Általános kémia- reakciók

eredeti halmaz kötései felbomlanak, és új kémiai kötések kialakulásával új tulajdonságú anyagok keletkeznek

• a reagáló anyagok részecskéi ütközzenek
• a részecskék megfelelő energiával ütközzenek

az ütközéskor létrejövő, csak rövid ideig létező, magasabb energiaállapotban lévő részecskét

az az energiatöbblet, amely ahhoz szükséges, hogy 1 mol aktivált komplexum keletkezzen

a létrejövő és a megszűnő kötések egyszerre vannak jelen.

• sztöchiometriai
• ionegyenlet

a reakció lényegét emeli ki azzal, hogy csak a reakcióban részt vevő atomokat, ionokat, molekulákat tünteti fel

a kémiai folyamatok energiaváltozásának mennyiségi leírásával

• a vizsgált rendszer energiatartalma nő
• a környezetből energiát vesz fel
• a reakcióhő előjele pozitív

• a rendszer energiatartalma csökken
• a környezetnek energiát ad át a rendszer
• a reakcióhő értéke negatív

• az egyenletben feltüntetett minőségű, mennyiségű és állapotú anyagokra vonatkozó moláris energiaváltozás
• mértékegysége kJ/mol

• állandó nyomáson mért reakcióhő
• belsőenergia-változás + a környezet ellenében végzett térfogati munka

a reakcióhő csak a kiindulási anyagok és a termékek energiatartalmától függ, független a köztes állapotok számától és minőségétől, amellyel a kiindulási állapotból a végtermékekig jutottunk

• egy megfordítható reakcióban az oda- és visszaalakulás reakcióhője ellentétes előjellel ugyanaz az érték
• a reakcióhő értéke többféleképpen számítható, és mindegyik módon ugyanahhoz az eredményhez jutunk: kötési energiákból, képződéshőkből ill. körfolyamatokból

annak a reakciónak a reakcióhője, amelyben egy vegyület 1 mólja standard körülmények között stabilis állapotú elemeiből keletkezik

fiktív

a termékek együtthatókkal szorzott képződéshőinek összegéből kivonjuk a kiindulási anyagok együtthatókkal szorzott képződéshőinek az összegét

vegyjel, képlet mellett az anyagok halmazállapotát is

a reakciók sebességével

egységnyi térfogatban egységnyi idő alatt hány mol alakul át a kiindulási anyagok valamelyikéből, vagy hány mol keletkezik a termékek valamelyikéből



mértékegység:  

a különböző anyagok időegység alatt bekövetkező koncentrációváltozásával

• a reagáló anyagok minőségétől
• a reagáló anyagok koncentrációjától
• a hőmérséklettől
• a katalizátortól

• egyszerűbb esetekben egyenesen arányos a kiindulási anyagok koncentrációjának megfelelő hatványon vett szorzatával
• értéke minden reakcióra más és más
• kísérletileg kell meghatározni

• adott reakcióra
• adott katalizátor esetén
• adott hőmérsékleten

a reakciósebesség mindig nő a hőmérséklet emelésével

• a reakcióban részt vesznek
• végül változatlan állapotban maradnak vissza
• olyan reakcióutat nyitnak meg, amelynek az aktiválási energiája kisebb
• a reakcióhőt nem befolyásolják

• inhibitorok
• pl. a hidrogén-peroxid bomlását lassíthatjuk a kénsavval vagy foszforsavval

a kiindulási anyagoknál stabilisabb anyagok keletkeznek.

a kémiai folyamat termékei is reagálnak egymással

minden sav-bázis reakció

megfordítható bomlás

• amikor egy megfordítható folyamat ellentétes irányú reakciói azonos sebességgel mennek végbe
• mind a termékek, mind a kiindulási anyagok megtalálhatók a rendszerben, koncentrációjuk változatlan

a két reakciósebességi állandó hányadosa

egyensúlyban a termékek megfelelő hatványon vett egyensúlyi koncentrációinak szorzata, osztva a kiindulási anyagok megfelelő hatványon vett egyensúlyi koncentrációinak szorzatával, egy adott hőmérsékleten állandó érték (K)

csak a külső körülményektől (p, T), független a koncentrációk értékeitől

egy dinamikus egyensúlyban lévő kémiai rendszer megzavarásakor annak a folyamatnak lesz nagyobb a sebessége, amely a zavaró hatást csökkenteni igyekszik (=legkisebb kényszer elve)

• megváltozik az át- és visszaalakulás sebessége
• annak a folyamatnak lesz nagyobb a sebessége, amely a hozzáadott anyag koncentrációját csökkenteni igyekszik

• nem változik
• a reakciósebességek értéke változik, de a belőlük képzett tört értéke változatlan marad

ha a rendszer hőmérsékletét növeljük, az endoterm, ha csökkentjük, az exoterm irányba tolódik el az egyensúly

értéke megváltozik

nem befolyásolják, mind az oda-, mind a visszaalakulást meggyorsítják az  lecsökkentésével

a sztöchiometriaiszám-változással járó reakciókban a nyomás növelése a térfogatcsökkenésnek, a nyomás csökkentése a térfogatnövekedésnek kedvez

proton (hidrogénion) átadásával járó folyamat

• energiaváltozás szerint: exoterm - endoterm
• fázisok száma szerint: homogén - heterogén (az anyagok azonos fázisban vannak-e?)
• reakció sebessége szerint: (pillanatszerű - mérhető idő alatt végbemenő - végtelen lassú)
• a reakcióban részt vevő anyagok száma szerint: egyesülés (addíció, polimerizáció) - bomlás (disszociáció, elimináció)
• részecskeátmenet szerint: sav-bázis - redoxi

• csapadékképződés
• komplexképződés
• gázfejlődés

• a vízben látszólag oldhatatlan csapadékok is kismértékben oldódnak  egyensúlyi állapot a csapadék és a fölötte lévő oldat között
• az oldhatósági szorzat (L) az oldatban mérhető ionkoncentrációk szorzata, pl. 
•  reakció esetén:
• 
• L értéke függ a hőmérséklettől

a csapadék feloldódik.

• savak: azok a vegyületek, amelyek az oldatok hidrogénion-koncentrációját növelik
• bázisok: azok a vegyületek, amelyek az oldatok hidroxidion-koncentrációját növelik

• savak: protont adnak le
• bázisok: protont vesznek fel

• a Brönsted-féle fogalom magában foglalja az arrheniusi savakt és bázisokat, de annál széleskörűbben értelmezhető:
• ionok is rendelkezhetnek sav-bázis tulajdonsággal
• nemcsak vizes oldatban értelmezhetők a sav-bázis reakciók

a vízhez viszonyítva savak

• protonfelvételre- és leadásra is képes
• ilyen a víz, hidrogéntartalmú összetett anionok, néhány szerves vegyület (imidazol, aminosavak)

• híg vizes oldatban gyakorlatilag teljesen disszociálnak
• protont adnak át a vízmolekulának
• K értéke nagy
• ilyen savak: 

• híg vizes oldatban sem disszociálnak teljesen
• a protonátadás a víznek egyensúlyi folyamat
• a disszociációfok  a hígítással még híg oldatban is nagymértékben nő
• ilyen savak: 

a savállandóval

annál gyengébb savról van szó.

alkálifém-hidroxidok és kalcium-, stroncium-, bárium-hidroxid

ammónia, aminok, rosszul disszociáló hidroxidok

a sav- ill. bázisállandók értéke egyre csökken

Egy vegyület molekulái egymással sav-bázis reakcióba lépnek, a reakció egyensúlyra vezető folyamat

• az oxóniumionok és hidroxidionok egyensúlyi koncentrációinak szorzata állandó, ha a hőmérséklet állandó.
•  
• 25 °C-on: 

az oldat oxóniumion-koncentrációjának negatív, 10-es alapú logaritmusa

• 
•   (25 °C-on)

• gyenge savban ill. bázisban az átalakulás mértéke
• = c (disszociált) / c (bemérési)

• ha egy c koncentrációjú, egyértékű, gyenge sav oldatában  a disszociált molekulák koncentrációja, akkor:
• 

• hőmérséklettől
• koncentrációtól

• lakmusz
• metilnarancs
• fenolftalein
• univerzál

• savas kémhatás piros
• semleges kémhatás ibolyaszínű
• lúgos kémhatás kék

• savas, semleges kémhatás színtelen
• lúgos kémhatás lilásvörös

• savas kémhatás: piros
• semleges kémhatás: vöröshagymahéj-színű
• lúgos kémhatás: sárga

savak és bázisok egymással való reakciója

az oxóniumionok és a hidroxidionok reagálnak egymással

ha a közömbösítés semleges kémhatást eredményez

erős savak és bázisok sztöchiometrikus reakciója esetén

az a folyamat, amelyben a vízmolekula protont ad át a só anionjának, vagy protont vesz fel a só kationjától

amelyeknek legalább az egyik ionja gyenge bázis kationja vagy gyenge sav anionja.

a sót képező sav és bázis disszociációs állandójából


pl.  vizes oldata gyengén savas kémhatású, mert

 

kationok: 

anionok:  (hidratáció)

kationok: 

anionok:  (hidratálódnak és vízzel reagálnak)

kationok: 

anionok: 

amelyekben oxidációsszám-változás történik

kémiai energiának elektromos energiává való átalakítására alkalmas berendezés

• 2 elektród
• az elektródok elektrolitjai érintkeznek egymással sóhídon vagy diafragmán keresztül

• fém és a fém ionjait tartalmazó oldat
• hidrogénion-tartalmú oldat és a belemerülő indifferens fémen adszorbeált hidrogéngáz
• általánosan: egy elem oxidált és redukált alakját tartalmazó rendszer, mely oldatot, és a vele érintkező, fémes vezetőben folytatódó fázist tartamaz

• a katódon redukció, anódon oxidáció történik
• a galvánelemben a katód a +, az anód a - pólus
• a két elektród közötti fémes vezetőben folyhat az áram
• az áramkör zárását a két elektrolitoldat érintkezése biztosítja (diafragma)

• megakadályozza az oldatok összekeveredését
• az ionok diffúziója révén biztosítja a töltéskiegyenlítődést

a két elektród közötti maximális feszültség, amit akkor mérhetünk, ha a galvánelemen keresztül nem folyik át áram

a két elektródpotenciál

annak a galvánelemnek az elektromotoros ereje, melynek egyik elektródja a vizsgált, másik a standard hidrogénelektród

• az anyagi minőségtől
• az ionkoncentrációtól
• a hőmérséklettől
• gázelektródok esetén a nyomástól

képes redukálni a nagyobb standardpotenciálú fém oldatban lévő ionjait

• az aktiválásienergia-gátakról, melyek megakadályozhatják a folyamat tényleges végbemenetelét 
• pl. a negatív standardpotenciálú ólom sem kénsavoldatban, sem sósavban nem oldható fel.

melyeknek standardpotenciálja negatív

a negatív standardpotenciálú fémek is kén-dioxid és nitrózus gázok képződése közben oldódnak (kivéve azok a fémek, melyek felületét a tömény, oxidáló hatású savak passzíválják, pl. a tiszta vas és az alumínium)

Na, K, Ca, Mg, Al

elektromos áram hatására az elektrolitok oldata vagy olvadéka és az elektród határfelületén lejátszódó kémiai reakciót

ami kevesebb energiát igényel.

az elektrolízis során az elektródokon levált anyag tömege egyenesen arányos a cellán áthaladt töltésmennyiséggel

elektrokémiai egyenérték



   (1 mol z töltésű ion leválasztásához zF töltés szükséges)

1 mol z töltésű ion semlegesítéséhez  96500z C töltés szükséges  (= az elektrolízishez szükséges töltés egyenesen arányos az elektrolizálandó anyag mennyiségével és töltésével)

• katódon pezsgés, lúgos kémhatás
• 

• anódon pezsgés, savas kémhatás
• 

az eredeti oldat töménysége nő

• katódon szürke bevonat
• 

• anódon pezsgés
• 

eredeti oldat töménysége csökken

• katódon pezsgés, lúgos kémhatás
• 

• anódon pezsgés
• 

eredeti oldat töménysége csökken

• katódon nem látható változás, a nátrium feloldódik a higanyban
• 

• anódon pezsgés
• 

eredeti oldat töménysége csökken

• katódon rézkiválás
• 

• anód elfogy (ha réz)
• 

eredeti oldat töménysége nem változik