Bevezetés, alapfogalmak, szemlélet

Előszó

Ahhoz, hogy a kémiát meg lehessen érteni, tisztában kell lenni a természet bizonyos törvényszerűségeivel.

Általában ezek a természet egyszerű logikáján alapulnak. Minden így működik, még mi emberek is így gondolkodunk.

Egy-egy témakörnél mindig igyekszem felhozni az életből egyszerű példákat, hogy jobban megértsétek a dolgokat, mert igazából minden addig bonyolult csak, amíg meg nem értitek.

A kémiának van egy saját nyelvezete -ezt akár úgy is érthetitek, mint egy idegen nyelvet- sokaknak már ennek a megértése is gondokat okoz.

Azt szoktam mondani, hogy nem születhet mindenki vegyésznek, de attól még értheti, hogy miről van szó.

Általában nem magyarázzák el a szavak jelentését a diákoknak. Ez lényegében olyan, mintha valaki tanul egy idegen nyelvet, de nem keresi ki a szótárból a szavak jelentését, pedig egy nyelv ismeretéhez szükséges a szókincs.

Bevezetés

Minden anyag atomokból épül fel. Jó, de mi is az az atom?

Az atom egy elemi részecske, a görög atomosz szóból származik (oszthatatlant jelent). Régebben úgy gondolták, hogy az atom a legkisebb részecske. Mára már kiderült, hogy egy atomban is van sok féle részecske, de erről is majd később.

Ma már ez a meg határozás, úgy hangzik, hogy a legkisebb részecske, amely még magában hordozza adott anyag tulajdonságait.

Minden elemnek (pl. hidrogén, oxigén, vas) van saját tulajdonsága. Ezek a tulajdonságok az atom miatt olyanok amilyenek.

De felmerül a kérdés, hogy egy atom honnan tudja, hogy ő milyen atom?

Akkor most az igazságról a lepel lehull, a tudomány mai állása szerint, nem az atom a legkisebb részecske, vagyis az atomban vannak más egyéb részecskék. Ezek a részecskéknek a száma az atomban, meghatározza, hogy milyen elemről beszélünk. Azért elem, mert egyszerű anyag, önmagában létezik, és ugyanolyan tulajdonságú atomok alkotják.

A Periódusos rendszer tartalmazza ezeket az elemeket, amelyek a számítási feladatokhoz szükséges adatokat is tartalmaznak.

Most a képzelőerőtökre lesz szükség. Képzeljetek el egy focipályát, és egy nagy gömböt. A nagy gömb lesz az atom, a focipályát csak viszonyításként mondom. Az atom (gömb) átmérője kaputól kapuig tart. A focipálya kezdőköre köré is képzeljünk el egy akkora gömböt, amelynek az átmérője akkora mint a kezdőkör. Hasonló mint a meggy és a magja. Ha az atom a meggy, akkor a magja az atommag.

De térjünk vissza a focipályás példánkhoz. Az atommag a kezdőkör átmérőjű gömb a nagy gömbben. A labda legyen a kezdőkör közepén. Ezek lesznek az atommagban található részecskék. Ilyenek a méretbeli arányok egy atomban. Az előbb említett atommag (kezdőkör) tartalmazza a protonokat és neutronokat. A protonok pozitív töltésűek, a neutronok semlegesek. A kezdőkör és a kapuk között keringenek az elektronok az elektron pályákon. Az elektronok negatív töltésűek. A természet egyik törvényszerűsége, hogy a pozitív vonzza a negatívat, és fodítva. Például ha az elektronok a lányok és a protonok a fiúk és mindenki csak egy valakihez vonzódik, akkor párok lesznek, vagyis egyik nem sem indul a másik keresésére.

Magyarán, hogy egy atom semleges legyen -mert az atomnál ez is követelmény- ugyanannyinak kell lennie a protonoknak, mint az elektronoknak.

Még az elején tisztázzunk pár fogalmat, amelyek a későbbiekben elengedhetetlenek lesznek.

Vegyületnek nevezzük azokat az anyagokat, amelyek kémiai felépítésében kettő vagy több kémiai elem vesz részt. Pl. víz esetében hidrogén és oxigén vesz részt a kémiai kötésben.

Molekulának nevezzük 2 vagy több atom csoportosulását, amelyeket kovalens kötés tart össze. Ide is be lehet sorolni a vizet példaként. De a vegyület tágabb fogalom, mert lehet valami molekulavegyület vagy ionvegyület. A gyakorlatban csak a vegyület szót használják, nem különböztetik meg hogy ion vagy molekula vegyület.

Most egyenlőre érjük be azzal, hogy a kovalens kötés nemfém-nemfém között létesülő kémiai kötés. pl. víz- sem a hidrogén sem az oxigén nem fém.

A molekuláknál még meg kell említeni az úgynevezett elemmolekulákat, amit így szintén nem mondanak ki a gyakorlatban. Elemmolekulák minimum 2 ugyanolyan atom összekapcsolódásának eredménye. A gyakorlatban ezt az összekapcsolódást úgy kell érteni, hogy eleve molekula formájában fordul elő. Ilyen például a hidrogén, oxigén, fluor, klór, bróm, jód, nitrogén, kén, fehér foszfor.

Az ionok megint csak olyan részecskék, amelyek magukban nem léteznek. Lényegében olyan atomok, amelyeknek vagy elektron hiányuk (pozitív ionok vagy kationok)van, vagy elektron többletük (negatív ionok vagy anionok).

Az atomok semlegesek kifelé, vagyis a protonok és elektronok száma egyenlő. Ha egy elektron leszakad egy atomról, a protonok száma nem változott, de már egy elektronnal kevesebb van az atomban, vagyis a protonok többsége miatt az ion pozitív lesz.

A negatív ionok pont fordítva keletkeznek, egy másik atomból kivált elektront befogja, így az eredetinél több elektront tartalmaz az atom, vagyis az ion negatív lesz.

Az elején még maradjunk annyiban, hogy ionvegyületek egy fém és egy nemfém kötése. Pl konyhasó, ami egy pozitív töltésű nátrium ionból és egy negatív töltésű klorid ionból áll.

Ennek a témának a végén még elmagyarázom magát egy reakciót, illetve ennek a gyakrolatban a papírra vetett változatát.

Megint csak az egyik természeti alaptörvény, hogy semmi nem keletkezik csak úgy, illetve semmi nem tűnik el csak úgy. Mindennek meg van a miértje. (a tudományban legalább is így van, még ha nem tudják megmagyarázni, akkor is van rá magyarázat)

Úgy is mondhatnám, hogy anyag nem vész el csak átalakul. Egy reakció minimum 2 anyag között játszódik le adott körülmények között. Vagy is nem elég az, hogy meg van a két anyagom. Meg kell nekik teremteni azt a körülményt, amelyben lejátszódik az adott reakció. Magyarán mondva egy reakciót az anyagok mennyisége, a környezeti hőmérséklet és a környezeti nyomás is befolyásol.

Hogy lejátszódjon egy reakció szükség van valamennyi energiára.

Gondoljunk csak bele, ha van két anyag, amik külön-külön is jól érzik magukat, akkor miért lépnének egymással reakcióba. Vagy ha lefordítanánk az emberi természetre: ha egy nő és egy férfi nem tetszik egymásnak, akkor miért is házasodnának össze? Ezzel arra akartam utalni, hogy megint van a miértre válasz. A kémiában az alacsonyabb energiaszint a válasz.

A példánkat tovább gondolva, ha egy férfi és egy nő nem tetszik egymásnak, attól még az anyagi motiváció is okot adhat a házasságra (érdekből).

Lényegében az anyagok is "érdekből" lépnek egymással reakcióba. Még itt az elején megjegyezném, hogy a természetben minden "lusta és önző" legyen az az élőlényektől az atomokig bármi. Csak azt csinálja, ami neki jó, vagy amire éppen szüksége van.

Vannak reakciók amelyeknek a végbemenetele gátakba ütközik, mert "nincsenek egy hullámhosszon". Ezek általában valamilyen energetikai akadály.

Ezt az energetikai akadályt nevezik aktiválási energiának. Vegyük például a nitrogén-oxidokat. A nitrogén-oxidok -mint ahogy a neve is mutatja- nitrogén és oxigén egyesüléséből jön létre. A Föld légkörének 78%-a nitrogén, 21%-a oxigén, mégsem lesz belőle nitrogén oxid.

Erre az a magyarázat, hogy nincs meg az egyesüléshez az aktiválási energia. Ezt az energiát a reakció a környezeti hőmérsékletből fedezi, tehát a környezetet fel kell melegíteni. Ez a reakció játszódik le a belsőégésű motorokban az üzemanyag égésekor, a villámláskor stb.

A nyomás paraméterének szintén hasonló a magyarázata. Ha van két különböző anyag és egy harmadik keletkezik belőle, minden melléktermék nélkül azt a reakciót elősegíti a magas nyomás.

A reakciókat termodinamikailag két csoportra osztunk: exoterm és endoterm.

Az exoterm (exo=ki, term=hő) reakciók olyan reakciók, amelyeknek a folyamán többlet energia keletkezik és ez a többlet energia általában hő formájában kerül kibocsátásra. Ilyen folyamatok az égések, oxidációk, a fém hidroxidok (lúgosan hidrolizáló fémsók) savak hígításánál is tapasztalunk ilyet.

Ezeket a reakciókat elősegíti, ha a többlet energiát elvesszük tőle, vagyis ha hűtjük, mert a reakció hőt termel.

Az endoterm (endo=be, term=hő) reakciók olyan reakciók amelyeknek a lejátszódásukhoz plusz energia szükséges, amelyet a környezetéből vesz el.

Ilyen folyamat például a párolgás. Ezeket a folyamatokat elősegíti ha adunk a folyamatnak energiát, vagyis melegítjük.

A kémiában az anyagok mennyiségét mol-ban mérik.

A hivatalos megfogalmazás szerint 1 molnyi anyagmennyiségben annyi atom van, mint a 12-es tömegszámú szénizotópnak 1/12-ed részében van.

Ez lényegében 6*10²³ db atom, ezt maximum dolgozatban kérdezik, a gyakorlatban nem számolnak vele.

A reakciókat a gyakorlatban a reakció egyenletekkel írják le, amelyek tartalmazzák a kiindulási anyagokat, és a keletkezett anyagokat. A reakció egyenletekkel majd külön fogunk foglalkozni.

Emlékeztető

Az atom az a legkisebb elemi részecske, amely még őrzi az adott elem tulajdonságát.
Az elemek a legegyszerűbb anyagok, amelyeket ugyanolyan atomok alkotnak.
Az elemek közötti különbség az atomban található protonok, neutronok és elektronok száma adja meg.
A protonok és elektronok száma az atomon belül megegyezőek.
A proton + töltésű, az elektron - töltésű, a neutron semleges.
Az atommagot a protonok és neutronok alkotják, az elektronok az elektron felhőben az elektronpályákon keringenek.
Ionoknak nevezzük azokat a részecskéket, amelyek elektron többlettel vagy elektron hiánnyal rendelkeznek. Az elektron hiányos részecskék pozitív töltésűek, vagy másnéven kationoknak nevezik. Az elektron többlettel rendelkező részecskék a negatív ionok, vagy más néven anionok.
Molekuláknak nevezzük azokat az atomcsoportokat, amelyeket kovalens kötés tart össze. Most az egyszerűség kedvéért maradjunk annyiban hogy két vagy több nemfém közötti kötést. Vannak úgynevezett elemmolekulák, amelyek úgy fordulnak elő a természetben, ezek általában gázok.
A reakciók azért történnek meg, mert a kiindulási anyagok az alacsonyabb energiaszintre törekednek, amelyet a reakció után meg is kapnak.
A reakciók energia szerint lehetnek exoterm és endoterm folyamatok. Exoterm folyamatok azok amelyek melegek kívülről (égés), endoterm amelyek lehűlnek (párolgás).
A kémiában használatos mennyiség az anyagmennyiség, mértékegysége mól. Egy mól az az anyagmennyiség, amelyben 6*10²³ db atom van jelen.