Általános kémia I-II.

Tartalom

Első kötet
1. A kémiai a lapfogalmak át tekintése
1.1. Az atom és az egyszerű ion.
Atommag, elektronburok. Rendszám, tömegszám. Elem, nuklid.
Elektronhéj, elektronpálya. Kation, anion 2
1.2. Atomhalmazok.
Kovalens kötés. Elektronpár-delokalizáció. Dativ kötés. Molekula, összetett ion. Atomcsoport. Gyök. Kristályos polimer.
Atomrácsos kristály. Fémes kötés. Kristálypályák. Ionos kötés.
Koordinációs szám. Polarizált kovalens kötés 4
1. 3. A vegyérték fogalmának változásai.
A vegyérték a kémia klasszikus korszakában. Kovalens vegyérték, Töltésszám. Oxidációs szám és megállapításának szabályai.
Redoxi folyamatok definíciója. Diszproporció, szinproporció 10
1.4. A képletirás szabályai és hagyományai.
A tapasztalati képlet. Az elemi entitás fogalma. Az entitás állapotának a jelölése. Szerkezeti képlet. Gyökcsoportos képlet.
Komplexek és jelölésük, A ligandum fogalma. Addiciós vegyületek képlete. Az izomorf helyettesitők jelölése. 14
1. 5. Rendszerek és folyamatok.
A rendszer fogalma. Heterogén és homogén rendszer. A fázis
fogalma. A határfelület problémája. A kolloid rendszer és mérethatárai. Valamely anyag azonossága különböző állapotokban.
Állapotváltozás, mint más anyaggá való átalakulás. Elemi állapot. Allotrópia, Halmazállapot-változások. Reakciók osztályozása különböző szempontok alapján. Disszociáció. Savak, bázisok.
Amfotéria. Protolitikus reakciók. Transzferens reakciók. A sav
és a bázis fogalma Brönsted illetve Lewis szerint. 19
1.6. A sztöchiometriai egyenlet jelentése és alkalmazása.
A sztöchiometriai egyenlet jelentése és általános alakja.
Sztöchiometriai szám, Redoxi folyamatok egyenlete. Müveletek
a sztöchiometriai egyenletekkel 30
1.7. Tulajdonságok. Mennyiségek, mértékegységek.
Fizikai mennyiségek fogalma. Összehasonlithatóság. Mennyiségfajta. Mértékegység, mérőszám. Sí alap- és kiegészitő egységek. Koherens mértékegység-rendszer. Dimenzió. Aránymennyiségek. Extenziv és intenziv mennyiségek. Fajlagos mennyiségek. 35
1. 8. A mérés néhány elvi kérdése.
Mérőeszközök. Kalibráció. A mérés pontossága. Rendszeres és
véletlen hiba. Középérték, várható érték. Szórás, standard deviáció. Statisztikai biztonság. A méréseredmények számszerű
közlése. Táblázat, interpoláció. Grafikonok szerkesztése. 47
1. 9. Az anyagmennyiség és a vele összefüggő fogalmak.
Az anyagmennyiség fogalmának előtörténete. Avogadro-állandó.
Anyagmennyiség-koncentráció, Molalitás, Moláris mennyiségek.
Gázok moláris térfogata és az állapotjelzőktől való függése.
Parciális nyomás. Gázok moláris tömegének meghatározása.
Moláris tömeg meghatározása fagyáspontcsökkenés és forráspont-emelkedés alapján. Atomok moláris tömegének a meghatározása. Dulong-Petit-szabály. Relativ atomtömeg. 61
1.10. Sztöchiometriai összefüggések és számitások. Sztöchiometrikus vegyületek összetételének a számitása. Reakciók sztöchiometriája. A reakcióextenzitás fogalma. Moláris mennyiségek szerepe a sztöchiometriai számításokban. Számitások arány pár okkal. Számitások reakcióextenzitás-változásokkal. Összetett reakciók leirása lineárisan független egyenletekkel és reakcióextenzitás-változásokkal. Összetett reakciók
sztöchiometriája 73
2. Folyamatok energetikája és sebessége 86
2.1. A hő és a belső energia fogalma, energetikai megmaradási
tételek,
A belső energia és a hő fogalmának kialakulása. A hasznos és
a térfogati munka. Entalpia. Hőkapacitás. A termokémia főtétele. Az energiamegmaradás törvénye 87
2. 2. Termokémiai fogalmak és összefüggéseik.
A reakcióhő definiciója. Képzödéshő. A referenciaállapot problémája. Összefüggés a reakcióhő és a képződéshők között.
Folyamathők 96
2.3. Kapcsolatok erősségét jellemző energiafogalmak.
Ionizációs energia. Elektronaffinitás. Atomizációs energia.
Kötésenergia, kötésfelszakitási energia. Rácsenergia.
Hidratációenergia. Körfolyamatok. 109
2.4. A hőmozgás energiája.
Kinetikus gázelmélet. Egy szabadsági fokra jutó transzlációs
kinetikus energia. Ekvipartició tétele. Gázmolekulák sebességeloszlása egy és három szabadsági fokon. Barometrikus formula. Egyszerű molekulák rezgései. A forgómozgás energiája.
Impulzusmomentum 120
2. 5. Diszkrét energiaértékekről.
A hőmérsékleti sugárzás és a Planck-féle formula. Kvantumhipotézis. Fényelektromos hatás. Fotonhipotézis. A hidrogénatom
spektruma. Balmer formulája. Bohr-féle atommodell. Rezgési
és forgási energianivók. Energiaeloszlás rezgési nivókon. 134
2.6. Reakciósebességi alapfogalmak és empirikus összefüggések.
A reakciósebesség, mint a reakcióextenzitás idő szerinti
deriváltja. B anyag képződési és koncentrációnövekedési sebessége. A térfogattal osztott reakciósebesség. Reakciósebességi
törvény. Reakciósebességi állandó. A felülettel osztott reakció-
sebesség. A reakciósebességi állandó hőfokfüggése.
Arrhenius-féle egyenlet. Aktiválási energia és akciókonstans.
Aktivált komplexum 146
2.7. A reakciőkinetika alapjai.
Elemi reakció. Az elemi reakció molekularitása. A reakciómechanizmus fogalma. Konszekutív reakciók. Láncreakció.
Fotokémiai reakció. Katalizis. Párhuzamos reakciók. Nukleofil
és elektrofil szubsztitúció. Egyensúlyra vezető folyamatok. ... 154
2. 8. Elemi reakciók főbb mozzanatai.
Ütközési elmélet. Valószínűségi faktor. Potenciálfelület.
Nyeregpont, reakciókoordináta. Az aktivált komplexum szerkezete. Az unimolekulás reakció értelmezése 168
2. 9. Néhány összetett reakció mechanizmusa.
A HBr szintézise. Az acetaldehid termikus bomlása és a bomlás katalizálása jóddal. A kontakt katalizis részfolyamatai 178
2.10. Transzportfolyamatok.
A fluxus fogalma. Hővezetés. Elektromos vezetés. Diffúzió.
Vezetési együttható. Az impulzus transzportja. Viszkozitás.
Hagen-Poisseuille-egyenlet. Termoelem. Oldatok konduktivitása.
A disszociációfok és meghatározása. 186
3. Dinamikus egyensúlyok és megzavarásuk 195
3.1. A kémiai egyensúly dinamikus jellege és a tömeghatás törvénye.
A dinamikus egyensúly időbeli megközelítése és elérése. Az
egymással ellentétes irányú folyamatok sebességének egyenlősége, mint az egyensúly feltétele. Egyensúlyi állandó. Az egyensúly eltolódása. A tömeghatás törvénye. Összetett reakciók egyensúlya. 196
3.2. Az egyensúlyi állandó hőfokfüggése.
Az egyensúlyi állandó és a sebességi állandók hőfokfüggésének
kapcsolata. Van't Hoff-egyenlet. Aktiválási entalpia. Összetett
reakciók egyensúlyi állandójának hőfokfüggése.
A Le Chatelier-elv 205
3. 3. Egyensúlyok hig elektrolitoldatokban.
Aktivitás és aktivitási együttható. A viz mint oldószer. A viz
ionszorzata. Savak disszociációs egyensúlya. Egyensúly az
ammónia oldatában. Komplex ionok stabilitási állandója. Akvakomplexek és hidroxokomplexek kölcsönös átalakulásának egyensúlya. Vizes oldatok kémhatása. A pH Sörensen-féle és műveleti definíciója. Pufferoldatok. . 212
3.4. Heterogén egyensúlyok egykomponensü rendszerekben.
A fizikai-kémiai komponens fogalma. Párolgási egyensúly.
Clapeyron-Clausius-egyenlet. A közvetett egyensúly elve. Az
olvadáspont nyomásfüggése. A viz fázisdiagramja. Stabilis és
metastabilis állapot. Tulhütés. A gócképzodés sebessége.
Kristálynövekedési sebesség. Polimorf átalakulás. Adszorpció
egyensúlya . 225
3. 5. Fázisegyensúlyok kétkomponensű rendszerekben.
Oldatok. Oldhatóság és hőfokfüggése. Telitett és telítetlen oldat.
Fagyáspontcsökkenés. Henry-törvény. Folyadékok elegy ithetősége. Folyadékéi egyek tenziója. Likvidusz- és vaporgörbe. Folyadékelegyek forráspontja. Azeotrop elegy. Vizgőz-desztilláció.
Az olvadáspont összetételfüggése. Eutektikus hőmérséklet és
összetétel. Intermetellikus vegyület. Elegykristály. Gibbs-féle
fázisszabály. 237
3.6. Heterogén kémiai egyensúlyok.
Szén és szén-dioxid reakciójának egyensúlya. Termikus bomlások egyensúlya. Oldékonysági szorzat. loncsere-egyensuly. Katalizált és autokatalizált heterogén reakciók egyensúlya.
Egyirányú reakciók és fázisátalakulások 258
3. 7. Elektrődreakciók és egyensulyuk.
Galváni-potenciálkülönbség. Kettős réteg. Fémionok kiválásának
és oldódásának potenciálfiiggése. Standard-hidrogénelektród.
Elektródpotenciál, Nernst-féle képlet és levezetése a dinamikus
egyensúly elve alapján. Átlépési faktor. Elektródreakciók kinetikája 268
3. 8. Galváncellák működése.
Folyamatok a Daniell-elemben áramtermelés közben. Elektromotoros erő. A cellareakció egyensúlyi állandója. Koncentrációs elem. A kalomelelektród és használata. A pH mérése.
Helyi elem 283
3.9. Elektrolízis.
Bomlásfeszültség. Elektrokémiai polarizáció. Túlfeszültség.
Csereáram-sürüség. Vizes oldatok elektrolízise. Akkumulátorok. 295

Második kötet
4. Atomok és elemi részecskék 309
4.1. Az atom történeti fogalma
A görög tudomány születése. Az ősanyag problémája.
Phitagóreusok. Demokritosz és követői. Arisztótelész elemtana.
Újkori nézetek az elemekről és az atomról. Lavoisier elemtana
és Dalton atomelmélete. Avogadro tétele. Az elektron és a radioaktivitás felfedezése. A Bohr-féle és a hullámmechanikai
atommodell 311

4.2. A foton és az elektron tulajdonságainak összevetése
A foton energiája, tömege, impulzusa és a fény sebessége vákuumban. A foton impulzusmomentuma és spinkvantumszáma. Az
elektron nyugalmi és relativisztikus tömege. Az elektron töltése.
Az elektronsugár hullámhossza és interferenciája. A hullámjelenségek statisztikus értelmezése 323

4.3. Elektron az atomban
A mechanikai és az anyaghullám összehasonlítása. Csomópontok,
csomóvonalak és csomófelületek. Az alapállapotu hidrogénatom
leirása. Az elektronsűrűség és a radiális elektronsűrűség fogalma. A hidrogénatom energiája; az elektron főkvantumszáma. A
mellék- és mágneses kvantumszám jelentése. Korlátozó összefüggések a kvantumszámok között. Pauli-elv. Pályaenergia és
pályaionizációs energia. Atomi mértékegységek 331

4.4. Az állóhullámok általános jellemzésétől egy speciális
Schrödinger-egyenletip
Az állóhullámok differenciálegyenlete. Próbálkozás a de Broglie-féle hullámhosszal. A stacionárius Schrödinger-egyenlet. Az
egyenletnek a hidrogénatomra vonatkozó általános megoldása; radiális és szögfüggés. A kvantumszámok mint paraméterek.
Normaiftsl faktor 344

4.5. A hidrogénatom elektronpályái
Az s-pályák függvénye és alakjuk ábrázolása. A hengerszimmetrikus s-pályák. A degenerált pályák lineáris kombinációja. Az ortogonalitás fogalma. Komplex és valós d-pályák. A hidrogénatom
pályáinak áttekintése a zérushelyek száma és alakja szerint. ... 351

4.6. Az atomok elektronkonfigurációja
Felépülési elv. Hund-szabály. Effektiv megtöltésszám és számítása. Betöltetlen belső héjak értelmezése. Alhéjak kontrakciója.
A félig és a teljesen telitett alhéjak stabilitása. A külső héjak jelentősége az atomok tulajdonságaiban. Periodicitás a külső héjak
szerkezetében. Periódikus rendszerek 367

4.7. Az atom színképe
Balmer-formula. A frekvencia-elv. A term fogalma. Nagyobb
rendszámú atomok spektruma. Kiválasztási szabályok. Belső kvantumszám, A spinmomentumok és a pályamomentumok kölcsönhatása. A maximális multiplicitás elve. Karakterisztikus röntgensugárzás. Az elemek rendszámának meghatározása 387

4. 8. Az atommag szerkezete, ismertebb elemi részecskék
Nukleonok, magerők és Coulomb-erők. Az atommag cseppmodellje és héjmodelje. A nukleonok kvantumszámai. Instabilis atommagok, radioaktivitás. Atommagreakciók. Antirészecskék. Szétsugárzás. Magfúzió. Elemi részecskék rendszerezése nyugalmi
tömegük alapján. Leptonok, mezonok, barionok. Lepton- és bariontöltés. Izospin és vetülete. Ritkaság. Fermionok és bozonok. 395

4.9. A határozatlansági relációk problémája és más elvi kérdések
A számitott és a kisérleti radiális elektronsűrűség összevetése.
A helymeghatározás problémája gondolatkísérletben, Heisenberg-féle összefüggés a hely- és az impulzus meghatározásának bizonytalanságára. Kapcsolat az energia és az idő bizonytalansága
között. Az elektronhoz rendelhető hullámcsomag és annak változása kölcsönhatáskor. Az amplltudófüggvény valószínűségi értelmezése. 409

4.10. A hullámmechanikai atommodell elméleti alaplairól
Az operátor fogalma és a Schrödlnger-egyenlet. Az impulzus és
a helykoordináta operátora. Hamilton-operátor. Az axiomatikus
kvantumelméletről. Az 1., 2., 3., 4. és 5. posztulátum példákkal 415

5. A molekulák szerkezete és tulajdonságai 421
5.1. A molekulák geometriai jellemzése
Kötéshossz és kötésszög. Az atomok kovalens sugara. A molekulák szimmetriatulajdonságai. Szimmetriaelem és szimmetriamüvelet. Szimmetriasik. Szimmetriatengelyek: a különböző fogásu girek.
Tükrözéses giroidok. Inverziós centrum. Szabályos testek. A pontcsoport fogalma. A molekulák pontcsoportjának megállapítása. . . . 422

5.2. A molekulapálya-elmélet szemléleti alapjai
A molekulapálya mint az atomok kölcsönhatásának eredménye.
Ortogonalitás vizsgálata; átfedési integrál. Két hidrogénatom kölcsönhatása. Kötő- és lazitó pálya. Alapállapotu és gerjesztett molekula. Heteronukleáris kapcsolat. Egy hidrogén- és egy bóratom
kapcsolódása. A hibridizáció értelmezése. Nemkötő pálya 436

5. 3. Kétatomos molekulák elektronszerkezete
A pályák ortogonalitásának feltétele hengerszimmetrikus térben. A 10 legkisebb rendszámú elem kétatomos molekulájának
elektronszerkezete. A peroxid- és a szuperoxidion elektronszerkezete. A CO- és a NO-molekula elektronszerkezte 448

5.4 Szimmetriapályák és kombinációik
A berillium-hidrid-molekula alakja, 8ii|ítimetriapályái és molekulapályi. A vizmolekula kötö-, nemkötő- és lazító pályái. Azonos szlmmetrlaszpecieszbe való tartozás, mint a pályák kombinációjának feltétele. Degenerált atomi, szimmetria- és molekulapályák.
Metilkation és ammóniamolekula pályái. A metánmolekulapályái.
Molekulapályák oktaéderes komplexekben 460

5.5. Lokalizált és delokalizált pályák
Lokalizált pályák képzése kanonikus pályák kombinációjával, lokalizált pályák és a klasszikus vegyérték kapcsolata. A nem lokalizálható és a delokalizált pályák azonossága, pí-pályák a benzol, a kén-dioxid és a butadién molekulájában 478

5.6. Molekulák elektromos és mágneses tulajdonságai
Coulomb-erö és az elektromos térerősség. A dielektromos polarizáció és a relatív permittivitás fogalma. Elektronios szuszceptibilitás. Polarizálhatóság. Mólpolarizáció, mólrefrakció. Mágnesezettség és a mágneses indukció vektora. Mágneses szuszceptibllitás.
Dia- és paramágneses anyagok. Relativ permeabilitás. Bohr-magneton 490

5. 7. Molekuláris anyagok optikai jellemzői és spektroszkópiája
Optikai aktivitás. Fajlagos forgatóképesség. Abszorbancia, abszorpciós koefficiens. Forgási kvantumszám, forgási átmenetek. Harmonikus oszcillátor. Rezgési kvantumszám. Infravörös és Raman-szinkép. Normálrezgések 497

5.8. Kötések polaritása és orinetációja
A heteronukleáris kötés erőssége és polaritása. Az elektronegativitás fogalma Pauling, Mulliken Valamint Allred és Rochbw szerint.
Geometriai modell a kötésirányok tárgyalásához. A kötő- és magános elektronpárok és a páratlan elektronok számának szerepe a
kötésszögek meghatározásában. Eltérések az idealizált szerkezetektől 513

5.9 . Kötéselméletek áttekintése
Az affinitás jelentésváltozásai. Kisérletek a kémiai erőnek més erőkkel való azonositására. Berzelius dualisztikus elmélete. Arrhenius disszociációs elmélete. Ionok felfedezése kristályokban. Oktettelmélet. Kovalens kötés. Poláris kötés, ionok polarizációja. Komplex vegyületek összetétele és Werner által felismert szerkezete. Ligandumtér-elmélet és fejlődése. Heitler és London munkája: a kvantumelmélet megszületése. Hibridizáció. Elektronpár-teszitás elmélet. A merevgömb-modell. A molekulageometria elvei. Molekulapálya-elmélet. Ab inito számitás. A kvantumkémiai számitások jövője. 553

5.10 Molekulák kölcsönhatásai
Eltérések az ideális gázok törvényétől. Keesom-, Debey- és London-erők. Lennard-Jones féle összefüggés. Hidrogénkötés. A hidrogén-difluorid-ion molekulapályái. A diboránmolekula szerkezete. Az elektronsürüség változása a metánmolekula és hidridion kölcsönhatása miatt 553

6. Kondenzált fázisok szerkezete és tulajdonságai 565

6.1 Molekulák kristályokban és folyadékokban
Gömbszimmetrikus molekulák legszorosabb illeszkedése. A cseppfolyós argon szerkezete. Kétatomos molekulák szabad forgása a kristályrácsban. Normális paraffinok és zsirsavak királyszerkezete. Hidrogénkötés hidrogén-fluoridban, ammóniában és vizben. Klaszterek. A bórsav szerkezete. 567

A kristályrács fogalma és szimmetriái
Pontrács mint absztrakció eredménye. Lineáris rács, sikrács és térrács. A kristályrács. A kristályrács vektoregyenlete. Az elemi cella fogalma. Rácsállandók. Bravaos-cellák. A rács bázisa. Transzlációs szimmetria. A kristályrácsok további szimmetriaelemei: girek, inverziós giroidok, csavartengelyek, tükörsikok és csuszósikok. Miller és Bravais-indexek. Kristályrendszerek, kristáyosztályok és tércsoportok. Kristályformák és kombinációik 578

6.3. lonrácsos vegyületek
Az Ionok mérete és koordinációs száma közötti kapcsolatok. Nátrium-klorid és cézium-klorid rácsa. Titán-dioxid és kalcium-fluorid szerkezete. Az alumínium-oxid szerkezete. Kalcium-acetilid, kalcium-karbonát és kálium-[hexakloroplatinát(IV)] kristályrácsa.
Frenkel- és Schottky-féle hibák. lonrácsos vegyületek tulajdonságai. Ionos és más fajta kötések közötti átmenetek kristályokban. 603

6.4. Atomok kapcsolódása kristályrácsokban
A fémes kötés szabadelektron-modelljének kritikája. Anyaghullám
kontans potenciálú zárt térben. Móduszok; kristálypályák. Energiaszintek, Fermi-nivó. Bloch modellje. A molekulapálya-módszer
átvitele kristályokra. A gyémánt energiasávjai. Vegyértéksáv, tiltott sáv és vezetési sáv. Fémek, félvezetők és szigetelők jellemzése. n- és p-tlpusu vezetés valamint sajátvezetés 618

6.5. Atom- és rétegrácsok, atomláncok kristályokban
A gyémánt rácsszerkezete, és kötésének értelmezése kristály- ill.
lokalizált pályákkal. Kristályok keménysége. Gyémánt tipusu szerkezetek. A szfalerit és a wurtzit kristályrácsa és ilyen tipusu
szerkezetek. A szilicium-dioxid két módosulata, Cu2O tipusu rács.
NaCl tipusu atomrácsos vegyületek. Rétegrácsos szerkezetű elemek
és vegyületek. A higany(U)-oxid és berillium-diklorid szerkezete. 627

6.6. A fémek szerkezete
A fémek elhatárolása a többi elemtől. Tipikus fémszerkezetek. A
gallium, higany és az ón kristályszerkezete. Ötvözetek tipusai.
Fémek elegykristályai. Intermetallikus vegyületek. Intersticiális
fázisok. A vas-szén rendszer fázisdiagramja. Az anyag polikristályos szerkezete. Egykristály. Diszlokációk. Ferromágnesség. 642

6.7. Az anyag részlegesen rendezett és amorf állapotai
Folyadékokban és olvadékokban előforduló poliéderek. A NaCl-KCl
és a Cu-Au rendszer fázisdiagramja. Ezüst-[tetrajodo-merkurát(II)]
és nátrium-cianid polimorf átalakulása. Folyadékkristályok és főbb
típusaik, üveges szerkezet. Szerves polimérek. Pollmerizáció, polikondenzáció és poliaddició 657

6.8. Folyadékéi egyek és oldatok szerkezete
Összetételfluktuációk folyadékelegyekben. Vízzel képezett elegyek
szerkezete. Klatrátvegyületek. Elegyek és oldatok felületi feszültsége. Tenzidek. Elektrolitoldatok. A hidrátburok szerkezete és
mérete. Oldatbeli ionok kölcsönhatása. lonatmoszféra. A hig és a
tömény elektrolitoldat szerkezete. lonpárok oldatokban. Az ammónia autoprotolizise. Szolvatált elektron 677

6.9. Szolok, kolloid oldatok, gélek
Kolloid és kvázikolloid diszperz rendszerek. Szuszpenzió és emulzió. Emulgeátor. Emulziók átcsapása. Diszperz részecskék ionadszorpciója. Koagulálás. Peptizáció. Makromolekulás anyagok kolloid oldata. Dialízis. Ozmózis nyomás. Asszociációs kolloidok.
Koherens rendszerek. Llogélek és előállításuk. Xerogél 692

Témakörök