók: CaCl2, Ca(NO3)2, CaSO4, MgCl2, Mg(NO3)2, • MgSO4 • Megszüntetés (vízlágyítás): Ca2+ és Mg2+ ionokat csapadék formájában leválasztani, majd szűréssel eltávolítani: • Ca2+ + Na2CO3 = CaCO3 + 2Na+ • 3Ca2+ + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6Na+ • Ioncserélővel: • lágyvíz: lecserélni a Ca2+ és Mg2+-ionokat Na+-ionokra • ionmentes víz: a víz összes idegen ionját lecserélni H3O+ illetve OH—ionokra.

23. 1 2 Szervetlen kémiaCa és fontosabb vegyületei • Kalcium-szulfát (CaSO4.2H2O) = gipsz • Természetben gipsz1 ill. evaporit2 ásványok • formájában • Felhasználás: építőipar (cement), iskolai kréta, gyógyászat (gipszelés), • tűzálló fal • 100-150 ºC-ra hevítve a kristályvíz 75%-a távozik (cement, orvosi gipsz): • CaSO4.2H2O → CaSO4.½H2O + 1½H2O • (tűzálló falban lassan melegszik, mert előbb a kristályvíz távozására fordítódik a hő) • teljesen kiégetett gipsz már nem tud vizet felvenni • Kalcium-hidroxid Ca(OH)2 • CaCO3→ CO2 + CaO (égetett mész) • Égetett mészből vízzel (mészoltás): CaO + H2O → Ca(OH)2 (oltott mész) • Felhasználás: építőiparban habarcs készítésre: • Ca(OH)2 + CO2→ CaCO3 + H2O • (megkötés a csapadékként kiváló CaCO3 miatt)

24. Szervetlen kémiaBa és Ra • Bárium (Ba) és fontosabb vegyületei: • Természetben BaSO4 (barit) ill. BaCO3 formájában • Lángfestés: sárgászöld • Előállítás: BaCl2 elektrolízisével • Felhasználás: kontrasztanyagként BaSO4 formájában (jól elnyeli a Röntgen • sugarakat) és tűzijátékban. • Rádium (Ra) és fontosabb vegyületei • Ritka elem, urán és tóriumásványok mellett, mint azok radioaktív bomlásának • terméke • 28 izotópja van, mind radioaktív • A szervezetbe került rádium a csontokba beépül • Felhasználás: régebben sugárterápiára, ma már vannak olcsóbb sugárforrások • neutronforrás: Be + a-sugárzás(Ra-ból) → neutronok

25. Szervetlen kémiaFöldfémek, bór • III/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np1 • Vegyérték általában: 3 ill. 1 (Ga, In, Tl); oxidációs szám: +3, +1 (Ga, In, Tl) • B félfém, a többi fém. • Elektronegativitás: 1.5-2.0 (B és Al gyakran képez kovalens kötéseket, a • többiek viszont elsősorban ionosat) • Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak • Bór (B) és fontosabb vegyületei • Atomrácsos kristályszerkezet, gyémánt után legkeményebb • Természetben vegyületei formájában található, leggyakoribb a • bórax, a bórsav Na sója: Na2B4O7•10H2O • Elektromos szigetelő, de jól vezeti a hőt. • Felhasználás: 1) acélötvöző szerként növeli annak keménységét, kopásállóságát, • korrózióval szembeni ellenállását • 2) bórszálakat űrrepülőgépek gyártásánál, kis súlyuk és nagy szakítószilárdságuk • miatt. • Bórax felhasználása: acélgyártásban – csökkenti a vas-oxid olvadáspontját, • így az könnyebben eltávolítható az acélból.

26. Alumínium (Al) • Természetben főként bauxitban (AlO(OH)) ill. agyagásványokban • fordul elő, míg a korund tiszta Al2O3 ásvány . • 3. leggyakoribb elem a Föld kérgében • levegővel gyorsan reagál, de a felületén összefüggő Al2O3 réteg képződik, mely • óvja a további oxidációtól. Eloxálás: e réteg mesterséges vastagítása anódos • oxidációval híg savban (foszforsav, kénsav, krómsav, stb.) • Amfoter: oldják híg savak és lúgok, de tömény savak nem • 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2 • 2Al + 2NaOH + 6H2O = 3H2 + 2NaAl(OH)4 • Szakítószilárdsága kicsi, rosszul önthető • Felhasználás: vezeték (elektromosság), repülőgépek, vasúti kocsik gyártása. Szervetlen kémiaAl és vegyületei nátrium[tetrahidroxo-aluminát]

27. Szervetlen kémiaAl és vegyületei TimföldgyártásBayer-eljárás bauxit törése, aprítása beállítás kovasavtalanítás feltárás higítás vörösiszap elválasztása kikeverés szűrés kalcinálás lúgbepárlás

28. Szervetlen kémiaAl és vegyületei

29. Szervetlen kémiaAl és vegyületei • Al ötvözetek • Magnálium, duralumínium (lásd magnéziumnál) • Csoportosítás: • - Alakítható (sajtolható) ötvözetek: nagy szilárdság a cél. A keverékek • jellege (koncentrációk!) szilárd oldat. Fő ötvözők: Cu, Mn, Mg • Duralumínium (4,5% Cu + 0,5% Mg + 0,6%Mn). Cu-ra túltelített, ezért CuAl2 • halmazok keletkeznek. Megfelelő kezeléssel ezek finoman eloszolt kis szemcsék • formájában válnak ki, → nagy szakítószilárdság. • Al-Cu-Ni ötvözetek: magasabb hőmérsékleten nagy szakítószilárdság. • A fenti ötvözetek a Cu miatt nem korrózióállóak. • Al-Mg-Si ötvözetek (1% Si, 1% Mg, 0.7%Mn): nagy szilárdságúak, korrózióállóak • Al-Mn ötvözetek: kitűnő korrózióállóság, képlékenység, hegeszthetőség. • - Önthető ötvözetek: Al öntészeti tulajdonságai nem jók. • Eutektikus összetételhez közel álló keverékek, alacsony op. • Al-Si ötvözetek (sziluminok, 9-14% Si): jól önthetők, gyenge szakítószilárdságúak. • Al-Si-Cu ötvözetek (4% Cu, 2.5 %Si): önthetőség mellett nagy szilárdságúak. • Al-Cu-Mg ötvözetek (4% Cu, 1.5 % Mg): önthetők, nagy szilárdságúak, kis Ni-t, • hozzáadva magas hőmérsékleten igénybevett alkatrészek (dugattyú).

30. Szervetlen kémiaAl és vegyületei • Alumínium-oxid (Al2O3) • Természetben: korund, rubin (+Cr2O3), zafír (+FeO,Ti2O3) • Al por hevítve: 4Al + 3O2 = 2Al2O3 (DH=-1687 kJ/mol) • Az oxid nagy képződési entalpiájának köszönhetően az Al gyakran alkalmazott • redukálószer (aktivási energiagátat a fejlődő hő leküzdi). • Fémek (Cr, Mn) előállítása oxidból: • 1. fém-oxid + Al por + gyújtókeverék (Al+BaO2) • 2. begyújtva Mg szalaggal: 800 ºC • 3. 3BaO2 + 4Al = 3Ba + 2Al2O3 reakcióból: 2000 ºC • 4. pl. Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr • Felhasználás: csiszolópapír - vas-oxiddal szennyezett korund Alkáli-alumínium-szilikátok (Al2Si2O7.2H2O) kaolinit vagy porcelánföld Agyag: CaCO3, Fe2O3 szennyeződésekkel. Mészkővel keverve → portlandcement.

31. molekulák aktivált szén Szervetlen kémiaSzéncsoport • IV/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np2 • Vegyérték: C, Si, Ge - 4; Sn, Pb – 2 (ritkábban 4) • C nemfém; Si, Ge félfém; Sn, Pb fém. • Elektronegativitás: 2.5-1.8 (C, Si, Ge kovalens kötések, Sn, Pb inkább ionos) • Szén (C) módosulatai • Kristályos: gyémánt, grafit, fullerének • Ásványokban (70-10%, amorf): antracit, kőszén, barnaszén, • lignit, tőzeg • Mesterséges: faszén, vérszén, csontszén, korom, koksz • (szénégetés, száraz lepárlás:~500 ºC-on, O2 kizárásával hevítve) Felhasználás: - gyémánt (legkeményebb ásvány): ékszeripar, üvegvágás, fúrófejek, vágóélek - grafit: elektródok, olvasztótégelyek (jó vezetőképesség), kenőanyagokban - ásványi szenek, koksz: tüzelés - faszén, vérszén, csontszén: sok apró pórus nagy fajlagos felület → adszorbens - korom: töltőanyag (pl. gumiban)

32. Szervetlen kémiaSzéncsoport • Fullerének: mesterséges szén módosulatok (XX. sz. vége) • páros számú (60, 72, 84 stb.) szénatomból álló molekulák • Felfedezés: 1985-ben Harold Kroto, Robert Curl, Richard Smalley • 1996-ban kémiai Nobel-díj. • A molekulákat kizárólag öt- és hattagú gyűrűk építik fel. • C atom három másik C atomhoz kapcsolódik (1 kettős, 2 egyes kötés). • Az ötszögek száma mindig 12. • A C60 (backminsterfullerén) molekula futball-labda alakú. • Felhasználás: • - molekulák könnyű elmozdulása: jó kenési tulajdonságok • - 160 atm, 25 ºC-on gyémánttá alakítható: gyémántbevonat • - fénnyel besugározva vezetik az elektromosságot: optikai áramkörben • - intersticiális C60 Rb-só: 30 K alatt ellenállás nélkül vezeti az áramot (szupravezető) • - nanocsövek: nagy szakítószilárdság, jó el. vezetés, kémiai inaktivitás (űrtechnológia) C60 szén nanocső: hengeres fullerén C540

33. Szervetlen kémiaSzén vegyületei • Szerves vegyületek: 5 millió • Fontosabb szervetlen vegyületek: • Szén-monoxid (CO): színtelen, szagtalan gáz, szén tökéletlen égésekor • Vér hemoglobinja megköti: fejfájás, szédülés, fulladás • Szintézisgáz (CO + 3 H2): metanol, műbenzin előállítása • Szén-dioxid (CO2): színtelen szagtalan gáz, égést elfojtja (0.035%) • Folyadék: csak 5 barnál nagyobb nyomás alatt • Szárazjég: szilárd CO2 (folyékony CO2 párolgása • nagy hőelvonásal jár → megfagy) • hűtésre használják • Szénsav (H2CO3): instabil, vizes oldata kétbázisú gyenge sav • H2CO3 HCO3- + H+ (H3O+) K1= 4.3.10-7 mol/dm3 • HCO3- CO32- + H+ (H3O+) K2= 5.6.10-11 mol/dm3 • Szénsav sói, a karbonátok stabilak • Karbonátion (CO32-): 6 delokalizált elektron

34. Szervetlen kémiaSzéncsoport többi eleme • Szilícium (Si) • Föld szilárd kérgének 30 %-a. Kvarc és szilikátok a vulkáni kőzetek 98%-a. • Kvarc (SiO2): hegyikristály, ametiszt, füstkvarc, rózsakvarc • Si vízzel, savval nem, lúggal reagál: Si + 4OH- = SiO44- + 2H2 • Előállítás kálium-szilikofluoridból: 3K2SiF6 + 4Al = 3Si + KAlF4 + K3AlF6 • Félvezető: vegyértéksáv és vezetési sáv közötti tiltott sáv 1.1 eV széles. Csak • magasabb hőmérsékleten vezet. Adalékok segítségével alacsonyabb T-n is. • N-típus: adaléknak több elektronja van: vezetési sávban vannak a fölös elektronok • P-típus: adaléknak kevesebb elektronja van: vegyértéksávban pozitív lyukak • Alkalmazás az elektronikában, számítástechnikában. • SiO2: üvegyártás • Germánium (Ge): ritka elem, félvezető • Ón (Sn): fehérbádog (ónbevonatú vas), bronz ötvözet (Cu+Sn) • Ólom (Pb): csővezetékek (védő PbO2 oxidréteg, híg sav nem oldja), akkumulátor, • radioaktív sugárvédelem, ötvözetek (betűfém: Pb + Sb + Sn)

35. Szilícium, a szervetlen világ egyik legfontosabb alkotóeleme Szervetlen kémiaSzéncsoport • Világegyetemben: 7. Leggyakoribb elem • (H, He, O, Ne, N, C, Si, Mg, …) • Földön: 2. Leggyakoribb elem • (O, Si, Al, H, Na, Fe, Ca, Mg ,…)

36. Szervetlen kémiaSzéncsoport 3 stabil izotóp:28Si, 29Si, 30Si 5 radioaktív izotóp: 25Si, 26Si, 27Si, 31Si, 32Si 12C + 16O 27Si + n 16O + 16O 28Si + 4He 25Mg + 4He 28Si + n 26Mg + 4He 29Si + n 16O + 16O 30Si + 2 1H

37. Szilícium-alapú élet? Szervetlen kémiaSzéncsoport Pauling elektronegativitási skála • Elem Si H C O F • Elektronegativitás 1,8 2,1 2,5 3,5 4

38. Szervetlen kémiaSzéncsoport A szén és a szilícium tulajdonságainak összehasonlítása

39. Szervetlen kémiaSzéncsoport

40. Szervetlen kémiaSzéncsoport Szilikátok Láncszilikátok Rétegszilikátok pl. azbesztek (fehér és fekete)

41. Szilikátok Szervetlen kémiaSzéncsoport Rétegszilikátok pl. Agyagásványok (kaolinit), bentonit, csillámok, talkum Térhálós szilikátok pl zeolitok, ultramarinok Biológiai eredetű szilíciumtartalmú anyagok: kovaföld, diatomaföld, stb

42. Szervetlen kémiaSzéncsoport Germánium (Ge): ritka elem, félvezető Ón (Sn): fehérbádog (ónbevonatú vas), bronz ötvözet (Cu+Sn), lágyforrasz Ólom (Pb): csővezetékek (védő PbO2 oxidréteg, híg sav nem oldja), akkumulátor, radioaktív sugárvédelem, ötvözetek (betűfém: Pb + Sb + Sn)

43. 3e- 4e- delokalizált 4e- 3e- delokalizált 1e- lazító pályán! Szervetlen kémiaNitrogéncsoport • V/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np3 • N, P nemfém, As, Sb félfém, Bi fém • Elektronegativitás: 1.9-3.0 (többnyire kovalens kötést képeznek) • Vegyérték, oxidációs szám: sokféle • -3: ammónia (NH3) • -2: hidrazin (H2N-NH2) • -1: hidroxilamin (H2N-OH) • -0: nitrogén molekula (N2) • +1: dinitrogén-oxid (N2O) • +2: nitrogén-monoxid (NO) • +3: dinitrogén-trioxid (N2O3) • +4: nitrogén-dioxid (NO2) • +5: nitrogén-pentaoxid (N2O5)

44. Ammónium-hidroxid (NH4OH) • Csak vizes oldatban létezik, gyenge bázis: NH3 + H2O NH4OH • NH3 vízben való oldódása exoterm: hevítés hatására NH3 eltávozik. Szervetlen kémiaNitrogéncsoport • Nitrogén (N) • Gáz, levegő 78%-a. N2 nagyon stabil. • 3 p elektronnal kötés, negyediket datív módon (NH4+) • N fontosabb vegyületei: • Ammónia (NH3): színtelen, szúrós szagú, nagy párolgáshő, vízben jól oldódik. • Felhasználás: salétromsav és műtrágyagyártás, hűtőgép (helyette ma HCFC, HFC) • Ammónium-klorid (NH4Cl) • Kristályos, vízben jól oldódik, oldata kissé savas • Hevítés hatására bomlik: NH4Cl → NH3 + HCl • Felhasználás: lágyforrasztáskor fémfelület tisztítására, HCl és NH3 oldja a • fém-oxidokat • Ammónium-nitrát (NH4NO3) • Kristályos, higroszkópos, könnyen bomlik (robbanásveszély) • Felhasználás: mészkőporral keverve műtrágya

45. Nitrogén-dioxid (NO2): vörösesbarna, párosítatlan elektron miatt paramágneses. • Vízzel reagálva: 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 • Egyensúlyban van a dimerjével: 2NO2 N2O4 Szervetlen kémiaNitrogéncsoport • Dinitrogén-tetroxid (N2O4): könnyen cseppfolyósítható gáz. • Felhasználás: kovalens vegyületek jó aprotonos oldószere. • Salétromsav (HNO3): színtelen, szúrós szagú, erős sav • Állás közben bomlik: 2HNO3→ 2NO2 + H2O + O • Oxidálószer: N5+→ N4+-re redukálódik, ill. naszcensz oxigén képződik • Fémeket oldja (választóvíz: ezüst): 2Ag + 2HNO3 = Ag2O + 2NO2 + H2O • Ag2O + 2HNO3 = 2AgNO3 + H2O • Királyvíz: cc. HNO3 és cc. HCl 1:3 arányú keveréke (aranyat is oldja) • HNO3 + 3HCl = 2H2O + NO + 3Cl (atomos klór oxidál) • HCl + 3Cl + Au = H[AuCl4](hidrogén-tetrakloro-aurát) • cc. HNO3 a vasat és alumíniumot nem oldja, mert passzív oxidréteget csinál (de: • a híg HNO3 oldja őket!!

46. fehér (P4) vörös (láncszerű) fekete (grafitszerű) PO43- H3PO4 Szervetlen kémiaNitrogéncsoport • Foszfor (P) • Szilárd. 3 allotróp módosulat: elemek más (kristály)szerkezetűek • (polimorfia: általános fogalom: anyagok más kristályszerkezetűek) • egyszeres (s) kötések, 5 kötés a 3d pályára gerjesztett egyik 3s elektron révén • Felhasználás: vörösfoszfort gyufagyártásra (doboz oldalán) • P fontosabb vegyületei: • Foszforsav (H3PO4): színtelen, kristályos (42 ºC-on olvad), hárombázisú • középerős sav. Sói a foszfátok (PO43-: tetraéder, 8 delokalizált e-). • Szerves foszfátvegyületek: sejtek energiaátalakítása • (adenozin foszfátok: AMP, ADP, AMP) • Műtrágya: Ca(H2PO4)2.H2O (szuperfoszfát) • Csontok: Ca3(PO4)2 ; vízlágyítás: Na3PO4

47. O O O O 4e- O Szervetlen kémiaOxigéncsoport • VI/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np4 • O, S, Se nemfém, Te, Po félfém • Elektronegativitás: 2.0-3.5 (többnyire kovalens kötést képeznek) • Vegyérték: 2, 4, 6 • Oxigén (O) • 3. leggyakoribb elem a világegyetemben • Leggyakoribb elem a Földön, a földkéreg (30-40 km) súlyának fele oxigén. • Gáz, levegő 20.9 %-a. • Cseppfolyós és szilárd halmazállapotban kék. • Kétatomos molekula (O2), kevésbé stabilabb mint N2. • Egy s kötés, és két azonos spinű magános • p elektron (két fél p kötés) • Előállítás: cseppfolyós levegő frakcionált • desztillációjával, ill. vízből elektrolízissel • Legjelentősebb allotróp módosulata az ózon (O3): • Fertőtlenítő hatású, légkörben UV védelem

48. Szervetlen kémiaOxigéncsoport • Oxigén vegyületei • Víz (H2O) • Erős hidrogénkötés, vízben legstabilabbak a négyes asszociátumok (H8O4) • Jég: folyadéknál lazább szerkezete miatt sűrűsége kisebb mint a vízé (térfogata • nagyobb 9%-al). Víz sűrűsége is +4 ºC-on a legnagyobb. • Hidrogén-peroxid (H2O2) • Színtelen, szagtalan, nem éghető folyadék • Erős hidrogénkötést képez, vízzel korlátlanul elegyedik • Peroxokötés gyenge, erősen bomlékony: H2O2 = H2O + O • A felszabaduló naszcensz (atomos) oxigén miatt erős oxidálószer. • 2HCl + H2O2 = Cl2 + H2O • Előállítása: BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2 • (BaO + O2 = BaO2 500 ºC-on) • Fontosabb alkalmazásai: fertőtlenítőszer, színtelenítőszer, rakéták üzemanyaga • Bomlását nehézfémek és sóik katalizálják

49. Szervetlen kémiaOxigéncsoport • Kén (S) • Sárga, szilárd, 8-atomos molekulák (s-kötés) • Természetben elemi állapotban vulkángőzökben. • Kőolajfinomítás mellékterméke • Felhasználás: borászat (baktériumölő), kénsav előállítás Antal István: A kén Egy sárga úr vagyok, Megismerhetsz nyomban, Megtalálsz a hatodik főcsoportban. Távol áll tőlem bohém élet, pia, Jellemzőm az allotrópia. Egy lóugrás a szén, ki mindig ,,kormos'', Iker vagyok, monoklin és rombos. Nem vagyok túl kemény, De mégis sármos, Egész testem molekularácsos. Testem látszik, nem poláros, Nyolc atomos gyűrű, apoláros. Ha oldani akarsz, vízzel ne próbálkozz, Erre inkább, szén-diszulfid, te ajánlkozz! Hevítgetnek gyakran, megolvadok, folyok, Sűrű, sötét gyűrű leszek, majd folyékony vagyok. Ha ilykor lehűtenek orvul, Nem érzem jól magam, csak amorful. Egyéb elemekkel reagálok sorba', Ekképp stabilizálódom három rácstípusba. Atom, molekula, s ionrács e három, Soulfour vagyok, magamat ajánlom.

50. O 6e- S O O Szervetlen kémiaOxigéncsoport • Kén vegyületei: • Hidrogén-szulfid (H2S, kén-hidrogén) • Előfordulás: vulkáni gázok, kénes ásványvizek, záptojás (fehérjék bomlásterméke) • Savas jellege miatt fémekkel reagál (pl. ezüst: fekete Ag2S) • Kén-dioxid (SO2) • Vulkáni tevékenységből, szén és kőolajszármazékok elégetésekor →savas esők • Redukálható (oxidáló tulajdonság): SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O • Oxidálható (redukáló tulajdonság): 2SO2 + O2 = 2SO3 • Ezen reakció vanádium-pentoxid (V2O5) katalizátorral a kénsavgyártás fő lépése. • Borászatban hasznos tulajdonságok: antioxidáns, antiszeptikus (mikroorganizmus • ölő), íz, zamat és színalakító hatás • Kén-trioxid (SO3) • S elektronszerkezete: 3s2 3p4 = csak 2 párosítatlan, kovalens • kötést képző elektron • Promóció: a párosított elektronokból 1-1 a 3d pályára • gerjesztődik (energia fedeződik az utána kialakuló kovalens • kötés során felszabaduló energiából) • Hibridizáció: pályák energiája kiegyenlítődik, hogy ekvivalens kötéseket • alkothassanak: SO3-ban: 3 ekvivalens s-kötés + delokalizált p pályák