Szervetlen kémia Nitrogéncsoport

1. 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)

2. 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

3. Nitrogén-dioxid (NO2): vörösesbarna, párosítatlan elektron miatt paramágneses. • Vízzel reagálva: 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 • Egyensúlyban van a dimerjével: 2NO2 N2O4 Szervetlen kémiaNitrogéncsoport

4. 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. naszcens 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!!

5. fehér (P4) vörös (láncszerű) fekete (grafitszerű) PO43- H3PO4 Szervetlen kémiaNitrogéncsoport • Foszfor (P) • Szilárd. 3 allotróp módosulat: elemek más kristályszerkezetűek • (polimorfia: általános fogalom: anyagok más kristályszerkezetűek) • egyszeres (s) kötések, 5 kötés a 3d pályára gerjesztett egyik 3s elektron révén • Felhasználás: vörösfoszfort gyufagyártásra • 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)

6. 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 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

7. 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

8. 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.

9. 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

10. Szervetlen kémiaKén vegyületei • Kénsav (H2SO4) • Egyik legnagyobb mennyiségben előállított vegyszer (szinte • minden vegyiipari ágazatban használt alapanyag) • Max. 98 %-os vizes oldatát használják (efölött SO3 párolog • ki belőle). Akkumulátorban 33.5 %-os van. • Kétértékű nagyon erős sav. Tömény H2SO4 erősen vízelvonó, még szerves • vegyületekből is elvonja a H és O-t → elszenesíti őket.

11. Kénsav (H2SO4) • Egyik legnagyobb mennyiségben előállított vegyszer (szinte • minden vegyiipari ágazatban használt alapanyag) • Max. 98 %-os vizes oldatát használják (efölött SO3 párolog • ki belőle). Akkumulátorban 33.5 %-os van. • Kétértékű nagyon erős sav. Tömény H2SO4 erősen vízelvonó, még szerves • vegyületekből is elvonja a H és O-t → elszenesíti őket. • Tömény forró kénsav erős oxidálószer, de HNO3-nál gyengébb. • Autoprotolízis: 2H2SO4 H3SO4+ + HSO4- K=2.7.10-4 (mol/dm3)2 • sokkal erősebb mint a vízben (10-14), vezeti az áramot. • Vízben disszociációja: H2SO4 + H2O = H3O+ + HSO4-(hidrogén-szulfátion) • HSO4- + H2O = H3O+ + SO42-(szulfátion) • Szulfátok (SO42-) • Tetraéderes szerkezetű, de – a sok helyen látható • ábrával ellentétben - a 4 oxigén ekvivalens, 8 e--ból • álló delokalizált p-rendszer van a 4 s S-O kötés körül. • Fontosabb szulfátok: PbSO4, CaSO4, MgSO4, CuSO4.5H2O (növényvédőszer) Szervetlen kémiaKén vegyületei

12. Szervetlen kémiaHalogéncsoport • VII/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np5 • F, Cl, Br, I nemfém, At (mesterséges elem) félfém • Elektronegativitás: 4.0-2.2 • Kis EN-ú elemekkel ionos, nagy EN-ú elemekkel kovalens kötésű vegyületeket • alkotnak. • Vegyérték: 1, 3, 5, 7 (oxidációs szám: -1, +1, +3, +5, +7) • kivéve a F, aminek oxidációs száma csak -1 lehet. • Erős oxidálószerek (anionná redukálódnak) • Kétatomos molekulákat képeznek. • Színesek: molekuláik a látható fény hatására gerjesztődnek. • Szobahőmérsékleten F, Cl gáz, Br folyékony, I szilárd. • Előfordulás: tengervízben, ásványvizekben, többnyire Na-só • formájában. • Fluor (F) • Legerősebb oxidáló elem, nemesgázokkal is (Kr, Xe, Rn) reagál. • Megtámadja a legtöbb elemet: esetenként a fejlődő hő mellett fényeffektus.

13. Fluor fontosabb vegyületei • Hidrogén-fluorid (HF): középerős sav, üvegmaratásra használják • SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O • Erős hidrogénkötés: H2F2, H4F4, H6F6 asszociátumokat képez • Nátrium-fluorid (NaF): fogpasztában • Nátrium-[hexafluoro-aluminát] = kriolit (Na3[AlF6]) • Al gyártásban elektrolízisnél: 1000 ºC-os olvadéka oldja a timföldet • (enélkül 2000 ºC kellene) • Klór (Cl) • Fojtó szagú gáz, elemi állapotban vulkáni gázokban • Reaktivitása hasonló (csak gyengébb) a fluoréhoz • Előállítás: NaCl vizes oldatának elektrolízise → Cl2 + H2 • Felhasználás: fertőtlenítés (víz, gyógyászat) • Cl2 + H2O HCl + HClO • HClO → HCl + O Szervetlen kémiaHalogéncsoport • Hidrogén-klorid (HCl) • Szúrós szagú gáz, vizes oldata a sósav (erős sav), kis koncentrációban gyomorban • Előállítás: NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl • Felhasználás: PVC gyártás, gyógyszeripar + sok egyéb iparágban

14. Szervetlen kémiaHalogéncsoport • Bróm (Br) • Vörösbarna, rossz szagú folyadék (büzeny) • Klóréhoz hasonló jellegű reaktivitás (de gyengébb) • Felhasználás: KBr, NaBr-t nyugtatóként a gyógyászatban • AgBr-t a fényképészetben • Jód (I) • Szürke kristály, sárgásbarna vizes oldat, lila gőz

15. Szervetlen kémiaHalogéncsoport • Jód (I) • Vízben rosszul oldódik, de KI-os oldatban már jól: I2 + I- = I3- komplex ion • Oxidálószer (leggyengébb a halogének közül) • Fontos élettani szerep: pajzsmirigy által termelt tiroxin növekedési hormon • Hiánya: pajzsmirigy megnagyobbodás (golyva), törpeség, szellemi visszamaradottság • Napi szükséglet felnőttkorban: 0.15 mg (jódozott só) • De: 2-3 g már halálos méreg • Előfordulás: tengervíz, édesvíz (század mg/dm3), NaIO3 salétrombányákban • Radioaktív jód: 131I (urán maghasadásakor), felezési ideje 8 nap • Illékony, levegőben relatíve nagy koncentráció katasztrófa esetén. Pajzsmirigyben • összegyűlik → daganatos betegség. • Védekezés: napi 130 mg KI tabletta • Előállítás: NaIO3 + 3 NaHSO3 = NaI + 3NaHSO4 • NaIO3 + 5NaI + 3H2O = 3I2 + 6NaOH • Felhasználás: halogén izzólámpákban W szál párolgásának csökkentésére • AgI felhőkbe porlasztása: eső indítás • 3 %-os alkoholos—vizes oldatát fertőtlenítésre (oxidáló hatása miatt) • analitikai laborokban: reagens

16. Szervetlen kémiaNemesgázok • Általános tulajdonságok • Elektronszerkezet: ns2 np6 • Egyetlen elem, ami atomos állapotban természetben előfordul • A zárt elektronhéj miatt meglehetősen inertek, a magasabb rendszámúak • laboratóriumi körülmények között reakcióba vihetők: Xe[PtF6], XeF2, KrF4, BaKrO4 • Szilárd halmazállapot: „molekularács” – diszperziós kölcsönhatásokkal • Legelterjedtebb felhasználás: fénycsövek, izzólámpák töltése • - kisnyomású nemesgáz (általában keverék) + többnyire kevés Hg vagy fémsó • - feszültség hatására elektromos kisülés → ionizálja a gázt • - szabaddá váló elektronok gyorsulnak a feszültség hatására, ütköznek a • gázfázisban levő atomokkal, ionokkal, ezzel gerjesztik elektronjaikat. A gerjesztett • elektronok visszakerülve az alapállapotba UV és látható fotonokat sugároznak ki. • Hélium (He) • H után a leggyakoribb a világegyetemben, s legkönnyebb → léghajók, léggömbök • Előállítás: földgáz cseppfolyósításakor gázfázisban marad, uránkőzetek hevítése • Hűtőanyag szupravezető mágnesekben, kriogenikában • He-Ne lézer különböző műszerekben

17. Szervetlen kémiaNemesgázok • Argon (Ar) • Föld légkörének 0.93 %-át alkotja • Előállítás: cseppfolyós levegő frakcionált lepárlásával • Védőgáz fémkohászatban, ívhegesztésnél • Hőszigetelt üvegben az üveglapok között • Élelmiszeriparban csomagológáz • Kripton (Kr) • Előállítás: cseppfolyós levegő frakcionált lepárlásával • Izzólámpa töltőgáza (Bródy Imre, TUNGSRAM) • Xenon (Xe) • Elsőként előállított nemesgáz vegyület: Xe[PtF6]. • Előállítás: cseppfolyós levegő frakcionált lepárlásával • Xeonlámpa töltőgáza (vakuk) • Űreszközök ionhajtóművének hajtóanyaga (ionizációs kamrában ionozálják, • majd az ionokat elektromos térben felgyorsítva kilövik. Kis, de hosszú ideig • egyenletes hajtóerő: bolygóközi utazásra optimális. • Radon (Rn) • Radioaktív háttérsugárzás 40 %-a, forrása a kőzetekben levő rádium. • Összegyűlik a lakóhelyiségek légterében. Tüdőrák 2. leggyakoribb okozója.