Pl.: Egy folyadékban feloldódó szilárd anyag által a környezetéből felvett energiának mérése. Vagy egy anyag elégetéséből származó energiának a mérése.

Tehát a testek belső energiájával foglalkozik, amit két féle képen tudunk megváltoztatni. Termikus kölcsönhatással vagy mechanikai kölcsönhatás útján. Így a változás mértékét a Q hőmennyiség vagy a W mechanikai munka adja meg. Az energia megmaradásának tétele szerint: A gáz belső energiájának megváltozása egyenlő a gázzal közölt Q hőmennyiség és a gázon végzett W mechanikai munka előjeles összegével. Vagyis belső energiaváltozás . Ezt nevezzük a termodinamika, magyarul a hőtan I. főtételének.

A hőmennyiséget a képlettel, a mechanikai munkát pedig állandó nyomáson a összefüggéssel kapjuk meg.

Azaz:

• Mechanikai munka = nyomás * térfogat változás
• Hőmennyiség = fajhő* tömeg * hőmérsékletváltozás

A testek közötti termikus energiacsere anyagi jellemzője a testek fajhője. A fajhő számértéke megadja, hogy mekkora Q hőközléssel vagy hőelvonással lehet az 1 kg tömegű test hőmérsékletét 1 Kelvinnel megváltoztatni. A fajhő értéke függ a testek anyagi minőségétől és halmazállapotától.

A gázok fajhője függ a testek közötti hőcsere módjától is. Ezért a gázoknál megkülönböztetünk állandó nyomáson mérhető , illetve állandó térfogaton mérhető fajhőt. Minden gáznál az állandó nyomáson mért fajhő nagyobb az állandó térfogaton mért fajhőnél. Ez azzal magyarázható, hogy a gázok állandó nyomáson nehezebben melegszenek fel, mint állandó térfogaton, mivel ekkor mechanikai munkavégzés is történik.

A hőtan II. főtétele a hőtani folyamatok irányát szabja meg. A termikus kölcsönhatások során mindig a melegebb test ad át energiát a hidegebb testnek. Az energiacsere folyamatának ez az iránya magától, külső beavatkozás nélkül nem megfordítható, irreverzibilis folyamat.

Az irreverzibilis hőtani folyamatok a részecskék rendezetlen mozgásával értelmezhetők. A második főtétel azt mondja ki, hogy a termikus folyamatoknak meghatározott iránya van. Mindig csak olyan irányban játszódnak le, hogy a folyamat eredményeként részecskék rendezetlen hőmozgása még rendezetlenebbé válik.

Ha létrejött az energiacsere termodinamikai egyensúly jön létre.

Termodinamikai egyensúly: Két vagy több rendszer akkor van egymással egyensúlyban, ha adott feltételek között a termodinamikai tulajdonságok (pl. nyomás, hőmérséklet és térfogat) azonosak és időben állandóak.

Egy hétköznapi példa a hőtan II főtételére, hogy a hűtőszekrényből hő megy át a környezetbe, tehát a hidegebb helyről a melegebb hely felé történik a hőátadás. Ez csak külső beavatkozás, azaz a kompresszor hozhatja létre, aminek ára van. (villanyszámla)

Termikus kölcsönhatások során megváltozhat a testek halmazállapota. A természetben a testek három: szilárd, folyékony és légnemű halmazállapotban fordulnak elő. Nagyon fontos, hogy halmazállapot-változás közben a testek hőmérséklete nem, de a belső energiájuk megváltozik. Minden halmazállapot-változás energiacserével jár együtt.

Energia felvétellel járó halmazállapot-változás az olvadás, a párolgás, a forrás és a szublimáció.

Energia leadással jár a lecsapódás és a fagyás.

Az olvadás (fagyás), illetve a forrás csak meghatározott, az anyagi minőségtől és a külső nyomástól függő hőmérsékleti ponton, az olvadásponton (fagyásponton), illetve a forrásponton következik be.

A párolgás, lecsapódás és a szublimáció minden hőmérsékleten végbemehet.

Az testek olvadásakor és forrásakor termikus módon felvett Q hőmennyiség egyenesen arányos a test tömegével. illetve

anyagi minőségre jellemző állandót, olvadáshőnek, állandót pedig forráshőnek nevezzük. Mértékegységük .

Kísérlet:

• Hőmérő
• Termosz+ ismeretlen tömegű meleg víz
• Edény

Határozzuk meg a meleg víz tömegét!

A meleg víz tömegét úgy határozhatjuk meg, hogy megmérjük a termoszban lévő víz hőmérsékletét. Utána tetszőleges mennyiségű vizet, pl. 100 ml-t töltünk az edénybe. Melynek hőmérsékletét és tömegét is feljegyezzük. 100 ml víz tömegét onnan tudjuk, hogy 1 liter = 1 kg, tehát 100g.

Az adatok felírása után a meleg víz tömegét két féle képen is kiszámolhatjuk.

1. módszer

• A hideg és a meleg víz termikus kölcsönhatásakor létrejön a közös hőmérséklet (írjuk fel), tehát hőcsere történik. A meleg hőt ad le, a hideg hőt vesz fel.
• Tehát felírhatjuk rá a következő egyenletet:
• 
• Arra kell figyelni, hogy a a közös hőmérséklet és a meleg víz hőmérsékletének a különbsége, illetve a a közös hőmérséklet és a hideg víz hőmérsékletének a különbsége.
• Majd a fajhővel egyszerűsítünk és akár g-ban is megadhatjuk a tömegét.

2. módszer

• A kalorimetria közös hőmérséklet képletével.
• Helyettesítsünk be mindent, majd egyszerűsítés és az egyenlet megoldása után ugyanaz azt az eredményt kapjuk.

Tudjuk, hogy a fématomok kevés számú vegyértékelektronja viszonylag kis enegiával kötődik az atommaghoz. A fématomokat tehát kis ionizációs energia jellemzi, ami a nemfémekhez viszonyított kisebb elektron vonzóképesség következménye. A fémkristályok képződésekor az egyes fématomok vegyértékelektronjai (vagy azok egy része) a többi atom
magjának vonzó hatása következtében közössé válnak, delokalizálódnak; kialakul a fémes kötés. A fémes kötéssel összekapcsolt fématomok alkotják a szilárd fémrácsot.

b, Milyen fémrács típusokat ismerünk?

• lapon középpontos kockarács; melyben a koordinációs szám: 12
• térben középpontos kockarács; melyben a koordinációs szám:8
• hatszöges v. hexagonális kockarács; melyben a koordinációs szám:12

c, Mi a koordinációs szám?

A koordinációs szám arról ad felvilágosítást, hogy a kristályrácsban egy atomnak hány közvetlen (legközelebbi) szomszédja van. A koordinációs számból a rács tömöttségére, térkitöltésére következtethetünk. Általában a fémes rácsban az atomok legszorosabb illeszkedése, legnagyobb térkitöltése valósul meg.

Mi határozza meg a fémek fizikai sajátosságait? Indokold!

A fémek fizikai sajátosságait a fématomok és a fémrács szerkezete határozza meg.

Hogyan változik az elektromos vezetőképesség hőmérsékletemelkedés hatására? Miért nevezzük a fémeket elsőrendű-vezetőknek?

Azért nevezzük elsőrendű vezetőknek a fémeket, mert bennük a elmozdulás töltéssel rendelkező részecske az elektron. A fémek elektromos vezető képessége hőmérséklet-emelkedés hatására csökken. A fématomok, illetve a delokalizált elektronok ugyanis a magasabb hőmérsékletre jellemző erőteljesebb, gyorsabb mozgásuk következtében gyakrabban ütköznek, ami akadályozza az elektronok rendezett mozgását, s így az áramvezetést.

Mitől függ a fémek sűrűsége? Ez alapján, hogy csoportosíthatók?

A fémeket sűrűségük szerint is megkülönböztetjük:

• könnyűfémek: az 5g/köbcentinél kisebb sűrűségű fémek;
• nehézfémek: az 5g/köbcentinél nagyobb sűrűségű fémek.

A legnagyobb sűrűségű fém az ozmium: 22,6 g/köbcenti, a legkisebb a lítium:0,53 g/köbcenti. A fémek sűrűségét atomjaik tömege, mérete, és a rácstípus határozza meg.

Mivel magyarázható a fémek megmunkálhatósága, alakíthatósága?

A fémek többsége az elektromosságot és a hőt jól vezeti. Tapasztalat szerint a fémek elektromos- és hővezető képessége párhuzamosan változik, a jó elektromos vezető fém egyben jó hővezető is.

Milyen anyagok az ötvözetek? Soroljunk fel néhány ismert ötvözetet, adjuk meg összetételüket!

A fémek nagy része olvadt állapotban egymásban oldódik; az olvadék lehűlve, a fémes jelleget megtartva kristályosodik, szilárdul meg, így jönnek létre az ötvözetek. Az ötvözetek sok esetben jobbak, mint a tiszta fémek. Pl. a krómmal ötvözött vas ellenáll a rozsdásodásnak, ha nikkelt is tartalmaz, akkor saválló. Az ötvözetek a nagyobb mennyiségű alapfémből és a kisebb mennyiségű ötvözőanyagból állnak. A legismertebb ötvözetek az acél, a sárgaréz (Zu+Zn) és a bronz (Cu+Sn).

Milyen kölcsönhatás lép fel két atom között?
Az atomok atommagjai kölcsönösen vonzzák az atomok elektronfelhőit.

Hogyan jön létre a kötőelektronpár?
Két atom, egy atompálya, amelyen ellentétes spinkvantumszámú elektronok tartózkodik, összeolvad.

Mit nevezünk kötő molekulapályának és mi jellemzi?
Olyan elektronpálya, amely két atom vonzása alatt áll és kéz db ellentétes spinkvantumszámú elekton alkotja.

Mit nevezünk kovalens kötésnek?
Amikor két atomot közös elektronpár(ok) kapcsolnak össze.

Miért jönnek létre atomokból molekulák?
Azért, mert molekulaként az atomok energia szintje jóval alacsonyabb.

Mikor beszélhetünk egyszeres ill. többszörös kötésről?
Egyszeresről, ha az atomokat egy elektronpálya, többszörösről, ha 2 vagy 3 elektronpálya kapcsolja össze.

Mit nevezünk kötő ill. nemkötő elektronpárnak?
Azokat az elektronokat, amelyek a kovalens kötésben (két atom összekapcsolódásában) nem vesznek részt.

Mit jelöl és hogyan az elektronszerkezeti képlet?
A kapcsolódó atomokat és a kötő ill. nemkötő elektronpárokat.

Mit nevezünk vegyértéknek és központi atomnak?
A molekulában az-az atom a központi atom, amelyhez a legtöbb atom kapcsolódik. Az atomhoz kapcsolódó elektronpárok száma.

Mit nevezünk kötési energiának?
Két atom közti kötésszétszakításhoz szükséges energia.

Milyen összefüggés van az atomok mérete, a kötéstávolság és a kötési energia között?
Minél nagyobb az atomok mérete, a kötéstávolság is annál nagyobb.

Mi jellemzi a σ és a Ï€ kötéseket?
Két atom között az első elektronpár által létrehozott kötés a legerősebb.

Hogyan változik a kötéstávolság és a kötési energia a kötések számának növekedésével?
Minél jobban nő, a kötési távolság annál kisebb és a kötési energia annál nagyobb lesz.

Mi határozza meg a molekulák térbeli felépülését?
A kötéstávolság, a kötésszög a kötő és nem kötő elektronpárok száma.

Mit nevezünk kötésszögnek?
A kapcsolódó elektronok által bezárt szög.

Hogyan helyezkednek el a kötő és nemkötő elektronpárok a molekulában?
Egymástól a lehető legtávolabb.

Milyen szerepe van a központi atom nemkötő elektronpárjának és a Ï€ kötésnek?
Módosítja a kötésszöget.

Mit értünk a molekulák polaritásán?
Azt a jelenséget, amikor a molekulák egyik része pozitív, a másik negatív töltésű.

Mi határozza meg a kémiai kötés polaritását és hogyan?
Ha nagyobb 0-nál.

Mi határozza meg a molekula polaritását két atomos molekula esetén?
A kötéspolarítás.

Mi határozza meg a molekula polaritását több atomos molekula esetén?
A kötéspolarítások nagyság és irány szerinti összege határozza meg.

Mikor lesz egy többatomos molekula poláris ill. apoláris
A kötéspolaritások nagyság és irány szerinti összege nem 0, apoláris 0.

Mi határozza meg és hogyan egy atomhoz kapcsolódó többi atom számát?
Az atomtörzs mérete, a vegyértékelektronok száma.

Hány elektronpár tartozhat maximálisan az atomokhoz az egyes periódusokban?
Az elsőben 1 a másodiknál 4 a többinél 5-9

Mit nevezünk delokalizált elektronoknak és delokalizált pályáknak?
Olyan elektronok, amelyek 2-nél több elektron vonzása alatt állnak.

Mi jellemzi a benzol molekula szerkezetét?
C6H6

Hogyan változtatják meg a delokalizált elektronok a σ kötés erősségét?
Kismértékben erősödik.

Mi jellemzi a CO3²Ë‰ ion szerkezet?
Három pár kötőelektronpár – hat elektron

Ha az atommal megfelelő mennyiségű energiát közlünk, akkor az atom legkönnyebben leszakítható elektronját az atommag vonzásából kiszakíthatjuk. Ekkor a semleges atomból pozitív töltésű ion (kation) képződik.

Az ionizációs energia azt fejezi ki, hogy mekkora energia szükséges ahhoz, hogy 1 mol alapállapotban levő szabad atomból, a legkönnyebben leszakítható elektront eltávolítsuk.

• Jele: Ei
• Mértékegysége: kj/mol

Sok semleges atom képes arra, hogy elektront vegyen fel, és stabilis negatív iont (anion) képezzen. Ennek a képességnek az elektronaffinitás a mértéke.

Az elektronaffinitás azt fejezi ki, hogy mekkora energia szükséges 1 mol gázhalmazállapotú negatív ionból a töltést okozó elektronok eltávolításához.

• Jele: Ea
• Mértékegysége: kj/mol

Az elektronegativitás a kötött atomok elektronvonzó képességét jellemzi. Az atomok elektronvonzó képességének nagy szerepe van abban, hogy az egyes atomokból milyen vegyületek keletkeznek

Az ionok méretét az ionsugárral jellemezzük. Értékét pikométerben adjuk meg. 1 pm = 10- 12 méter.

Molekulák képződése

Több atom összekapcsolódásával molekulák jönnek létre. A molekula képződés célja a nemesgáz-szerkezet elérése.

Két hidrogénatom összekapcsolódásakor kétféle elektromos kölcsönhatás lép fel.
Mindegyik atommag vonzást gyakorol a másik atom elektronjára. Az elektron felhők átfedik egymást. A két elektron kötést létesít, kötő elektronpárt hoz létre. Az atompályákból molekulapálya alakul ki. A pauli elv a molekulapályákra is érvényes, egy molekulapályán maximálisan két elektron lehet. A kötő elektronpár által létrehozott kötés a kovalens kötés.
Számolnunk kell az atommagok és az elektronok közötti taszítással is, ami a két atom közeledését megakadályozza. Meghatározott távolságban a vonzó és taszító hatások egyensúlyba kerülnek egymással, kialakul a stabilis hidrogén molekula.

Az elektronok megtalálási valószínűsége az atommagok közelében a legnagyobb, de jelentős a két atommag között is. Ha egy atompályán csak egy elektron van, párosítatlan elektronnak nevezzük, ha két elektron van egy atompályán, párosított elektronról beszélünk.

A kémiai reakció során vannak kötések, amelyek megszűnnek, más kötések pedig kialakulnak. Egy kötés felbontásához – vagy fellazításához energia szükséges. Az atomoknak azt a csoportját, amelyben a képződő és a megszűnő kötések együtt vannak, aktivált komplexumnak nevezzük.

Az aktiválási energia azt fejezi ki, hogy mekkora energia szükséges 1 mol aktivált komplexum keletkezéséhez.

A hőmérséklet emelésével megnő a reakciósebesség. A hőmérséklet emelésének hatása nem magyarázható csupán az ütközések számának növekedésével. Sokkal jelentősebb ennél, hogy a hőmérséklet emelésével megnő a nagyobb energiájú molekulák száma is.

A megfelelő katalizátor meggyorsítja a kémiai átalakulást anélkül, hogy a folyamat következtében maradandóan megváltozna. A katalizátor gyorsító hatása azzal magyarázható, hogy az átalakulás számára új, kisebb aktiválási energiájú reakcióutat nyit meg. Ugyanakkor a reakcióhőt nem befolyásolja.

Minden olyan reakciót, amelyben elektron leadás és elektronfelvétel történik, redoxi reakciónak nevezünk. Az elektronleadás és­ -felvétel egyidejűleg játszódik le. Oxidálószer az a részecske, amely elektront vesz fel, azaz egy másik részecskétől elveszi az elektront, tehát oxidálja azt. Redukálószer az a részecske, amely redukálni képes egy másik részecskét (elektront ad át neki). Azokat a kémiai folyamatokat, amelyekben az oxidációs szám változása történik, redoxi folyamatnak tekintjük. Ha a molekula egy atomja, vagy egy ion oxidációs száma a reakció során csökken, akkor redukálódik. Ha a molekula egy atomja vagy egy ion oxidációs száma a reakciók során növekszik, az az atom vagy ion oxidálódik.

Galvánelemek

A galvánelemek kémiai energiát alakítanak át elektromos energiává. Két elektródból és egy, vagy két elektrolit oldatból állnak. Az oldattal érintkező fémes vezetőket (fémek vagy grafit) elektródoknak nevezzük. Azt az elektródot, ahol redukció történik, katódnak nevezzük. Azt az elektródot, ahol oxidáció történik, anódnak nevezzük. A galván elemek esetén végbemenő kémiai reakció során az egyik fém redukálja a másik fém kationját.

Elektródpotenciál

Fémeknek azt az adatát, amely a redukálóképességük mértékét jellemzi oldatban, elektródpotenciálnak nevezzük. Az elektród potenciál értéke függ az elektród minőségétől, az elektródfolyamatban részt vevő ionok koncentrációjától, a hőmérséklettől. Minden fém standard elektródpotenciálját (EO) az a feszültségérték adja meg, amelyet a saját ionjainak 1 mol/dm3 koncentrációjú oldatába merülő fémlemez és a „standard” hidrogén elektród között mérnek 25 oC-on. A standardpotenciál táblázatból leolvasható az ion képzés hajlama, mégpedig minél kisebb egy elem standard potenciálja, annál szívesebben képez pozitív iont. Minél nagyobb egy elem standard potenciája annál szívesebben képez negatív iont.

Elektrolízis

Az elektrolízis során az elektronos energia kémiai energiává alakul. Az elektromos áram hatására végbemenő kémiai változást elektrolízisnek nevezzük. Egy áramkörben a katódon és anódon áthaladó töltés mennyiség egyenlő, ezért a katód és anód folyamatot ugyanannyi töltésmennyiségre kell felírni. Ez a töltés megmaradás törvénye. Az elektrolízis során mindig az a folyamat megy végbe, amelyhez kisebb energia szükséges. Ezt befolyásolja: az elektród anyaga, az oldatban lévő részecskék leválási potenciája és koncentrációja.

Az atommagot alkotó nukleonok tömegösszegének és az atommag tömegének a különbsége. A tapasztalat szerint az atommag tömege kisebb, mint a magot alkotó részecskék tömegének összege. A tömegdefektus az atom stabilitása mértékének tekinthető, ugyanis a tömeg energia ekvivalencia törvény értelmében a tömegdefektusnak megfelelő energiamennyiséget kell közölniük a maggal, hogy alkotórészeire bomoljon. A tömegdefektus egyenértékű a magnak nukleonokból való keletkezése alkalmával felszabadult energiával. Az atomenergia hasznosítása a atommag-átalakításnál a kiindulási és végtermékek tömegkülönbségének megfelelő magenergia hasznosítását jelenti.

Sugárzási törvény, mely az abszolút fekete test hőmérsékleti sugárzásának hullámhossz szerinti energiaeloszlását írja le. Abból az alapfeltevésből indul ki, hogy a termodinamikai egyensúly esetén egy üregben kialakult n frekvenciájú állóhullámok energiája csak hn egész számú többszöröse lehet. Az így nyert energiaeloszlás a tapasztalattal nagy pontossággal egyezik. A Planck-törvény volt az első fizikai törvény, amelynek levezetése során fel kellett tételezni, hogy az energia nem folytonos, hanem atomos szerkezetű. Ez a feltevés annyira újszerű volt, hogy maga Planck sem merte általánosítani.

Az atommag alkotórészeit összetartó erő. Rövid hatótávolságúak, s más erőtípusokkal nem azonosíthatók. A hatótávolságon belül levő nukleonok igen nagy erővel vonzzák egymást, ezért a mag stabilitása nagy. A magok kötési energiája nem a tömegszám négyzetével (A2), hanem csak A-val arányos. Jellegzetes tulajdonsága még, hogy függetlenek a nukleonok töltési állapotától.

A nagyobb atommagokban egy-egy nukleon csak szomszédainak nukleáris vonzását érzi, a távolabb lévőket nem, hiszen a nukleáris kölcsönhatás hatótávolsága kisebb a mag átmérőjénél. Így az atommag belsejében egy-egy nukleon nukleáris energiája független a mag összes nukleonjainak a számától. Az atommag felületének közelében egy-egy nukleont nem szimmetrikusan vesznek körül társai. A felületi nukleon b sugarú környezete részbe üres. Ezért a felületen lévő nukleonoknak nem olyan mély a nukleáris energiájuk, mint a belül lévőknek.