1

I. Atomszerkezeti ismeretek (9. Mozaik Tankönyv:10-30. oldal)

1. Részletezze az atom felépítését!

Válasz:

Az atom az anyagok legkisebb, kémiai módszerekkel tovább már nem bontható része. Az atomok

atommagból és elektronfelhőből álló részecskék. Jelölésük vegyjellel történik. Az atomokat felépítő

protonokat, neutronokat, elektronokat elemi részecskéknek nevezzük. (p+, n

0, e

-)

Tényleges töltésük és tömegük helyett egymáshoz viszonyított relatív értékeket használunk.

A protont és a neutront egységnyi tömegűnek vesszük, az elektronok tömege elhanyagolhatóan kicsi.

Az atommag töltése pozitív, az elektronokat elektromos vonzóerő tartja az atommag környezetében.

Az atomban a protonok és elektronok száma mindig egyenlő, az atom elektromosan semleges.

A protonokat és a neutronokat nukleonoknak nevezzük.

Az elemi részecskéket nagy magerők tartják össze.

A protonok száma egyenlő a rendszámmal. A protonok és neutronok számának az összege a

tömegszám.

Az azonos rendszámú, de eltérő tömegszámú atomok az izotópok. Az izotópok fizikai tulajdonságai

kismértében eltérőek, kémiai tulajdonságaik azonosak.

Az atom tényleges tömege helyett is relatív atomtömeget használunk, ami azt fejezi ki, hogy az atom

tömege hányszor nagyobb, mint a 12-es tömegszámú szénizotóp tömegének egytizenketted része.

Az anyagmennyiség mértékegysége a mol.

1 mol annak a rendszernek az anyagmennyisége, amely annyi részecskét tartalmaz, mint ahány atom

van 12 g 12-es tömegszámú szénben. Bármely elem relatív atomtömegnyi grammjában 6x1023

db atom

van NA= 6x1023

1/mol (Avogadro-állandó).

Moláris tömeg (M) = 1 mol anyag tömege (g/mol)

2. Részletezze az elektronburok szerkezetét!

Válasz:

Az elektronszerkezetet meghatározza:

az atommag és az elektronok közötti vonzás,

az elektronok közötti taszítás,

az elektronok mozgása,

az energiaminimumra törekvés elve.

Tartózkodási valószínűség:

kiszámítható, hogy az elektron egy adott helyen milyen valószínűséggel található meg.

Atompálya:

az a térrész, ahol az elektronok 90%-os valószínűséggel találhatók meg.

Pályaenergia:

a pályaenergia akkor szabadul fel, ha az elektron a magtól igen nagy távolságból az adott

atompályára lép. (kJ/mol)

A pályaenergia függ:

a pálya méretétől (minél messzebb van az atommagtól, annál nagyobb),

a pálya alakjától (minél bonyolultabb, annál nagyobb).

A közel azonos méretű atompályákon mozgó elektronok elektronhéjat alkotnak.

Az atom alapállapota:

az elektronok a lehető legkisebb energiájú atompályákon vannak.

Gerjesztett állapot:

energia befektetésével az elektronok távolabb kerülnek az atommagtól, ez az állapot nem

stabilis. A gerjesztés megszűnte után az atom alapállapotba jut, miközben a felvett energiát

kisugározza.

2

Egy elektron négy kvantumszámmal jellemezhető.

Főkvantumszám:

az elektron atommagtól való átlagos távolságát jellemzi. Az atomok egyes elektronjainak energiáját

elsősorban ez szabja meg. n= 1, 2, 3, …

Az azonos főkvantumszámú atompályák elektronhéjat alkotnak. K héj n=1, L héj n=2, M héj n=3,

N héj n=4

Mellékkvantumszám:

az atompálya térbeli alakját jellemzi. Jele: l l= 0, 1, 2, 3,…s,p,d,f Adott héjon belül az

azonos mellékkvantumszámú pályák alhéjakat képeznek.

Mágneses kvantumszám:

Az atompálya térbeli irányát adja meg. Jele: m Értéke: -l-től +l-ig pl. l = 0 m = 0

l = 1 m = -1 0 +1

Spinkvantumszám:

Az elektron mágneses sajátságaira ad felvilágosítást. Jele: ms Értéke: +1/2, vagy – ½

Pauli-elv:

Kimondja, hogy egy atomban nem lehet két olyan elektron, amelynek mind a négy adata

(kvantumszáma) megegyezik.

Egy atompályán legfeljebb két (ellentétes spinű, mágneses sajátságú) elektron tartózkodhat.

Hund-szabály:

Egy alhéjon adott számú elektron úgy helyezkedik el, hogy közülük minél több párosítatlan (azonos

spinű) legyen. (Ez azt jelenti, hogy pl. a p-alhéjon három vagy ennél kevesebb elektron egy-egy

atompályán egyesével (azonos spinnel) szerepel.)

A Hund-szabályban is az energiaminimum elve érvényesül: az azonos spinű elektronok

energiaállapota kedvezőbb, ha külön pályákon helyezkednek el.

A kémiai reakciókban a külső elektronhéj és a belső, telítetlen alhéjak elektronjai vesznek részt.

Ezeket az elektronokat vegyértékelektronoknak nevezzük.

Az atomtörzs az atommagból és azokból az elektronokból áll, amelyek nem tekinthetők

vegyértékelektronoknak.

3. Hogyan épülnek ki az elektronhéjak?

Válasz:

A periódusos törvényt Mengyelejev orosz tudós ismerte fel: az elemeket növekvő atomtömegük

sorrendjében írta fel.

A periódusos rendszerben az elemek atomjai a növekvő protonszám (rendszám) szerint következnek

egymás után.

A függőleges oszlopok csoportok, a sorok periódusok.

A főcsoportokban a vegyértékelektronok száma és elrendeződése azonos, a periódus száma

megegyezik az atom legkülső héjának főkvantumszámával.

I.A és II.A főcsoport: belépő elektron s-pályára lép (s-mező elemei)

III.A – VIII.A belépő elektronok p-pályára kerülnek (p-mező elemei)

III.B – II.B mellékcsoportoknál az elektronok d-pályára kerülnek (d-mező elemei)

Azok a csoportok tartoznak egy mezőbe, amelynek más periódusban, de ugyanaz az alhéj telítődik.

Egy csoportba tartozó elemek hasonló tulajdonságúak a hasonló vegyértékelektron-szerkezet miatt.

Minden periódus nemesgázatommal zárul VIII:A. A nyolc külső elektronos szerkezetet

nemesgázszerkezetnek nevezzük. A nemesgázszerkezet a legstabilabb, legkisebb energiájú

elrendeződés, ezért az atomok hasonló elektronszerkezet elérésére törekszenek.

3

II. Kémiai kötések, anyagi halmazok (9. Mozaik Tankönyv:32 - 45. oldal)

4. Milyen elsőrendű kötéseket ismerünk?

Válasz:

A fémes, a kovalens és az ionos kötést elsőrendű kötésnek nevezzük.

A fémes kötés

A fématomok kevés számú vegyértékelektronja az atommagtól viszonylag távol van. Ha sok fématom

kerül egymáshoz közel, akkor a fématomok leadják a vegyértékelektronjaikat.

Így pozitív töltésű fématomtörzsek és delokalizált (helyhez nem kötött) elektronrendszer jön létre.

A pozitív töltésű fématomtörzsek és a delokalizált elektronok közötti vonzást fémes kötésnek

nevezzük.

A fémes kötéssel összekapcsolt fématomtörzsek halmaza a fémrács.

A fémek jól vezetik az elektromos áramot, mert szabadon elmozdulni képes töltéssel rendelkező

részecskéket tartalmaznak. Az elektromos vezetés a hőmérséklet növekedésével csökken, mert a

rácspontokban lévő részecskék rezgésének tágassága megnő, ami zavarja az elektronok szabad

mozgását.

A kovalens kötés

A közös elektronpárral kialakított kapcsolat a kovalens kötés.

A kovalens kötés kialakulásakor a vegyértékelektronok az atompályákról molekulapályára lépnek. A

molekulapályák az atompályák átfedése útján jönnek létre.

A kötő és a nemkötő elektronpárok is a kötést létesítő atomok vegyértékelektronjait tartalmazzák.

A molekulapálya az a térrész a molekulában, ahol az elektronpár 90 %-os valószínűséggel

tartózkodik.

Azt a kötést, amelyben a kötő elektronpár elektronsűrűsége a kötés tengelye mentén a legnagyobb, σ

(szigma) - kötésnek nevezzük.

Azt a kötést, amelyben a kötő elektronpár elektronsűrűsége a kötés tengelyére merőlegesen a

legnagyobb, π (pí) – kötésnek nevezzük.

Az egyszeres kötés mindig σ – kötés.

A kettős kötés közül az egyik mindig σ – kötés, a másik π – kötés. A hármas kötés közül az egyik

mindig σ – kötés, a másik kettő π – kötés, melyeknek síkjai merőlegesek egymásra.

A kovalens kötések jellemzői a kötési energia, a kötéshossz és a kötésszög.

Egy mol molekulában két atom közötti kötés felszakításához szükséges energiát kötési energiának

nevezzük. (kJ/mol, előjele pozitív) A π – kötés felbontásához kevesebb energia szükséges, mint a σ –

kötés felbontásához.

A kötést létesítő atomok magjai közötti távolság a kötéshossz.

A kapcsolódó atomok kötései által bezárt szög a kötésszög.

Az olyan kovalens kötést, amelyben egy atom adja a kötő elektronpárt, datív kötésnek nevezzük. (pl.

szénmonoxid)

Egy adott molekulában az egy atomhoz tartozó kötő elektronpárok számát az atom kovalens

vegyértékének nevezzük.

A H-atom mindig 1 vegyértékű, pl. a kén többféle vegyértékkel képes kötéseket kialakítani.

5. Mitől függ a molekulák térbeli alakja?

Válasz:

A kötő és nemkötő elektronpárok igyekeznek úgy elrendeződni, hogy egymástól a lehető legtávolabb

helyezkedjenek el, és a rendelkezésre álló legnagyobb teret foglalják el.

Két azonos atom kapcsolódásánál:

a kötő és nemkötő elektronpárok térbeli elhelyezkedése szimmetrikus, a kötés és a molekula is

apoláris.

4

Két különböző atom kapcsolódásánál:

a kötőpár elektroneloszlása nem szimmetrikus, a kovalens kötés és a molekula is poláris.

Két atomos molekulák:

pl. O2, N2, HCl mindig lineárisak.

Többatomos molekulák:

Van központi atom, ami a legnagyobb vegyértékű atom. A téralkatot a σ – kötéssel kapcsolódó atomok

(ligandumok) és a központi atom nemkötő elektronpárjainak száma határozza meg.

BeCl2 (két kötő elektronpár) lineáris molekula 1800

BF3 (három kötő elektronpár) síkháromszög 1200

CH4 (négy kötő elektronpár) tetraéderes szerkezet 109,50

NH3 (egy nemkötő elektronpár) háromszög alapú piramis 107,30

H2O (két nem kötő elektronpár) V alakú molekula 1050

C2H4 etén molekula síkmolekula. Egy szénatom három σ és egy π – kötést létesít.

A molekula polaritását a kötéspolaritás és a molekula alakja együttesen határozza meg. pl. a

szimmetria miatt a CH4 apoláris.

Többatomos molekulák esetén, ha a kötés poláris, a molekula lehet apoláris vagy dipólus.

6. Hogyan képződnek ionok az atomokból? Jellemezze az ionkötést!

Válasz:

Az atomok elektromosan semlegesek, bennük a protonok és elektronok száma megegyezik.

Az alapállapotú atomban az elektronok a legkisebb energiájú pályákon helyezkednek el.

Az alapállapotú atom gerjeszthető, az elektronok az atommagtól egyre távolabb kerülnek, magasabb

energiaszintre lépnek. Ekkor az atom gerjesztett állapotban van.

Ha az elektron leszakad a magról pozitív töltésű ion: kation keletkezik.

Azt az energiát, amely 1 mol szabad állapotú atom legkönnyebben leszakíthat elektronjának

eltávolításához szükséges, ionizációs energiának nevezzük. (Ei . kJ/mol, pozitív előjelű)

Az első elektron leszakításához szükséges energiát első, a másodikhoz szükségeset második

ionizációs energiának nevezzük. A második ionizációs energia mindig nagyobb, mint az első.

Az alkáli fémekből egyszeres, az alkáliföldfémekből kétszeres, a földfémekből háromszoros pozitív

töltésű ion képződik.

Az Ei a csoporton belül lefelé csökken, mert a külső elektron egyre távolabb van a magtól, a

perióduson belül balról jobbra nő, mert növekszik a magvonzás a rendszám növekedésével.

A kation sugara kisebb, mint az atomé, amelyből keletkezett.

Az atomokból elektronfelvétellel negatív töltésű ionok, anionok képződnek. Ez általában energia-

felszabadulással jár.

Azt az energiát, amely akkor szabadul fel vagy nyelődik el, ha 1 mol alapállapotú szabad atomból

egyszeresen negatív töltésű ion képződik, elektronaffinitásnak nevezzük. (Ea, kJ/mol, előjele lehet

pozitív és negatív is)

A természetben a VII. és a VI. főcsoport elemei alakulnak át anionokká. Az első elektron felvétele

során energia szabadul fel, a második elektront már csak energia befektetéssel lehet a részecskére

„juttatni”.

Ionvegyületek keletkeznek: kis elektronegativitású fémek és nagy elektronegativitású nemfémek

reakciójából.

Az ellentétes töltésű ionok közötti elektrosztatikus vonzást ionkötésnek nevezzük. Az ionkötés

erősségét az ionrács-energiával jellemezzük, ami 1 mol kristályos anyag szabad ionokra bontásához

szükséges energia. (ΔEr, kJ/mol, előjele pozitív)

5

7. Milyen másodrendű kötéseket ismer? Jellemezze azokat!

Válasz:

A molekulák között fellépő gyenge kölcsönhatásokat másodrendű (intermolekuláris)

kötéseknek nevezzük.

A) Diszperziós kölcsönhatás:

Az eredetileg apoláris molekulákban átmeneti dipólusság jön létre, ami pillanatnyi

elektrosztatikus vonzást jelent. A diszperziós kölcsönhatás a leggyengébb másodrendű kötés.

A molekula méretének növekedésével a diszperziós kölcsönhatás egyre nagyobb

felületen alakulhat ki, ezért a molekulák egyre nagyobb erővel kötődnek egymáshoz.

(A bróm folyékony, a jód szilárd.)

A molekulák közötti diszperziós kölcsönhatás nagyobb, ha a kapcsolódó atomoknak

sok elektronjuk van. Így pl. két szén-tetraklorid CCl4 molekula között erősebb a

vonzás, mint két metán CH4 molekula között. (A metán gáz, a szén-tetraklorid

cseppfolyós.)

B) Dipólus-dipólus kölcsönhatás:

Az aszimmetrikus töltéseloszlással rendelkező dipólusmolekulák között dipólus-dipólus

kölcsönhatás lép fel.

Az egyik molekula pozitív pólusa vonzza a másik molekula negatív pólusát. A dipólusok így

láncokká, halmazokká rendeződnek. A hidrogén-kloridnak ezért viszonylag magas a

forráspontja, és emiatt könnyen cseppfolyósítható.

C) Hidrogénkötés:

A vízmolekula H2O tömege és mérete kisebb, mint a dihidrogén-szulfidé, ennek ellenére

cseppfolyós, míg a H2S gáz. Ez bizonyítja azt, hogy van benne egy erősebb másodrendű kötés,

mint a dipólus-dipólus kölcsönhatás.

A víz molekulában a hidrogénatom két oxigénatomhoz kapcsolódik. Az egyikhez kovalens

kötéssel, a másikhoz sokkal gyengébb másodrendű kötéssel.

A molekulák között a hidrogénatom és egy másik atom nemkötő elektronpárja révén létrejött

másodrendű kötést hidrogénkötésnek nevezzük.

A másodrendű kötések közül a hidrogénkötés a legerősebb.

A hidrogénkötés olyan molekulák között alakulhat ki, melyekben a hidrogénatom nagy

elektronegativitású, nemkötő elektronpárt is tartalmazó atomhoz (O, F, N) kapcsolódik.

8. Hogyan csoportosítjuk az anyagi halmazokat? (Tankönyv: 46-71. oldal)

Válasz:

A szabad szemmel látható, mérhető anyagmennyiség igen sok atomból, molekulából vagy ionból épül

fel. A sok részecskéből álló anyagokat anyagi halmazoknak nevezzük.

Az anyagi halmazok tulajdonságait a halmazalkotók szerkezete és a köztük kialakuló kölcsönhatások

erőssége határozza meg.

A halmazok állapotát külső körülmények: a hőmérséklet, a nyomás és a térfogat is befolyásolják.

Ezeket a tényezőket állapothatározóknak nevezzük.

Az anyagok az állapothatározóktól függően gáz-, folyadék és szilárd halmazállapotúak lehetnek.

Ismert még a plazmaállapot is.

A plazma nagymértékben ionizált gáz, amely elektronokat, pozitív ionokat és semleges részecskéket

(atomokat, molekulákat) tartalmaz. Több millió 0C fölött a plazma csupán atommagokból és szabad

elektronokból áll. Becslések szerint a világegyetem 99 %-a plazmaállapotban van.

A vizsgált anyag halmazállapotát adott hőmérsékletre és nyomásra kell vonatkoztatni. Vonatkoztatási

alap a standardállapot: 25 0C hőmérséklet és 0,1 MPa nyomás.

6

9. Jellemezze a szilárd halmazállapotot!

Válasz:

A szilárd anyagok alakja és térfogata is állandó, mert az atomok, ionok vagy molekulák között

működő vonzóerők lényegesen nagyobbak, mint pl. a folyadékokban.

Ha a részecskék elhelyezkedése rendezett, az anyag kristályos, ha rendezetlen, esetleg csak kis

körzetekben rendezett, akkor az anyag amorf (alaktalan).

A kristályos anyagokban a részecskék a tér minden irányában szabályos rendben helyezkednek el,

térrácsot alkotnak. A kristályokat síklapok határolják.

A rácsot alkotó részecskék egyensúlyi helyzetük körül rezgőmozgást végeznek. A rezgések sebessége

és a kitérés tágassága függ a hőmérséklettől. Ha részecskék kiszakadnak a rácsból, akkor a szilárd

anyag megolvad.

A kristályos anyagok adott hőmérsékleten, az olvadásponton olvadnak meg.

Az amorf szilárd anyagok nem vesznek fel kristályalakot. Erősen torzult szerkezettel rendelkeznek az

üvegszerű anyagok (pl. opál, achát). Nincs meghatározott olvadáspontjuk, először lágyulnak, majd

fokozatosan mennek át a folyékony halmazállapotba.

10. Jellemezze az atomrácsot és a fémrácsot!

Válasz:

A) Atomrács

A kristályok rácspontjaiban atomok helyezkednek el, amelyeket meghatározott számú, irányított,

kovalens (σ) kötés kapcsol össze. Ennek következtében kemények, a hőt és az elektromosságot nem,

vagy gyengén vezetik. Az olvadáspontjuk magas, sem vízben, sem szerves oldószerben nem

oldódnak.

Atomrácsos kristályú elemek: szén gyémánt formában, Si, Ge, B

Vegyületek: kvarc SiO2 , ZnS

Gyémánt: minden szén atomhoz négy másik szénatom kapcsolódik σ- kötéssel, tetraéderes, térhálós

atomrácsban a kötésszög 109,50. A legkeményebb természetes anyag, olvadáspontja magas 3500

0C

B) Fémrács

Rácspontjaiban pozitív töltésű fématomtörzsek vannak, amelyeket a hozzájuk közösen tartozó

delokalizált elektronok kötnek össze. A fémes kötés nem irányított, az elektronok a rácspontok között

viszonylag szabadon mozognak.

A fémek jól vezetik az elektromos áramot és a hőt.

A fémrács delokalizált elektronjai bármilyen hullámhosszú sugárzással gerjeszthetők, ezért a fémek

átlátszatlanok és általában szürke színűek (kivéve a réz és az arany).

A fizikai tulajdonságok függnek:

a rácsban lévő tömegpontok méretétől,

közöttük működő erők nagyságától,

az illeszkedés szorosságától

Rácstípusok:

lapon középpontos kockarács (pl.: Au, Ag, Cu) (legjobban megmunkálhatóak)

térben középpontos kockarács (Pl.: Na, K, Cr) (egy része lágy Na, egy része kemény Cr)

hatszöges rács (Pl.: Mg, Ni, Zn) (ridegek, nehezen megmunkálhatóak)

A fémek általában rugalmasak, megmunkálhatóak, húzásra a rácspontok elcsúszhatnak. A fémelegyek

megszilárdulásával keletkeznek az ötvözetek.

Sűrűségük alapján: könnyűfémek (5 g/cm3 alatt) Na, Al

nehézfémek (5 g/cm3 felett) Fe, Cu, Pb

7

11. Jellemezze a molekularácsot és az ionrácsot!

Válasz:

Molekularács

A molekularácsos kristályok rácspontjaiban molekulák helyezkednek el. A molekulákat gyenge,

másodlagos kötőerők tartják össze.

Keménységük kicsi, olvadás- és forráspontjuk alacsony. A részecskék illeszkedése laza, térkitöltésük

csekély. Az elektromos áramot sem kristályos, sem olvadt állapotban nem vezetik.

A molekulák között működő kötőerők mértéke attól függ, hogy a rácsban apoláris vagy dipólusos

molekulák kapcsolódnak össze. Apoláris molekulák esetében csak igen alacsony hőmérsékleten

képesek kristályossá válni (Pl. H2, O2, N2)

A molekulák méretének növekedésével nő a polarizálhatóságuk, a diszperziós kötések erősödnek.

Hidrogénkötések kialakulásával az olvadáspont értéke nő.

Az apoláris jód és kén nem oldódik poláris oldószerekben, csak apolárisakban.

Grafit szerkezete:

rétegen belül három σ kötés (atomrács),

negyedik elektron delokalizált a rétegek között (fémes kötés) (vezeti az áramot)

a rétegeket másodlagos kötőerők tartják össze (molekularácsra jellemző).

A σ kötés miatt magas az olvadáspontja, a síkok egymáson könnyen elcsúsznak.

Ionrács

Az ionrácsos kristályokban a rácspontokban elhelyezkedő pozitív és negatív töltésű ionokat

elektromos kölcsönhatás, az ionkötés tartja össze.

Általában kemények, olvadáspontjuk magas.

Az ionok helyhez kötöttek, az elektromos áramot nem vezetik. Olvadékuk és oldatuk vezető. Az

ionkristályok többsége vízben jól oldódik.

A rácspontokban összetett ionok is lehetnek: pl. CaCO3 – ban a Ca2+

és a CO32-

ionok

Az ionvegyületek képlete az ionok számarányát fejezi ki, az ionkristályok nem mutatnak kifelé töltést.

Az ionkristályos anyagok ridegek, törékenyek: a rácssíkok eltolódásakor az azonos töltésű ionok

kerülhetnek egymáshoz közel, nagy a taszítás közöttük.

12. Jellemezze a gázok tulajdonságait! (Tankönyv: 46. oldal)

Válasz:

A rendelkezésükre álló teret betöltik, nincs állandó alakjuk és térfogatuk. A gázok molekulái saját

méretükhöz képest nagy távolságra vannak egymástól, közöttük nincs számottevő kölcsönhatás. a

molekulák állandó rendezetlen mozgásban vannak, gyakran ütköznek egymással és az edény falával.

Ütközésük rugalmas, a hőmérséklet emelkedésével a molekulák sebessége nő.

A diffúzió sebessége adott hőmérsékleten a molekulák tömegétől függ. A legmozgékonyabb a

legkisebb tömegű hidrogénmolekula.

Hűtéskor lelassul a molekulák mozgása, majd a gáz cseppfolyósodik. A gázok könnyen

összenyomhatók.

Avogadro törvénye:

Az elemi gázok kétatomos molekulákból állnak.

Az azonos nyomású és hőmérsékletű gázok egyenlő térfogatában – az anyagi minőségtől

függetlenül – azonos számú molekula van.

A gázok azonos számú molekulája azonos hőmérsékleten és nyomáson egyenlő térfogatot töltenek be.

n= 1 mol NA= 6*1023

Vm= V/n (moláris térfogat) dm3/mol

A gázok moláris térfogata az anyagi minőségtől független, csak a hőmérséklettől és a nyomástól

függ.

Állapot Moláris térfogat (dm3/mol)

standard (25 0C; 0,1 MPa nyomás) 24,5

szobahőmérséklet (20 0C; 0,1 MPa nyomás) 24

normál (0 0C; 0,1 MPa nyomás) 22,41

8

10. I (intenzív) 4. beszámolójának anyaga:

5 – 12. pont