K

1
Kémiai BSc

• Kémiai alapismeretek

2

• A kémiai alapismeretek tárgy ismeretanyaga
  szervesen beépül a társ természettudományokba.
• Kémia nélkül nem érthetnénk meg az elemi
  élettani, geológiai, meteorológiai folyamatokat,
  nem gyógyulhatnánk fel sok-sok betegségünkbol.
  Kémiai átalakításokkal tudunk eloállítani új
  használati anyagokat, tárgyakat, vagy fel tudjuk
  ismerni az egészségünket, környezetünket károsító
  anyagokat.
• A kémia az atomok, molekulák tudománya. Ezekbol a
  parányi részecskékbol épül fel a minket körülvevo
  világ, a mindennapjainkat meghatározó legtöbb
  anyag.

3

• Az alapveto kémiai fogalomrendszer használata az
  anyagok tulajdonságainak megismerésénél és a
  közöttük lejátszódó folyamatok leírásánál
  nélkülözhetetlen.
• /pl. vegyjel, képlet, mól, moláris térfogat,
  anyag-, energia-, és töltésmegmaradási
  törvények,változázokat leíró egyenletek,
  periódusos rendszer, szerkezet, fázisok, stb./
• A kémia az anyag felépítésénak, tulajdonságainak,
  az anyagfajták egymásba alakulásainak tudománya.

4
Természettudományok

• Csillagászat
• Matematika
• Fizika
• Kémia
• Biológia

• BSc
• Biológia
• (Fizika)
• Földrajz
• Kémia
• Környezettudomány
• Informatika
• Matematika

EKF TTK
5
Technoszféra BioszféraEmberi tevékenység -
Természeti környezet produktuma

• Környezetvédelem, környezeti kémia
• Táplálkozás. Gyógyszerek hatása
• Energiaellátás

6

• Az ember tevékenysége révén természeti
  környezetét állandóan alakítja, változtatja. A
  Föld, mint e tevékenység színtere évezredeken át
  gyakorlatilag korlátlan kapacitású puffernek
  bizonyult, azaz az emberi tevékenységet úgy turte
  el, hogy eközben alapveto változást nem
  szenvedett. Ám az elmúlt néhány évtizedben
  nyilvánvalóvá vált, hogy az emberiség létszámának
  és ezzel együtt az ipari termelésnek ugrásszeru
  növekedése, az élovilág egyes fajtáinak
  visszaszorulása, illetve kihalása maradandóan
  megváltoztatja a környezetet. A levego, a víz, a
  talaj egyre több idegen anyagot, olyan
  kemikáliákat tartalmaz, amelyeket még 100 évvel
  ezelott sem ismert az emberiség.

7

• A civilizációs fejlodés eredményeként a két
  globális rendszer a technoszféra és a bioszféra
  egyensúlya megbomlott. Technoszférán azoknak az
  objektumoknak az összességét értjük, amelyek
  emberi tevékenységgel jöttek létre, és nem a
  természetben keletkeztek. Bioszférának a
  természeti környezetet, vagyis a Föld biológiai
  és geológiai rendszereinek együttesét nevezzük.
  Hosszú ideig a technikai fejlodés nyersanyag- és
  energiaigényének kielégítése szinte korlátlannak
  látszott, másrészt a technoszférából származó
  hulladékot a bioszféra képes volt maradéktalanul
  befogadni.

8

• Ez a kép jelenleg kedvezotlen változást mutat
  1950 és 1990 között a világ népessége
  megkétszerezodött, a világgazdasági termelés
  pedig közel négyszeresére nott. Ezért a
  nyersanyag- és energiaforrások végessége és a
  környezet hulladékturo képessége egyre
  határozottabban kirajzolódott az utóbbi
  évtizedekben.

9

• A kutatások eredményeként eddig több, mint
  ötmillió kémiai vegyületet állítottak elo. A
  világ vegyipara évente mintegy százötven millió
  tonna vegyi anyagot termel. Ezek jelentos része
  ún. természetidegen vegyület. Másként fogalmazva,
  az emberiség ma az addig csak a természetben
  eloforduló vegyületek sorát technikai méretekben
  állítja elo, továbbá olyan természettol idegen
  anyagok millióit szintetizálja, amelyek speciális
  tulajdonságokkal és alkalmazási területtel
  rendelkeznek.

10

• Mindez természetesen nem maradhatott hatás
  nélkül a természeti környezetre, hanem elvezetett
  a kémiai elemek körforgásának felgyorsulásához, a
  legkönnyebben kitermelheto nyersanyagtelepek
  kimerüléséhez. Közben a hulladékok hatalmas
  mennyisége keletkezik, amelyek elhelyezését és
  hatását a biológiai rendszerekre nem tudjuk
  egyértelmuen megoldani, illetve megítélni.

11

• A világgazdaság mai szintje azt kívánja meg,
  hogy a Föld rövid ido alatt nem regenerálódó
  eroforrásaiból évente mintegy 105 Mt 1011
  tonna 1014 kg anyagot használjunk fel. Ennek a
  roppant anyagmennyiségnek egy része hulladékként
  jelenik meg. Felmerült az a veszély, hogy ha a
  biokémiai körfolyamatokban muködo ellenorzo és
  átalakító mechanizmusok kapacitását ezzel a
  körfolyamatok kompenzáló képességét túllépjük,
  az ökológiai rendszerek muködése irreverzibilisen
  is megváltozhat. A környezetszennyezést tehát úgy
  is definiálhatjuk, mint az ökológiai rendszerek
  dinamikus egyensúlyának megzavarását vagy
  megszüntetését.

12
(No Transcript)
13
(No Transcript)
14
(No Transcript)
15
(No Transcript)
16
(No Transcript)
17
(No Transcript)
18
(No Transcript)
19
A légkör kémiájához

• Az, hogy a Földön kialakulhatott az élet, a
  Naptól való kedvezo távolságnak, a héliumnál
  nehezebb elemek képzodésének, valamint a vízburok
  és a légkör kialakulásának köszönheto. Hiszen
  gondoljuk arra, hogy az ember táplálék nélkül öt
  hétig is élhet, de víz nélkül kb. öt napot,
  levego nélkül pedig kevesebb, mint öt percet bír
  ki. A felnott ember normális életmuködéséhez
  naponta 15 kg (kb. 13 m3) levego szükséges. Az
  anyagcsere-folyamatokon kívül a levego alapveto
  feltétele a látásnak, a hallásnak és a szaglásnak
  is.

20

• Hogyan változik a tengerszint feletti
  magassággal a légnyomás? A tengerszintnek
  megfelelo magasságban kis ingadozásoktól
  eltekintve amit a változó páratartalom okoz
  jó közelítéssel 101 kPa a légnyomás. 1000 méter
  magasságban (pl. Kékesteton) már csak 89 kPa,
  2000 méteren 79 kPa, 3000 méter magasságban 70
  kPa, 4000 méter magas hegycsúcson 61 kPa, 5000
  méter magasságban (közel ennyi a Monc Blanc
  csúcsa) csak 54 kPa a légnyomás, ami igen nagy
  megterhelést okozhat az ilyen körülményekhez nem
  szokott hegymászóknak.
• A légkör fobb kémiai alkotói
• 78 N2
• 21 O2
• Kb. 1 Ar
• 0,035 CO2 (35ppm)
• vízgoz

21
C O2 ? CO2 CO2 H2O ?
H2CO3
Szén- dioxid (CO2)

• Szén és széntartalmú anyagok tökéletes
  égésekor keletkezik. Hosszú ideig egyensúlyban
  volt a Föld szén-dioxid-háztartása, mert a
  növények fotoszintézisük során jelentos
  mennyiségu szén-dioxidot kötnek meg és oxigént
  bocsátanak ki. Száz évvel ezelott a légköri
  szén-dioxid-koncentráció még csak 290 ppm volt,
  jelenleg 350 ppm. Az utóbbi évtizedekben viszont
  a trópusi erdok területének csökkenésével a
  szén-dioxid megkötése jelentosen csökkent, az
  iparosodás és a közlekedés fejlodése viszont azt
  eredményezte, hogy a kibocsátás állandóan és
  gyors ütemben nott. A szén-dioxid-molekula
  stabilis, átlagos tartózkodása a légkörben
  mintegy 1015 év. Ez a háromféle hatás együttesen
  okozza azt a tényt, hogy az egyensúly megbomlott,
  és évrol évre rohamosan no az ún. nettó
  kibocsátás. Ez Magyarországra vonatkoztatva évi
  3035 millió tonna. A teljes kibocsátás a Földön
  jelenleg 25 milliárd tonna/év.

22
Szén-monoxid (CO)

• Színtelen, szagtalan, vízben kevésbé oldódó gáz.
  Széntartalmú anyagok tökéletlen égésekor
  keletkezik. Rendkívül mérgezo emberre, állatra
  egyaránt. A vér hemoglobinjával stabilisabb
  komplexet képez, mint az oxigén, így
  megakadályozza annak a megkötését és szállítását,
  azaz a gázcserét, ezért fulladásos halált okoz.
• Jelöljük az oxigénnel képzett komplexet
  Hem.O2-nel, a szén-monoxid-komplexet pedig
  Hem.CO-dal. Felírhatjuk a következo egyensúlyi
  folyamatot
• CO Hem.O2 O2 Hem.CO
• A folyamat egyensúlyi állandójának értéke 200.

23

• A folyamat egyensúlyi állandójának értéke 200.
• K
• Az egyensúlyi állandó nagy értéke azt jelenti,
  hogy már kis szén-monoxid-koncentráció is leköti
  a hemoglobint.
• Ha pl. a CO eléri az O2 200-ad részét, akkor
• Ez azt jelenti, hogy a hemoglobin fele a
  szén-monoxiddal képez komplexet az oxigén
  helyett. Így kevés Hem. O2 komplex marad ahhoz,
  hogy ellássa a szervezetet oxigénnel. Ha 20-ban
  átalakul a Hem. O2 Hem.CO-dá, az már végzetes
  lehet.

24
Benzin égése

• Tételezzük fel, hogy a benzin foleg C8H18
  összetételu oktánból áll, a levego 1 molja pedig
  0,21 mol O2-bol és 0,79 mol N2-bol, átlagos
  moláris tömege 29 g/mol. Ha a benzin égése nem
  tökéletes a robbanómotorban, akkor a következo
  folyamat megy végbe
• C8H18 8,5 O2 8 CO 9 H2O
• A benzin tökéletes égésének reakcióegyenlete
• C8H18 12,5 O2 8 CO2 9 H2O
• 12,5 mol O2 mellett a levego összetételének
  megfeleloen 47,0 mol N2 is jelen van. A
  reakcióegyenlet alapján kiszámíthatjuk, hogy 1
  mol, azaz 114 g (812 18) benzin elégéséhez
  1725 g (59,529) levego szükséges. Tehát az
  elméleti levego üzemanyag tömegarány

25
Szénhidrogének

• A legegyszerubb szénhidrogénbol, a metánból (CH4)
  67 milliárd tonna van a légkörben. Ennek
  jelentos része természetes forrásokból, a szerves
  anyagok anaerob bomlása révén kerül a levegobe.
• Nagy mennyiségu metán keletkezik pl. a vízzel
  elárasztott rizsföldeken. Az állatok, különösen a
  szarvasmarhák emésztése is jelentos metánforrás.
  A kozetekbol is számottevo mennyiségu metán
  szabadul ki a bányamuvelés és a földgázkitermelés
  során. Évente globálisan kb. 1 milliárd tonna
  metán jut a levegobe, ennek 70-a antropogén
  eredetu. A magyarországi kibocsátás 700800 ezer
  tonnára becsülheto.
• Az utolsó 100 évben a metánkoncentráció is
  jelentos növekedést mutat a többszáz évig
  állandó 0,77 ppm értékrol hirtelen 1,7 ppm-re
  nott. (1ppm1cm3/m3)

26
Metán (CH4)

• Légköri átlagos tartózkodási ideje 510 év. A
  teljes troposzférában elkeveredik, ahol
  rövidebb-hosszabb ido alatt szén-monoxiddá, majd
  szén-dioxiddá oxidálódik, és így visszatér a
  légkörbol a bioszférába és az óceánokba.

• és halogénezett szénhidrogének
• aromás szénhidrogének
• policiklusos szénhidrogének

27
A víz körforgása (1000 km3/év)
28
O2
29
CO2
30
Az üvegházhatás
4
31
Az üvegházhatást szemlélteto kísérlet
32
Az élelmiszerek és a szervezet sav-lúg egyensúlya

• Az anyagcsere-folyamat során a felvett táplálék
  számos kémiai változáson megy keresztül, s vagy
  beépül a szervezetbe, vagy energiaként
  használódik fel. Megfelelo közegben ezek a
  folyamatok optimálisan muködnek. A vérplazmában
  enyhén lúgos kémhatásnak (pH7,1) kell lennie az
  egészség fenntartása és a betegségek megelozése
  érdekében. A savas kémhatás felé való eltolódás
  számos betegség eloidézoje lehet, különösen
  izületi és reumatikus problémák jelentkezése
  várható.

33

• Az anyagcsere folyamán rengeteg savas
  kémhatást okozó anyag keletkezik. A szervezetben
  folyó lassú égés, az exoterm oxidáció során
  keletkezo szén-dioxid a vérben szénsavként
  nyelodik el. A sejtanyagcsere kapcsán számos sav,
  pl. piroszolosav, tejsav stb. keletkezik.
  Mindezek az elsavasodáshoz vezetnének, ha a
  szervezet nem tenne óvintézkedéseket ennek
  megakadályozására. Például a vérben felszaporodó
  szénsav ingerként hat a légzoközpontra,
  gyakoribbá és mélyebbé válik a légzés, így több
  szén-dioxid távozik (légzési pufferálás). A
  vizelet pH-ja is széles skálán mozog, így a vese
  is jelentos kiegyenlíto szerepet játszik. Fontos
  a vér ún. pufferkapacitása, amely megköti az
  erosebb savakat. Ha a pufferkapacitásnak több,
  mint a fele elfogy, az egyensúly felbomlik,
  savasodás jön létre, amely fáradékonyságot,
  álmatlanságot, nyugtalanságot okoz.

34

• A szervezet sav-lúg egyensúlyának megóvása
  érdekében igen fontos táplálékunk összetételének
  megválasztása. Az ételek egy részébol savas, más
  részébol lúgos és igen kis részébol semleges
  kémhatást okozó anyagcseretermékek keletkeznek.
  Nagyon fontos a megfelelo arány a lúg- és a
  savképzo ételek között. Egyes kutatások szerint a
  természetes arány 4 1, azaz 80 lúgos, 20
  savas. Ennek betartásakor legerosebb a szervezet
  ellenálló képessége. 3 1 aránynál a lúgtartalék
  kimerül, a szervezet többet nem tud kompenzálni,
  és savasodás következik be.

35

• Savképzo ételek
• az összes húsok, hal, baromfi, tojás
• állati zsír, növényi zsiradék (margarin)
• az összes gabonanemuek (kivéve a köles)
• dió, mogyoró, mandula
• fehérliszt, fehérkenyér, rozskenyér
• hüvelyesek
• rizs, savanyú gyümölcsök
• Lúgképzo ételek
• gyakorlatilag minden zöldség és gyümölcs
• Semleges ételek
• tej, tejtermékek, növényi olajok

36
Civilizációs fejlodésünk
Bioszféra
XIX. század
XX. század
XXI. század
37
ELEMEK

• azonos atomok
• Jelölése VEGYJEL-lel He, Ca
• Elnevezés
• H hidrogén vízképzo (Wasserstoff)
• O oxigén savképzo (Sauerstoff)
• P foszfor fény hordozó
• I jód ibolya színu
• He Nap
• Se Hold
• U, Np, Pu bolygók
• Es, Md, Cm tudósok
• Ge, Fr, Eu, Ga földrajzi nevek

38
VEGYÜLETEK

• alkotórészek aránya állandó
• Molekulák (százalékos összetétel)
• Jelölése KÉPLET-tel
• H2O, C6H12O6, NaCl(sz) CO, CO2, CaCO3
• De Elemmolekulák H2, O2 P8
• Moláris tömeg Móltömeg Relatív /atom/moltömeg
• Mól fogalma
• 6.1023 db
• ATE, (u)

39
Kémiai anyag / Csoportosítás/

• Elemek, Vegyületek, Keverékek
• 2. ANYAG /szerkezete sz./
• DISZKONTINUUS KONTINUUS
• részecske j. korpuszkuláris folytonos
  mezo
• Nem abszolút! (Pl. atomok, molekulák
  töltésfelhoi)
• KÉMIA fogl. FIZIKA fogl.

40
Kémiai anyag / Csoportosítás/

• 3. Szervetlen Szerves
• 4. Szilárd Cseppfolyós Légnemu /Halmazáll./
• Kristályos a. Folyadékok Gázok
• és /amorf/ és/plazma á./
• egykomponensu
• többkomponensu
• OLDATOK
• /Kolloidok/

41
Az ATOM-ok szerkezete

• Atommag és Elektronhéj
• p, no, e
• Nukleonok
• Rutherford kísérlete 1010 m 1015 m
• Rendszám p száma
• Tömegszám no száma p száma
• /146n92p/

42
IZOTÓP-ok /izotóp elemek/

• Ugyanazon kémiai elem változatai rendszám
  azonos, tömegszám különbözik
• Természetes Mesterséges/Tiszta elemek/
• és
• 35,5 súlyozott átl.
• 75 25
• gyógyászat
• Radioaktív és nem radioaktív izotópok
• Pl. Au

43
(No Transcript)
44
(No Transcript)
45
(No Transcript)
46
(No Transcript)
47
Energia

• Eredete görög szó, munkát jelent (Arisztotelész)
• E m x v2 / E m x c2 / Joule kg x m2 x
  s-2
• Minden kémiai változás ENERGIA változással jár
• /Energiafajták / Termokémia/
• Koolaj, földgáz, koszén, atomenergia
• Megújuló energiaforrások (Nap Szél Víz
  Geotermikus energia --Bioenergia)

48
(No Transcript)
49
(No Transcript)
50
(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
(No Transcript)
53
(No Transcript)
54
Néhány anyag köznapi neve, képlete, és tudományos
neve
Égetett mész CaO Kalcium-oxid
Oltott mész, mésztej Ca(OH)2 Kalcium-hidroxid
Timsó KAl(SO4)2 Kálium-aluminium-szulfát
Dolomit CaMg(CO3)2 Kalcium-magnézium-karbonát
Pirit FeS2 Vas-szulfid
Hypo NaOCl Nátrium-hipoklorit
Mészko, márvány CaCO3 Kalcium-karbonát
Vízüveg Na2SiO3 Nátrium-szilikát
Szódabikarbóna NaHCO3 Nátrium-hirogén-karbonát
Fixirsó Na2S2O35H2O Nátrium-tioszulfát (kristályvizes)
55
Néhány anyag köznapi neve, képlete, és tudományos
neve
Választóvíz HNO3 Tömény salétromsav
Barnako MnO2 Mangán-dioxid
Chilei salétrom NaNO3 Nátrium-nitrát
Pétisó NH4NO3 Ammónium-nitrát
Szóda, sziksó Na2CO3 Nátrium-karbonát
Trisó Na3PO4 Nátrium-foszfát
Hamuzsír K2CO3 Kálium-karbonát
Gipsz CaSO4 Kalcium-szulfát
Keserusó MgSO47H2O Magnézium-szulfát (kristályvizes)
Glaubersó Na2SO4 Nátrium-szulfát
56
Néhány anyag köznapi neve, képlete, és tudományos
neve
Kálisó KCl Kálium-klorid
Kosó NaCl Nátrium-klorid
Ónko SnO2 Ón-dioxid
Rézgálic CuSO45H2O Réz-szulfát (kristályvizes)
Mohr-só Fe(NH4)2(SO4)26H2O Vas(II.)-ammónium-szulfát (kristályvizes)
Patina Cu(OH)22CO3 Bázisos réz-karbonát
57
(No Transcript)
58
(No Transcript)
59
(No Transcript)
60
Kémiai kötések összefoglalása

• Elsorendu és másodrendu kötések

61
1. Anyagi részecskék

• Atomok
• Ionok
• Molekulák
• Kémiai kötés Azonos vagy különbözo részecskék
  kölcsönhatása.

62
2. Kémiai kötések
1. Ionkötés Ionok Ionkristály Ionvegyület NaCl(NaCl-) 2. Kovalens kötés Molekulák Atomok Molekulakristály Atomkristály Nemfémes elem Vegyület O2, Cl2, I2 H2O 3. Fémes kötés Fémkristály Fémes elem Fe, Al
Delokalizált elektronok
-

Fém atomtörzsek (ionok)
-
-



-
-
-
-
-
-
-



-
-
-
-
63
3. Kémiai anyagok a.) Elemek

• Példák
• Cl Cl ? Cl-Cl Cl2
• O O ? OO O2
• N N ? N N N2
• Apolárismolekulák

64
3. Kémiai anyagok b.) Vegyületek

• Példák
• CO2?CO2 OCO
• 
  apoláris
• H2Cl2?2HCl H-Cl
• poláris
  (dipol)
• 2H2O2?2H2O O
• H H
  molekulák poláris (dipol)
• MgCl2?MgCl2 Ionok
• Mg2 2Cl-
• 1 2

-
-

-

65
Másodrendu kötések

• Van der Waals
• Hidrogén(híd)kötés

66
(No Transcript)
67
(No Transcript)
68
(No Transcript)
69
(No Transcript)
70
(No Transcript)
71

• Felhasznált irodalom
• Náray-Szabó Gábor Kémia (Akadémiai kiadó,
  Budapest, 2006.)
• BodonyiPitter Kémiai összefoglaló (Muszaki
  Könyvkiadó, Budapest, 1993.)
• Rózsahegyi MártaVajand Judit Kémia itt, kémia
  ott, kémia mindenhol! (Nemzeti Tankönyvkiadó,
  ELTE Eötvös Kiadó Budapest 1995.)
• GergelyErdodiVereb Általános és bioszervetlen
  kémia (Semmelweis Kiadó, 1997.)
• Dr.Kiss Attila Kémiai ismeretek (Oktatási
  segédanyag) EKF
• Papp SándorRalf Kümmer Környezeti kémia
  (Tankönykiadó Bp.1992.)
• Dr. Bodor Endre Szervetlen kémia I. (Veszprémi
  Egyetemi Kiadó, Veszprém, 1994.)
• Simándi Péter Alkalmazott kémia (Tessedik Sámuel
  Foiskola, Szarvas, 2003.)
• Megjegyzés A konzultáción megismert anyag egyéni
  feldolgozására bármilyen más kémiai jegyzet,
  tankönyv, kiadvány felhasználható.

72

• A konzultáción feldolgozott anyag
• A kémia tárgya, a kémia és a
  természettudományok, a kémia és a társadalom
  kapcsolata. Kémiai alapfogalmak. Sztöchiometria
  atom- és molekulatömeg, a kémiai anyagmennyiség
  fogalma mól, elemek, vegyületek jelölése. A
  kémiai reakciók, a kémiai változás paraméterei.
  Egyszeru sztöchiometriai számítási feladatok
  megoldása. Az atomok elektronszerkezete, az
  atommodellek. Az elemek periódusos rendszere.
  Molekulák képzodése, a kémiai kötések. Halmazok
  szerkezete.Halmazállapotok és változásaik. A víz
  fázisdiagramja. Oldatok, elegyek,
  koncentrációszámítás. Termokémia alapjai.
  Reakciósebesség. Homogén és heterogén
  egyensúlyok. Sav-, bázis egyensúlyok, pH. Redoxi
  reakciók. Standard potenciál. Galvánelemek.
  Elektrolízis. Kolloidok. Legfontosabb szerves
  kémiai vegyületcsoportok.
• A konzultáción bemutatott kísérletek
• A szén-dioxid üvegházhatásának szemléltetése
• CO2 fejleszto Kipp készülék
• A hidrogén eloállítása (Kipp k.), égése,
  surusége, oldhatósága,-durranógáz
• Oldhatósági kísérletek
• Extrakció (Megoszlás)
• Kolloid oldatok eloállítása
• Elektrolízis (H2, O2 kimutatása)
• Galvánelem készítése, Kapocsfeszültség,
  Elektromotoros ero
• Dr. Rácz László

73
Tantárgy neve Kémiai alapismeretek Tantárgy neve Kémiai alapismeretek Tantárgy neve Kémiai alapismeretek Tantárgy neve Kémiai alapismeretek Tantárgy neve Kémiai alapismeretek
Kredit 2 Félév 1 Heti óraszám 2 Óratípus Eloadás x Szeminárium