Telített szénhidrogének (Saturated hydrocarbons)

Telített szénhidrogének

A telített nyílt láncú szénvegyületeket az érvényes nevezéktan szerint alkánoknak nevezzük. Hagyományosan paraffinoknak nevezték őket.

Alkánok

A növekvő szénatomszámmal fokozatosan növekszik a forráspont értéke. Az olvadáspont is emelkedik a szénatomszámmal. Az alkánok apoláris molekulák vízben nem oldódnak. Oldódásuk csak apoláris oldószerben várható, a cseppfolyós alkánok (benzin) oldják a szilárd halmazállapotúakat.

Kémiai sajátosságaik: Elegendő levegő jelenlétében szén-dioxiddá és vízzé égnek el. A reakció mindig exoterm – hőtermelő – éppen ezért használják energiatermelésre.

Hőbontás: A szénhidrogének kötései magasabb hőmérsékleten felhasadnak, ezeket a kémiai változásokat iparilag is kihasználják.

Krakkolás: A krakkolás enyhe hőbontási folyamatot jelent, amikor nagyobb szénatomszámú szénhidrogének szénláncából „letörnek”, és így rövidebb szénláncú szénhidrogéneket nyernek.

Szubsztitúiós reakció: A szusztitúció olyan kémiai folyamat, amelynek során a kiindulási molekula egy vagy több hidrogén atomját más atomra cserélik ki.

Cikloalkánok: A telített (csak egyszeres kötést tartalmazó) gyűrűs szénhidrogéneket cikloalkánoknak nevezzük. A cikloalkánok is homológ sort alkotnak, amelynek általános összegképlete: CnH2n. Elnevezésük az alkánokéhoz hasonló, csak a megfelelő szénatomszámú név elé a „ciklo” szót tesszük. Fizikai és kémiai tulajdonságaik nagyon hasonlítanak a nekik megfelelő szénatomszámú alkánok tulajdonságaihoz.

Metán CH4: A metán a legegyszerűbb szénhidrogén. A metán színtelen, szagtalan gáz. Apoláris szerkezetéből következően vízben nem, apoláris oldószerekben oldódik. Magasabb hőmérsékleten többféle kémiai reakcióban vesz részt, és jelentős, mint vegyipari alapanyag. Energiatermelésre nagy égéshője miatt alkalmas CH4+2O2®CO2+2H2O. Standard állapotban nem reagál az oxigénnel, de levegővel elegyedve már szikrának a hatására is robban.

Szobahőmérsékleten a klór nem reagál a metánnal, de ultraibolya fénnyel megvilágítva vagy 400-500 C°-ra felmelegítve a reakció megindul, és katalizátor nélkül végbemegy. Klórozása iparilag is fontos szubsztitúciós reakció CH2CL2+CL2®CHCL3+HCL (kloroform). A metán hőbontása, levegőtől elzárt hevítést jelent. CH4®C+2H2 (gumigyártás).

Előfordulás: A földgáz legnagyobb mennyiségben metánt tartalmaz, ma gyakorlatilag a földgázból nyerik.

Felhasználás: Energiaforrás, vegyipari alapanyag.

Telített szénhidrogének (alkánok, parafinnok)

A telített szénhidrogének alkothatnak elágazás nélküli láncot (nyílt szénhidrogének), elágazást tartalmazó láncot és gyűrűvé (zárt) is záródhatnak. Az alábbiak elsősorban az elágazás nélküli, nyílt szénhidrogénekre vonatkoznak.

Elnevezés: az alkánok neve mindig -án szótagra végződik.

1. Sorold fel az első tíz alkánt, ad meg szerkezeti- és összegképletüket!

2. Ismételd át, hogyan alakul ki a kovalens kötés!

Fizikai tulajdonságaik: a nyílt láncú, elágazás nélküli, telített szénhidrogének apolárisak. A butánig gáz, az oktadekánig folyadék, a magasabb szénatomszámúak szilárd halmazállapotúak.

Kémiai tulajdonságaik: elektronszerkezetük nagyon kiegyensúlyozott, sem elektronhiányuk, sem elektromfeleslegük nincs a molekulán belül. Ennek megfelelően nem túl reakcióképes vegyületek.

A metán ultraibolya fény hatására reagál halogénekkel. Egyik hidrogénjét halogénre cseréli.

CH₄ + Cl₂ = CH₃Cl + HCl

A kémiai átalakulás neve: szubsztitúció. Az olyan kémiai átalakulásokat, amelyek eredményeként a kiindulási molekula egyik atomja vagy atomcsoportja más atomra vagy atomcsoportra cserélődik ki szubsztitúciónak nevezzük.

Meggyújtva a levegő oxigénjével tökéletes égés mellett reagálnak. A reakció neve: oxidáció.

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

A paraffinok vízben gyakorlatilag nem oldódnak.

Előfordulásuk: földgáz, kőolaj

Felhasználásuk: energiaforrások

Érdemes meglátogatnod az alábbi oktatási oldalakat!

Metán, telített szénhidrogének.

Kiegészítés:* a szénláncok elágazásokat, oldalláncokat is tartalmazhatnak. Tulajdonságaik megismerése előtt szükséges a csoport fogalmának megismerése, amely így hangzik: a mulekula általunk tetszőlegesen körülhatárolt egy-egy részlete. Ha a csoport csak egy hidrogénatommal tartalmaz kevesebbet, mint egy alkánmolekula, akkor úgy nevezzük el, hogy az azonos szénatomszámú alkán nevének -án végződését -il végződéssel helyettesítjük. Pl: metil-csoport -CH₃.

Két vagy három szénatom csak egyféleképpen kapcsolódhat lánccá, négy szénatom kapcsolódására azonban már két lehetőség van. Az azonos összegképletű, de különböző szerkezetű molekulákat egymás konstitúciós izomerjeinek nevezzük. (A molekulát felépítő atomok kapcsolódási sorrendjét a molekula konstitúciójának nevezzük.) Nézzük meg a jelenséget a bután példáján! Ha nem ágazik el a szénlánc a vegyület neve: bután, ha közepén van egy elágazás izomerje a butánnak, elnevezése: izobután.

Balra bután, jobbra izobután.

Abban az esetben, ha a szénlánc gyűrűvé záródik a szénhidrogénlánc neve elé illesztjük a ciklo szócskát. Pl.: ciklopropán, ciklobután... A képen a ciklohexán látható. Sok olyan természetes és mesterséges vegyületet ismerünk, amelynek molekuláiban a szénatomok többgyűrűs vázat alkotnak. Ezek közül most a szteroidokat említjük meg, melyek közös "alapvegyülete" a szteránváz (más néven gonán).

Telítetlen szénhidrogének (Unsaturated hydrocarbons)

A telítetlen szénhidrogének molekuláiban egy vagy több szénatompár között kettő, illetve hármas kötés van.

Alkének

Az alkének egy kettős kötésű szénatompárt tartalmazó szénhidrogének. A nevezéktan szerint az ebbe a csoportba tartozó minden szénhidrogén nevének a végződése -én. Az alkéneket is homológ sorba rendezhetjük. Általános összegképletük: CnH2n

Az alkének fizikai állandói a szénatomszám növekedésével fokozatosan változnak. Apoláris szerkezetűek, apoláris oldószerekben oldódnak. Éghetőek, addícióra és polimerizációra képesek. Fontos ipari jelentősége van, pl. a propén polimerizációjának, mely a nagy mennyiségben gyártott polipropilén nevű műanyag monomerje. Előállításuk a kőolaj hőbontásával történik.

Etén (etilén) CH2=CH2: Az etén színtelen, édeskés szagú gáz. Vízben nem, apoláris oldószerekben oldódik. A többi szénhidrogénhez hasonlóan éghető gáz. Mivel a molekulában gyengébb p kötés van ez könnyen felszakad, ezért az etén már szobahőmérsékleten is reakcióképes.

Addíciós reakció: Az olyan kémiai reakciókat, amelyekben két vagy több molekula melléktermék nélkül egyesül egymással, addíciónak (egyesülésnek) nevezzük.

Polimerizációs reakció: A polimerizáció során sok telítetlen molekula óriásmolekulává egyesül. Ily módon akár több ezer molekulából létrejövő hosszú láncmolekulák is keletkezhetnek. A keletkező anyag az egyik legfontosabb műanyag, a polietilén: CH2=CH2® -CH2-CH2-CH2-. Az etént a kőolaj hőbontásával állítják elő. Ma a legnagyobb mértékben felhasznált szerves vegyipari alapanyag.

Alkinek

Az alkinek egy hármas kötést tartalmazó szénhidrogének. A nevezéktan szerint az ebbe a csoportba tartozó minden szénhidrogén nevének a végződése -in. Az alkinek homológ sort alkotnak, általános összegképletük CnH2n-2.

Etin (acetilén) HCºCH: Az etin színtelen, szagtalan gáz. Vízben kevéssé oldódik, de az aceton jól oldja. Az etin erősen kormozó és világító lánggal ég. Ha tiszta oxigénnel keverve gyújtják meg, igen magas hőmérsékletű a lángja, így hegesztésre használják. Az alkénekhez hasonlóan addíciós reakcióra hajlamos, amelynek polimerizációs terméke a PVC (poli-vinil-klorid) nevű műanyag.

Előállítása: A földgázból történik.

Telítetlen szénhidrogének

A telítetlen szénhidrogénekben a ligandumok száma nem maximális, azaz van olyan szénatom, amelynek ligandumszáma kevesebb négynél! Ezek hidrogénnel telíthetők és így alkánokhoz, cikloalkánokhoz ill. származékaikhoz jutunk.

Ezeknél a molekuláknál már van π-kötés:

• alkének, cikloalkének esetében kettős kötés,
  
• alkinek esetében hármas kötés,
  
• aromás szénhidrogének esetében π-elektronsextett található.

Alkének (olefinek)

Az alkánokból hidrogénelvonással vezethetők le. Legegyszerűbb képviselője az etén (triviális nevén az etilén) CH₂ = CH₂.

Az alkének esetében is levezethető a homológsor (ls. alkánok):

• CH₂ = CH₂ etén (etilén)
  
• CH₂ = CH - CH₃ propén (propilén)
  
• CH₂ = CH - CH₂ - CH₃ butén (butilén)

Általános képletük: C_nH_2n {gyűrűs olefineknél: C_nH_{2n - 2} ).

Izoméria

• Konstitúciós izoméria (n > 3)
  
  A négy szénatomos buténtól kezdve többféle molekula is levezethető, melyeknek összegképlete azonos, de eltérő a szerkezeti képlete, azaz az atomok kapcsolódási sorrendje!
  
  Látható, hogy a négy szénatomos buténból három izomer vezethető le. Ez több, mint az azonos
  szénatomszámú telített szénhidrogén - a bután - esetében (ahol két izomer van).
  
  
• Cisz - transz izoméria
  
  Akkor lép fel, ha az alkén és származékaiban a kettős kötéssel összekapcsolt szénatomokhoz eltérő ligandumok (szubsztituensek) kapcsolódnak! Lássuk példaként a 2-butén két sztereoizomerjét:
  
  A sztereoizoméria oka az, hogy a kettős kötés rögzíti a molekula síkját, körülötte a molekula nem képes elfordulni (itt nincs szabad rotáció), így a ligandumok térbeli helyzete eltérő lesz.
  Látható az ábrán, hogy a két molekula egyes fizikai tulajdonságaikban eltérnek egymástól (ls. forráspont).
  
  
• Optikai izoméria
  

Elnevezés (olefin - "olajképző")

1. A leghosszabb szénlánc megválasztása; benne kell lennie a kettős kötésnek!
   
2. A név végződése: - én.
   
3. A kettős kötés számozása; ott kell kezdeni, ahova a kettős kötés a láncéghez közelebb esik (ls. előbb: 1-butén; 2-butén)
4. Szubsztituensek megnevezése; helyzetüket számmal kell megadni.
   

• Azokat a molekulákat, melyekben két kettős kötés található diéneknek (diolefinek) nevezzük.
  
  CH₂ = CH - CH = CH₂ 1,3-butadién
  
  
• Azokat a molekulákat, melyekben sok kettős kötés található poliéneknek (poliolefinek) nevezzük (pl. kaucsuk, karotinoidok).
  

Fizikai tulajdonság

• Halmazállapot: lehetnek gázok - cseppfolyós - szilárd halmazállapotúak a szénatomszám illetve a molekula alakja függvényében.
  
• Apolárosak; lehetnek polárosak is (cisz-izomer molekulán belül asszimetria van, aminek következtében dipólus kialakulhat).

Előállítás

• Ipari előállítás
  
  
  

  Kis mennyiségben földgázban és kőolajban megtalálhatók. Krakkolás után melléktermékként ún. krakkgázok keletkeznek, melyekben szintén megtalálhatók.

  
  
• Alkánok dehidrogénezésével (hidrogénátvivő katalizátorral).
  
  CH₃ - CH₂ - CH₃  CH₂ = CH - CH₃ (magas hőmérséklet; alacsony nyomás!)
  
  
  
• Alkil-halogenidekből dehidrohalogénezéssel.
  
  R - CH₂ -CH₂ - X R - CH = CH₂ ELIMINÁCIÓS REAKCIÓ
  
  (R - alkil-csoport; X - halogénatom; HX - hidrogén-halogenid)
  
  
• Dehidratálással alkoholokból.
  
  R - CH₂ - CH₂ - OH R - CH = CH₂ ELIMINÁCIÓS REAKCIÓ
  
  (elimináció: egy vagy több atom, illetve atomcsoport kilépése a molekulából)
  
  
  
• Vicinális ("szomszédos") dihalogén-származékokból.
  

Kémiai tulajdonságok

• Reakcióképesebbek, mint a paraffinok.
  
  
• Jellemző reakcióik:
  
  - addíció (két vagy több molekula egyesül; nem keletkezik óriásmolekula),
  - polimerizáció (azonos molekulák melléktermék nélküli egyesülése, melynek során óriásmolekula keletkezik).
  
  
• Halogénaddíció:
  
  CH₂ = CH₂ + Br₂ Br - CH₂ - CH₂ - Br
  1,2- dibróm-etán
  
  Savaddíció:
  
  A reakció során elvileg kétféle terméket kaphatnánk, de a tapasztalat azt mutatja, hogy csak egyféle halogénezett származék keletkezik, mégpedig a 2-klór-propán!
  
  

Markovnyikov-szabály:

Egy savnak egy alkán C = C kötésére történő addíciójakor a -H ahhoz a C-atomhoz kapcsolódik, amelyhez eleve több H-atom kapcsolódott!

• Vízaddíci
  
  
• Hidrogénaddíció
  
  
• Oxidáció
  Kormozó lánggal égnek.
  
  
• Polimerizáció

Diének, Poliének
(diolefinek, poliolefinek)

Homológsort alkotnak.

Általános képlet:

• diének: C_nH_2n-2; C_nH_2n-4(ciklusos),
  
• poliének: C_nH_2n+2-2x (ha nyílt láncú, és x a kettős kötések száma).

Elnevezés

• A molekula nevének végződése: -dién; poli…-én
  
• Triviális név: izoprén / kaucsuk, karotin (ez utóbbiak poliének!).
  
• IUPAC név: 2-metil-1,3- butadién.

Izoméria

• Konstitúciós
  
• Diéneknél n > 3 esetén.
  
• Poliéneknél van.
  
• Cisz-transz
  
  Mindkét esetben lehetséges.
  
  
• Optikai

Csoportosítás

• A kettős kötés száma szerint:
  
• diének
  
• poliének
  
• A kettős kötés elhelyezkedése szerint
  
• Kumulált (a kettős kötések egymás szomszédjában helyezkednek el)
  
  R₂ - C = C = C - R₂ (általános képlet)
  
  
• Izolált (a kettős kötések egymástól "távol" helyezkednek el)
  R₂ - C = CH - (CH₂)₄ - CH = C - R₂ (általános képlet)
  
  
• Konjugált {a kettős és az egyes kötések váltakozva helyezkednek el s így speciális delokalizált elektronokból álló kötésrendszer jön létre (fontos biológiai szerepet betöltő molekulák tartoznak ide!)}
  
  R₂ - C = CH - CH = C - R₂ (általános képlet)

Kémiai tulajdonságok

• Addíció
  
• Polimerizáció

Tömegspektroszkópia (Mass spectrometry)

Tömegspektroszkópia

Az atomok ionjai elektromos és mágneses mezővel kölcsönhatásba lépnek. E mezőkön áthaladva eltérülnek az eredeti mozgásirányuktól. Az eltérülés mértékéből kiszámíthatjuk az ion tömegét. Az ion így mért tömegéből levonva az elektronok tömegét, megkapjuk az atommag tömegét. A q töltésű m tömegű ion U gyorsító feszültségen áthaladva v sebességre tesz szert: qU=mv2/2. A v sebességű ionokat homogén mágneses mezőbe vezetik, az indukcióvonalakra merőleges síkban. Ekkor az ionok a Lorentz-erő hatására R sugarú körpályán állnak.

A tömegspektrometria vagy tömegspektroszkópia (MS - Mass Spectrometry) nagyműszeres analitikai módszer töltött anyagi részecskék tömegének meghatározására. Az adott ionok elektromágneses térrel való kölcsönhatásra tömeg/töltés hányadosuk alapján szétválnak valamilyen módon. A tömegspektrometria legfőbb felhasználása tiszta szerves komponensek képletének és a fragmentálódási folyamatok révén a vegyületek szerkezetének a meghatározására is. A tömegspektroszkópia nagy érzékenységű ( akár fg!), széles tömegtartományú, jól reprodukálható, szelektív, valamint elválasztástechnikai módszerekkel, így például gázkromatográfiával (GC-MS), folyadékkromatográfiával (LC-MS) vagy kapilláris elektroforézissel (CE-MS) kombinálható a megfelelő interface hozzákapcsolásával. A mérés során felvesszük a tömegspektrumot, mely relatív intenzitást ábrázol a tömeg/töltés hányados függvényében.

A tömegspektrométerek három részt mindenképpen kell tartalmazniuk:

• ionforrást
• (tömeg)analizátort
• és detektort

A tömegspektrometriás mérések lépései:

• A mintából ionok készítése
• A ionok a különböző tömeg/töltés arány szerinti elválasztása
• A ionok detektálása
• Adatgyűjtés, a tömegspektrum felvétele

A tömegspektrometria főbb felhasználási területei:

• Ismeretlen minták meghatározása a molekulák és fragmentumaik alapján
• Izotóp-összetétel meghatározása egy vegyületben
• A fragmentálási folyamatok alapján a vegyület szerkezetének meghatározása
• Bizonyos körülmények között kvantitatív meghatározásra is alkalmas
• Egyéb fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságok vizsgálata

 tömegspektroszkópia – Atomok, molekulák tömegének meghatározására szolgáló módszer. Történetileg a csősugarak (gázkisüléseknél a katód résén kilépő részecskék) Goldstein (1886) által történt felfedezéséig nyúlik vissza. Wien mutatta meg, hogy ezek a sugarak pozitív töltésű ionok. Elektromos és mágneses terekkel való eltérítéssel Thomson, az elektron felfedezője vizsgál­ta ezeket a sugarakat.
Megfigyelte, hogy merőleges elektromos és mágneses tér a sugarakat irányukra merőleges parabolák sorozata mentén téríti el (Thomson-parabolák). Megállapította, hogy az egyes parabolák csak az ionok tömeg/töltés (m/e) arányától függenek, így a töltés ismeretében az ionok tömege meghatározható. Ezzel a módszerrel fedezték fel a neon izotópjait.

A Dempster által kifejlesztett tömegspektrográfban a felgyorsított ionokat egy mágneses tér 180 fokra téríti el, éles vonalakra fókuszálva azokat az m/e aránytól függően. Így fedezték fel az urán 235-ös izotópját (1935). A módszer­rel az adott izotóp gyakorisága is meghatározható (pl. az urán 235 és 238 tömegszámú izotópjainak gyakorisági aránya 1:139). Hasonló módszerekkel az izotópok szétválasztása is lehetséges. (Az atombomba előállításához Lawrence dúsította az urán 235-ös izotópját a Calutron készülékben.) A nagyfelbontású és automatizált tömegspektrometriát a biológiai (pl. makro­molekulák szerkezete) és az orvosi (pl. kórmeghatározás) kutatásokban is alkalmazzák.

Tömegdefektus (tömeghiány) ( Mass defect (mass deficit))

Rutherford:

He²⁺ ionokkal aranyfüstlemezt bombázott. A He²⁺ ionok nagy része háborítatlanul haladt át a lemezen. Az atom pozitív töltésű, nagy tömegű, kis átmérőjű alkotórészét atommagnak nevezte el. Az atommag tömegének mérése a megfelelő atom vagy ion tömegének mérésével oldható meg. Kísérleti tapasztalat szerint az atommagok tömege közelítőleg egyenlő a hidrogénatommag tömegének egész számszorosával. MA~= A×MP. Az 'A' a tömegszám.
Az atommag elektromos töltését legegyeszerűbben az atomi elektronok vizsgálatával megoldani. Ha egy nagy energiával haladó elektron vagy foton az n=1 főkvantumszámú állapotból kilöki az egyik ott lévő elektront, akkor a megüresedett állapotba a magasabb energiaszintek valamelyikéről egy atomi elektron hamarosan lezuhan fotonkisugárzás közben. Ahhoz, hogy az elektron tatósan benn legyen az atommagban, az E_m=10^-10 J-nál jóval mélyebb elektromos energiára lenne szükség. Az elektron bezártságból való mozgását az elektromos vonzás nem képes féken tartani.

Tömegspektroszkópia:

Az atomok ionjai elektromos és mágneses mezővel kölcsönhatásba lépnek. E mezőkön áthaladva eltérülnek az eredeti mozgásirányuktól. Az eltérülés mértékéből kiszámíthatjuk az ion tömegét. Az ion így mért tömegéből levonva az elektronok tömegét, megkapjuk az atommag tömegét. A q töltésű m tömegű ion U gyorsító feszültségen áthaladva v sebességre tesz szert: qU=mv²/2. A v sebességű ionokat homogén mágneses mezőbe vezetik, az indukcióvonalakra merőleges síkban. Ekkor az ionok a Lorentz-erő hatására R sugarú körpályán állnak.

Tömegdefektus:

(Tömeghiány) 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 métrékének tekinthető, ugyanis a tömeg energia ekvivalencia törvény értelmében a tömegdefektusnak megfelelő energiamennyiséget kell közölniük a maggal, hogy alkotórészeire bomoljék. A tömegdefektus egyenértékű a magnak nukleonokból való keletkezése alkalmával felszabadult energiával. Az atomenergia hasznosítása a atommagátalakításnál a kiindulási és végtermékek tömegkülönbségének megfelelő magenergia hasznosítását jelenti.

Könnyű magok:

2H, a deuteron egy protonból és egy neutronból összeállt atommag. A 2He, azaz két proton már nem marad egyedül. A protonok között fellépő elektromos taszítás és a szűk tartományra bezárt protonok mozgása fölött nem képes úrrá lenni a két proton nukleáris kölcsönhatása. 2He atommag nem létezik. A 3H, 3He, 4He atommagok léteznek. Egy-egy nukleon mind több másik nukleon erős vonzását érzi: rohamosan mélyül az egy nukleonra jutó kölcsönhatási energia. Mégis, a 2 protont és 3 neutront tartalmazó 5He izotóp, vagy a 3 protont és 2 neutront tartalmazó 5Li izotóp nem létezik a természetben.

Nehéz magok:

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 nukleonlainak 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.

Energiavölgy:

Egyetlen nukleonra átlagosan jutó energia. A térfogati energiából egy-egy nukleonra minden atommagban ugyanannyi jut.: Ezt megemeli a felületi energia, mégpedig elsősorban a kisebb magoknál, mert ezeknél a nukleonok nagyobb hányada kerül a felületre. Sok proton a Coulomb-energiatagot növeli. Ha a protonok és a neutronok száma nagyon különbözik, akkor pedig a Pauli-tag nagy. Mivel a nagyobb tömegszámú atommagokban szükségszerűen több a proton is, a Coulomb- és a Pauli-tag járuléka a tömegszám növekedtével emelkedik. Az energiavölgy legmélyebb pontját az A=56, Z=26, azaz az ⁵⁶Fe tájékán találjuk. A kisebb magok felé a völgy meredeken emelkedik, mert viszonylag nagy a felületi energiajárulék. A nagyobb magok irányában a völgy lankásan fut felfelé: a növekvő protonszám emeli a Coulomb-energiát. Ez a proton-neutron-arány eltolásával kissé mérsékeli a Pauli-energia, ezért a völgy elkanyarodik az A tengely irányába, a nagyobb tömegszámú magok legmélyebb energiájú állapotát jelentős neutrontúlsúly jellemzi.

Nukleáris kölcsönhatás: 

Az atomag 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.

Rádioaktivitás:

Egyes elemek azon tulajdonsága, hogy minden külső beavatkozás nélkül, radióaktív sugárzás kibocsátása közben elbomlanak, és más elemekké alakulnak. A természetes rádióaktivítás a természetben előforduló néhány elemnek és izotópjainak tulajdonsága. A 80-nál nagyobb elemek rendszámú elemek és néhány könnyebb elem izotópjai rádioaktívak. Mesterségesen rádioaktívak azok az elemek és elemek izotópjai, amelyek a természetben nem fordulnak elő, és mesterségesen, atommáglyában, gyorsító berendezésekben atom robbanásakor, rádioaktív besugárzás hatására lezajló magreakciókban keletkeznek. A rádióaktív bomlás sebességét a felezési idővel, illetve a bomlási állandóval jellemezzük. A bomlás sebessége független a külső tényezőktől.

A rádióaktív bomlásnál fellépő rádióaktív sugárzás 3 fajtáját ismerjük: alfa-béta-gamma sugarakat. Az 'a' sugarak kétszeresen ionizált héliumatomok, a bomlás után kettővel kisebb rendszámú, néggyel kisebb atomsúlyú elemet kapunk. A 'b' bomlásnál a neutrino is kilép az anyagból. A mag atomsúlya az elektron kis tömege miatt nem változik, rendszáma viszont növekszik. A neutron protonná vagy a proton neutronná alakul át elektron kibocsátása vagy elnyelése révén. A 'g' sugárzás igen rövid hullámhosszú, nagy energiájú, nagy áthatolóképességű elektromágneses sugárzás, amely mindig csak 'a' vagy 'b' sugárzással fordul elő. A rádióaktiv bomlás által keletkezett új elem gyakran ismét rádioaktív. Az aktivitás mértékegysége az 1 becquerel (bomlás/s). 

Maghasadás: 

Az atommagok energia-felszabadulással járó széthasadása. Hahn és Strassmann fedezte fel, hogy a nehéz atommagok neutronok, nagy sebességű elektromos töltéssel bíró részecskék vagy gamma sugarak hatására könnyebb atommagokká hasadhatnak szét. A maghasadáskor keletkezett részecskék összes tömege kisebb, mint a hasadó mag tömege. E tömegkülönbség alakul át energiává. A felszabaduló energia legnagyobb részét a hasadási ternékek mozgási energiája teszi ki; kisebb része rádioaktiv sugárzás formájában jelentkezik. A hasadási termékek a másodperc törtrészétől több ezer évig terjedő idő alatt stabilis magokká alakulnak át. Minden egyes mag hasadásakor átlagban két vagy több neutron keletkezik, s ezek újabb maghasadásokat hozhatnak létre. Ha a hasadó anyag mennyisége elég nagy, akkor elérhető az az állapot, melynél a neutronok s ezzel együtt a maghasadások száma állandó marad, vagy rohamosan nő (láncreakció). Ha pl. urániumból a kritikus tömegnél több kerül együvé, akkor a nagy sebességgel lefolyó láncreakció következtében hirtelen nagy mennyiségű energia szabadul fel, robbanás jön létre.

Láncreakció:

Olyan egymás után következő, nagy sebességű reakciók sorozata, amelyek mindegyikében keletkezik egy, a következő lánctag gyors lefolyását okozó termék. Maghasadási láncreakció megy végbe az atommáglyában és az atombombában. A láncreakciót egy vagy néhány neutron indítja meg. A neutron hasít pl. egy U²³⁵ magot. A hasadáskor felszabaduló neutronok további uránmagokat hasítanak. Itt újabb neutronok termelődnek, ezek ismét hasítanak. Önfenntartó hasadási láncreakciók csak akkor tudnak létrejönni, ha időegység alatt a hasadáskor termelődött neutronok száma meghaladja a hasadóanyagból eltávozott és különféle szennyeződéseken hasadás nélkül elnyelődött neutronok számát. A hasadóanyagoknak ezért egyrészt nagymértékben mentesnek kell lenniük, nehogy túl sok neutron távozzék belőlük hasítás nélkül. Azt a hasadóanyag-méretet vagy tömeget, ahol már létrejöhet önfenntartó láncreakció, kritikus méretnek, vagy kritikus tömegnek nevezzük.

Atomreaktor:

Az atommag energiáját gyakorlatilag hasznosítható méretekben felszabadító berendezés, melyben a magreakciók lefolyása szabályozható. Megkülönböztetünk a könnyű atommagok egyesülésén alapuló fúziós reaktort és a magok hasadásakor felszabaduló energiát hasznosító hasadási reaktort. Az atomreaktor energiatermelő anyagai a hasadó kémiai elemek. A hasadó anyagok atommagjai kis energiájú, lassú neutronok hatására két középnehéz magra hasadnak szét, miközben néhány gyors neutron szabadul fel. Ezeket felszabadítva újabb maghasadások jöhetnek létre, és így a folyamat láncreakció alakjában folytatódik. A nagy sebességgel szétrepülő középnehéz atommagok kinetikus energiája súrlódással hővé alakul, így jelentkezik hasznosítható formában az atomenergia. A neutronok lassítására moderátorokat használnak (grafit, nehézvíz, víz). A gyors neutronok a moderátor atomjaival többször ütközve, fokozatosan lefékeződnek. A neutronfölösleget, amelynek növekedése robbanáshoz vezetne, kadmium vagy bórkarbid rudakkal nyeletik el, ezeket automatikus szabályozó berendezések vezérlik.

Magfúzió:

Atommagok energiafelszabadulással járó egyesülése. Könnyű atommagok igen nagy hőmérsékleten nehezebb magokká egyesülhetnek. Az egyesüléskor keletkezett mag tömege kisebb az egyesülő magok tömegének összegénél. Az így fellépő tömegkülönbségnek megfelelő energia a keletkező új részek mozgási energiájává alakul át. Az elemek atomjai több millió fokos hőmérsékleten sokszorosan ionizált atommagokká és elektronokká bomlanak szét (plazmaállapot). A nagy hőmérséklet következtében a plazmát alkotó atommagok között az ütközések igen gyakoriakká válnak, s a magok sebessége is megnövekszik. Ez lehetővé teszi, hogy egyes magok a közöttük ható elektromos taszító erőt legyőzve elég nagy valószínűséggel egyesüljenek. A magfúzió sebessége adott hőmérséklet és nyomás mellett az egyesülő magok anyagi minőségétől függ.

Töltésmegosztás törvénye (Charge sharing law)

 Coulomb törvénye

2 pontszerű töltés között ható erő egyenesen arányos a 2 töltés szorzatával és fordítottan arányos a közöttük lévő távolság négyzetével. 1 C a töltése annak a pontszerű testnek, amely egy ugyanakkora töltésű pontszerű testen 1m távból 9*10 a kilencediken erővel taszít.

Coulomb-erő 

Két pontszerű elektromos töltés (Q₁ és Q₂) között ható erő egyenesen arányos a két töltés szorzatával és fordítottan arányos a közöttük lévő távolság négyzetével.

Skaláris alakban 

Coulomb megfogalmazásában

ahol

F a két töltés között fellépő erő,

Q₁ és Q₂ a töltések nagysága,

r a töltések közti távolság,

k_C a Coulomb-féle arányossági tényező

k_C értéke 8,988×10⁹ Nm²C^-2 (ε₀ a teret alkotó közegre jellemző dielektromos állandó (vagy más néven relatív permittivitás), értéke légüres térben 8,854×10^‒12 C²N^-1m^-2).

Vektoriális alakban

Helyezzünk el a térben egy pontszerű Q₀ töltést, ez legyen a koordinátarendszer origója. A Q₀ töltés egy (sztatikus) elektromos teret hoz létre maga körül. Ha elhelyezünk a koordinátarendszer pontjában egy másik töltést, akkor a töltésre ható erő:

ahol

a két töltés közt ható erő vektora,

Q₀ és a pontszerű testek elektromos töltése,

az töltés helyvektora,

az irányú egységvektor.

A töltött részecskék között fellépő erőhatást Coulomb-erőnek nevezzük. Két azonos pólusú töltött részecske taszítja, két különböző vonzza egymást.

Megjegyzés 

A Coulomb-törvényhez hasonló a p₁ és p₂ mágneses pólusok között fellépő (magnetosztatikus) erőhatás mértékét megadó képlet:

ahol

F a két mágneses pólus között fellépő erő,

p₁ és p₂ a mágneses töltések nagysága,

r a töltések közti távolság,

K_m egy mértékegységrendszertől függő arányossági tényező és

μ a közeg mágneses permeabilitása.

Töltésmegosztás törvénye

Környezetétől elszigetelt rendszerben az elektromos töltés mennyisége megmarad.

Szervetlen kémia – Klór (Inorganic Chemistry - Chlorine)

Szervetlen kémia - Klór

A klór a periódusos rendszer egy kémiai eleme. Vegyjele Cl, rendszáma 17. A VII. főcsoportba, a halogének közé tartozik. Erősen mérgező, szúrós szagú, zöld színű gáz, melyet kétatomos klórmolekulák (Cl2) alkotnak. Reakciókészsége nagy, csaknem minden elemmel reagál. Vegyértékelektronszerkezete : 3s2, 3p5. Oxidációs száma -1

Molekulaszerkezete lineáris, molekulapolaritása apoláris, molekularács jellemző rá. A levegőnél nagyobb sűrűségű, apoláris jellege miatt apoláris oldószerekben jól oldódik. Vízben is viszonylag jól oldódik, mert kémiai reakció megy végbe. A klór erős oxidálószer, fertőtlenítő hatása baktériumölő tulajdonságán alapul, amelyet először Semmelweis Ignác magyar szülészorvos alkalmazott eredményesen a gyermekágyi láz visszaszorításában.

Reakciója hidrogénnel robbanásszerű, mert exoterm láncreakció. A klór szénhidrogénekkel addíciós és szubsztitúciós reakciókba lép. Előfordulása: Vegyületekben: Kősó (NaCl) Előállítása: laboratóriumban sósavból (elektrolízissel)

Szervetlen kémia

A szervetlen kémia a kémia egyik jelentős ága, mely a szervetlen vegyületek tulajdonságaival és reakcióival foglalkozik. Általánosságban szervetlen vegyületek azok az anyagok, melyek nem tartoznak a szerves kémia hatáskörébe, azaz minden olyan vegyület, mely nem tartalmaz szén-szén, illetve szén-hidrogén kötéseket. Ilyenformán tehát a fentieken kívül a periódusos rendszer minden eleme és azok vegyületei a szervetlen kémia tárgykörébe tartoznak.

A határ a két tudományterület között nem éles, bár a legtöbb esetről egyszerűen eldönthető, hogy hova tartozik. A szervetlen szénvegyületek, mint például a karbonátok egyértelműen a szervetlen kémia tárgykörébe tartoznak. (A szénhidrogének, szénhidrátok szerves vegyületek.)

A szervetlen kémia területei 

A szervetlen kémia többek között az alábbiakkal foglalkozik:

• Ásványok, sók, szilikátok
• Fémek (pl.: vas, réz, cink) és ezek ötvözetei (például bronz)
• Fémes és nemfémes elemek (pl.: hidrogén, oxigén, klór, foszfor) és ezek vegyületei (pl.: víz, szén-dioxid)
• Fémkomplexek és kelátok

A szervetlen kémia az elméleti kémia, elsősorban a fizikai kémia eredményeire támaszkodik. Számos egyéb tudományágat alapoz meg, vagy van velük szoros kapcsolatban (pl.: analitikai kémia, geokémia, környezeti kémia, ásványtan)

A szervetlen kémia speciális területei a fémorganikus kémia és a bioszervetlen kémia. Ez utóbbi a szerves és a szervetlen kémia határterületének is tekinthetők.

Szerves kémia (Organic chemistry)

A szerves kémia a szénvegyületek kémiája. A szénatomok különleges tulajdonsága, hogy egymással kovalens kötést képezve elvileg korlátlan számú szénatom összekapcsolódhat láncokká, gyűrűkké.

Képletek írása: Egy szerves vegyület azonosításához nem elég az összegképletét felírni. Már a legegyszerűbb összegképletek is többféle anyagot jelenthetnek, pl. C2H6O lehet egy éter vagy etil-alkohol képlete is. A szénatom a szerves vegyületekben mindig négy kovalens kötést képez.

Szerkezeti képletek: A szerkezeti vagy konstitúciós képlet megmutatja az atomok egymáshoz való kapcsolódásának a sorrendjét, de nem adja vissza a vegyület térszerkezetét. Az egyszerűsített vonalképletek esetén a vegyjeleket nem írjuk ki, csak vonalakat, félkonstitúciós képlet: CH3-CH2-CH3.

Miért alakult ki a szerves kémia?

• a szénnek egyedülálló kémiája van
  
  • kapcsolódni tud az összes többi elemhez
  • hosszú láncokban tud saját magához kapcsolódni
• a szerves kémia változatossága lenyûgözô
  
  • sok lehetséges molekulaszerkezet
  • sok lehetséges reakció

Miért tanulunk szerves kémiát?

• mit csinálnak a szerves kémikusok?
  
  • molekulaszerkezetek, reakciók megértése
  • a molekulaszerkezet és a tulajdonság viszonya
  • egyéni tulajdonságú vegyületek elõállítása
• kinek van még szüksége a szerves kémiára?
• az összes életfolyamat alapja
  a sok lehetséges molekulaszerkezet és reakció teszi lehetõvé az életet

Hogyan kezeljük a változatosságot?

• nevezéktan (nomenklatúra)
• világos módszerek a molekulák és a reakciók elnevezésére
• molekulák
  
  • funkciós csoportok szerint csoportosítva
• reakciók
  
  • reakciótípus szerint csoportosítva (mi történik?)
  • reakciómechanizmus szerint csoportosítva (hogyan történik?)

Mit kell a szerves kémiával megoldanunk?

• összetett nevekbõl meghatározni a molekulaszerkezetet
• összetett szerkezetekben funkciós csoportokat felismerni, jellemzõ tulajdonságokat megjósolni
• reakciómechanizmusokkal dolgozni - hogyan viselkedhet egy molekula bizonyos körülmények között
• "úgy gondolkodni, ahogy egy molekula"

Vegyünk egy reakciót!

• CH₃OH + HCl —> CH₃Cl + H₂O
• Reakciótípus?
  
  • sav/bázis, oxidáció/redukció, addíció/elimináció, szubsztitúció, átrendezõdés
  • szubsztitúció -- Cl-t OH-ra (határozzuk meg a felszakadó és keletkezõ kötéseket)
• Reakciómechanizmus ?
  
  • hogyan zajlik a reakció (lépésrõl lépésre)

Nézzünk egy reakciómechanizmust!

• Szedjük szét a molekulát atomokra!
• Rakjuk össze a termékké!
• Mi a rossz ezzel a mechanizmussal?
• Túl sok energiát igényelne (szükségtelenül).

Egy jobb mechanizmust...

• Egyensúlyozzuk a kötés felhasítását kötés kialakításával.
• Elõször egy sav-bázis reakció:
  CH₃OH + HCl —> CH₃OH₂⁺ + Cl^-
• Majd egy szubsztitúció:
  CH₃OH₂⁺ + Cl^- —> CH₃Cl + H₂O

A periódusos rendszer

• atomszám (meghatározza az elemet)
• atomtömeg (izotópok)
• elektron -- elektronhéjak (sorok)
• csoportok (hasonló tulajdonságok)
• betöltött elektronhéjak (nemesgázok)
• vegyérték-elektronok (kémiai kötéshez)

Lewis-szerkezetek

• az oktett szabály
  - az atomok arra törekszenek, hogy 8 vegyérték-elektronjuk legyen (betöltött héjl)
• ionos kötés
  - elektronfelvétel vagy -leadás
  - az elektrosztatikus vonzás stabilizálja
• kovalens kötés
  - elektronmegosztás
  - a legáltalánosabb kötés a szerves molekulákban

Atompályák

• hullámfügvények
  - leírják az elektronok helyét
• s pályák (gömbölyû)
• p pályák (három: x,y,z)
  - (súlyzó alakú - 2 lebeny)
• d pályák (4 lebeny)
  - általában nem szükséges a szerves kémiához
• hibrid pályák
  - kombinált pályák

Hibrid pályák

• sp hibridek (egy s plusz egy p)
  - két azonos pályát ad (egyenes)
• sp2 hibridek (egy s plusz két p)
  - három azonos pályát ad (háromszög alakú)
• sp3 hibridek (egy s plusz három p)
  - négy azonos pályát ad (tetraéderes)

Kötés

• vonzás a negatív elektronok és a pozitív mag között
  - taszítás az elektronok között
  - taszítás a magok között
• a kötés a vonzóerõk és a taszítóerõk egyensúlya
• jellemzõ kötéstávolság és kötéserõsség

Molekulapályák

• az atompályák átfedése
• az elektronok két mag közelében vannak
• kötõ és nem kötõ kombinációk

Szigma-kötések

• hengerszimmetria
• az atompályák végeinek átfedésével keletkezik

Pi-kötések

• a kötéstengelyen keresztül csomósík
• az atompályák oldalának átfedésével keletkezik

Szerves molekulák ábrázolása

• Lewis-képlet
  - minden elektront ábrázolunk
• Kekulé-képlet
  - a kötéseket vonalak jelölik
  - a magános elektronpárokat néha elhagyjuk
• vonalas képlet
  - elhagyjuk a magános elektronpárokat
  - elhagyjuk a hidrogént a szénatomokon
  - elhagyjuk a szénatomokat
  (feltételezzük, hogy minden kötés végén szén van)

3 dimenziós szerkezetek

• pontozott vonal / ék
• golyó és pálcika
• térkitöltés

---

A kémiai szerkezet megjelenítése

• Név (triviális vagy szisztematikus)
• Tömör képlet (ahogy általában nyomtatva van)
• Lewis-képlet (az összes atom és kötés fel van tüntetve)
• Vonalas képlet (elhagyja a hidrogéneket; a szénatomokat a csúcsok jelentik)
• 3-D szerkezet (jelzi a kötések térbeli elhelyezkedését)
• Golyó és pálcika képlet (mit egy molekulamodell)
• Térkitöltéses modell (az elektroneloszlás teljes méretét közelíti) 

Jellemzõ vegyérték

• H: 1 vegyérték-elektron, 1 kötés
• C: 4 vegyérték-elektron, 4 kötés
• N: 5 vegyérték-elektron, 3 kötés + 1 magános elektronpár
• O: 6 vegyérték-elektron, 2 kötés + 2 magános elektronpár
• F: 7 vegyérték-elektron, 1 kötés + 3 magános elektronpár

Molekulapályák

• H + H —> H-H
• s + s —> szigma-kötés
• H-H kötéshossz: 0,74 A
• H-H kötéserõsség: 104 kcal/mol

Metán

• C + 4 H —> CH₄
• sp³ + s —> négy szigma-kötés
• C-H kötéshossz: 1,10 A
• C-H kötéserõsség: 104 kcal/mol
• elhelyezkedés - tetraéderes
• kötésszögek: 109,5^o

Miért hibrid pályák?

• jó alak (irány)
• a kötésnél nagyfokú átfedés lehetséges
• maximális az elektronok sûrûsége az atomok között
• jó irányítottság
• minimális taszítás a pályák között

Etán

• CH₃CH₃
• egy C-C szigma-kötést tartalmaz
• sp³ - sp³ pályák átfedése
• C-C kötéshossz: 1,54 A
• C-C kötéserõsség: 88 kcal/mol
• C-H kötéshossz: 1,10 A
• C-H kötéserõsség: 98 kcal/mol
• irányítottság - két tetraéder

Etilén

• CH₂=CH₂
• egy C=C kettõs kötést tartalmaz (alkén család)
• sp² - sp² pályák átfedése (szigma-kötés)
• p - p pályák átfedése (pi-kötés)
• C-C kötéshossz : 1,33 A
• C-C kötéserõsség: 152 kcal/mol
• C-H kötéshossz: 1,08 A
• C-H kötéserõsség: 103 kcal/mol
• irányítottság - sík
• kötésszög 120^o

Acetilén

• HC⁼CH
• egy C⁼C hármas kötést tartalmaz (alkin család)
• sp - sp pályák átfedése (szigma-kötés)
• p - p pályák átfedése (két pi-kötés)
• C-C kötéshossz: 1,20 A
• C-C kötéserõsség: 200 kcal/mol
• C-H kötéshossz: 1,06 A
• C-H kötéserõsség: 125 kcal/mol
• irányítottság - egyenes

Kötéstendenciák

A kötéshosszak Angströmben (a kötéserõsségek kcal/mol-ban)

Vegyület	Hibridizáció	C-C kötés	C-H kötés
Etán	sp3	1.54 (88)	1.10 (98)
Etilén	sp2	1.33 (152)	1.08 (103)
Acetilén	sp	1.20 (200)	1.06 (125)

• a többszörös kötések erõsebbek
• a rövidebb kötések erõsebbek

Elektronegativitás

• egy atom elektronvonzó hajlama
• a periódusos rendszerben az elektronegativitás jobbra és felfelé növekszik
• F > O > Cl ~ N > Br > C > H > fémek

Poláris kovalens kötés

• a kovalens kötésben résztvevõ elektronok nem mindig egyformán megosztottak
  a H-Cl ténylegesen d⁺ H-Cl d^-
  ahol a d⁺ és a d^- a parciális töltést jelöli

A szén kötéseinek polárossága

• a C-C kötés nem poláros
• a C-H kötés általában apolárosnak tekinthetõ
• a C-X kötés polarizált (d⁺)
  X = F, Cl, Br, I, O, S, N
• a C-M kötés polarizált (d^-)
  M = fém

Bronsted-Lowry sav-bázis elmélet

• sav - H⁺ donor
• bázis - H⁺ akceptor
  NH₃ + H₂O <==> NH₄⁺ + OH^-
  bázis + sav <==> sav + bázis
• figyeljük meg a konjugált sav-bázis párt
  (H⁺-nal különböznek)

A sav disszociációs állandója (K_a)

• HA + H₂O <==> H₃O⁺ + A^-

általában leegyszerûsítve
HA <==> H⁺ + A^-

• K_a = [H⁺] [A^-] / [HA]

Saverõsség (pK_a)

• erõsebb savaknak nagyobb a K_a-értékük
  HCl esetén K_a = 10⁷
  CH₃COOH (ecetsav) esetén K_a = 10^-5
  
• pK_a = - log K_a
• erõsebb savaknak kisebb a pK_a -értékük
  HCl: pK_a = -7
  CH₃COOH: pK_a = 5

pH és pK_a

• K_a = [H⁺][A^-]/[HA]
• pK_a = pH - log([A^-]/[HA])
• pH = pK_a, [A^- ] = [HA]
• pH < pK_a, HA van túlsúlyban
• pH > pK_a, A^- van túlsúlyban
  például az ecetsav esetében pH = 7 mellett
  [CH₃COO^-] > [CH₃COOH]

Sav-bázis reakciók

CH3COOH + OH- <==> CH3COO- + H2O
sav	bázis	bázis	sav

pK_a = 5;  pK_a = 15.7
erõsebb sav
a reakció a jobb oldal felé tolódik el

CH3COOH + H2O <==> CH3COO- + H3O+
sav	bázis	bázis	sav

pK_a = 5;   pK_a = 1.7
a reakció a bal oldal felé tolódik el

HC=CH + Na+NH2- <==> HC=C-Na+ + NH3
sav	bázis	bázis	sav

pK_a = 25;   pK_a = 35
a reakció a jobb oldal felé tolódik el

CH3OH + CN- <==> CH3O- + HCN
sav	bázis	bázis	sav

pK_a = 16;   pK_a = 9
a reakció a bal oldal felé tolódik el

Lewis-savak

• sav - felvesz egy elektronpárt
• bázis - lead egy elektronpárt
• (kialakul egy új kovalens kötés)

H⁺ + H₂O <==> H₃O⁺
L-sav L-bázis új O-H kötés

BF₃ + NH₃ <==> F₃B-NH₃
L-sav L-bázis új B-N kötés

Formális töltés

• vegyérték-elektronok száma - (kötések száma + magános elektronok száma)
• (Hány e^- van "szabály szerint" ebben az atomban?)
  - (Hány e^- van ebben a vegyületben?)

Rezonancia

• egynél több lehetséges Lewis-struktúra egy vegyülethez
• Melyik a legjobb Lewis-struktúra?
• Kövesd az oktett szabályt!
• Az elektronegativitás határozza meg a töltés helyét
  szén-monoxid
  nitro-metán

Színképelemzés (Spectroscopy)

Színképelemzés

Az izzó szilárd anyagok fényt bocsátanak ki. Ezeknek a színeknek a színképe folytonos, nem úgy, mit a gázoknál és gőzöknél.

A színképelemzés vagy spektrumanalízis az összetevőire bontott elektromágneses sugárzás, a színkép vizsgálatát jelenti. A színképelemzéssel foglalkozó tudományágat spektroszkópiának nevezzük.

A csillagok atmoszférájának az összetételére és a fizikai állapotára vonatkozó ismereteinket a csillagászati színképelemzés eredményei tették lehetővé. (Az általános értelemben vett színképelemzéshez lásd: Spektroszkópia.) A csillagászati színképelemzés során megvizsgálják az egyes hullámhossz-tartományok intenzitását, erősségét ill. fényességét, továbbá az ún. Fraunhofer-vonalak helyzetét és szélességét. Ez utóbbiakat a földi anyagok színképelemzési eredményeivel összehasonlítva bizonyos elemeknek és vegyületeknek a csillag légkörében való előfordulására következtethetünk. A fényintenzitás folytonos színképbeli eloszlása a hőmérséklettől és az anyagi összetételtől függ, így ebből meghatározható a csillagok egyik legfontosabb tulajdonsága, a felszíni hőmérséklet. A színképvonalak Doppler-eltolódásának vizsgálatával információt nyerhetünk a csillag látóirányú (radiális) sebességéről, majd ebből közvetve - kettős vagy többesrendszer esetén - a rendszer tagjainak tömegére és egyéb fizikai tulajdonságaira következtethetünk.

A Fraunhofer által megfigyelt spektrumvonalak közül a legjelentősebbek (köztük a híres Na-dublett)

Fraunhofer- jelölés	Hullámhossz (nm)	A vonal kémiai eredete	Ekvivalens szélesség (pm)
A	759,370	atmoszférikus O2	-
B	686,719	atmoszférikus O2	-
C	656,281	hidrogén alfa (Hα)	402,0
D1	589,592	semleges nátrium (Na I)	56,4
D2	588,995	semleges nátrium (Na I)	75,2
E	527,039	semleges vas (Fe I)
F	486,134	hidrogén béta (Hβ)	368,0
G	431,42	CH molekula
H	396,847	ionizált kalcium (Ca II)	1546,7
K	393,368	ionizált kalcium (Ca II)	2025,3
L	382,044	vas
N	358,121	vas
P	336,112	ionizált titán
T	302,108	vas

A spektroszkópia tudományág kialakulása Newton 1666-os kísérletére vezethető vissza, amikor napszínképet állított elő prizma segítségével. Felfedezéséről és észrevételeiről az 1704-ben megjelent Optika című művében írt, ahol tisztázta a színek természetét, és az ún. törésmutató hullámhossztól való függését. A XVIII. század elején többen (Descartes, Hook, Herschel) is elvégezték ugyanezt a kísérletet. A jelenség behatóbb tanulmányozásához Wollaston (1766-1828) rést is alkalmazott a kísérleteinél, s első ízben felfedezte a napszínkép abszorpciós (elnyelési) vonalait. Szám szerint 7 spektrumvonalat figyelt meg - köztük a Na-dublettet -, jelentőségüket azonban nem ismerte fel. Ezt egy német optikus, Fraunhofer (1787-1826) tette meg, aki - távcsőhöz csatolva diszperzív optikai elemet - a Nap spektrumában mintegy 600, mai néven Fraunhofer-vonalat talált; melyek közül 350-nek a pontos pozícióját is meghatározta, kiszámítva az általuk letakart színek törésmutatóját. Ezzel 1814-ben megszületett a csillagászati spektroszkópia.

Fraunhofer felfedezésével egy időben, 1823-ban, W. H. Fox Talbot és John Herschel (William Herschel fia) különféle elemekkel festett lángok színképét vizsgálták, és utaltak rá, hogy ez alapján kémiai analízis végezhető. Brewster 1832-ben felfedezte, hogy a Fraunhofer-féle vonalak földi fényforrással is előállíthatók. A salétromsav gőzén átbocsátott napfény színképében mintegy 2000 vonalat számlált meg. Azt is megfigyelte, hogy a vonalak száma nő, ha növeljük a gázréteg vastagságát, sűrűségét vagy hőmérsékletét. E kísérletei nyomán Brewster úgy gondolta, hogy a Nap fehér fényéből a Föld légköre szűr ki bizonyos színeket, és ezek helyén észleljük a Fraunhofer-féle vonalakat. 1849-ben Foucault különféle eredetű színképek vizsgálatával szintén egy alapvető felismerésre jutott: a spektrum abszorpciós vagy emissziós volta attól függ, hogy a fény közvetlenül a fényforrásból érkezik hozzánk, vagy a fényforrást elhagyva egy adott anyagon haladt át. 1859-ben Foucault, és Bunsen (1811-1899) eredményeit felhasználva Kirchhoff (1824-1887) felállította a klasszikus spektrumanalízis 3 alaptörvényét: