D-mező elemeinek jellemzése (Characterization of D-box elements)

A D oszlopok elemei tartoznak ide a II A és III A oszlopok közé beékelődve, ezért átmeneti elemeknek is nevezzük őket. 31 elem tartozik ide.

Közös tulajdonságuk az alábbiak:

• a külső s alhéjon 1 vagy 2 elektron van, ezért vegyületeik ionvegyületek, és bennük a fé-mek 1 vagy 2 vegyértékű ionok formájában vesznek részt;
• a d alhéj épül ki balról jobbra, ezen a héjon több-kevesebb párosítatlan elektron is van, melyek kovalens kötésekben vesznek részt, számuktól függően kovalens vegyértékük akár 5, 6, 7 is lehet, ilyenkor vegyes kötés, az ion-kovalens kötés jön létre;
• minél nagyobb a d alhéjon található párosítatlan elektronok száma, annál magasabb az olvadáspontjuk, annál keményebbek. Ha a d alhéjon nincs párosítatlan elektron, akkor a fém olvadáspontja alacsony, lágy (ilyen a cink és a higany).
• sűrűségük 5∙103 kg/m3-nél nagyobb, ezért nehézfémek;
• ionjaik gyakran színesek, ionrácsban és oldatban egyaránt;
• komplex képzők: egyetemi anyag;
• fontos szerkezeti anyagok, különösen a vas, króm, nikkel, vanádium, titánium,  volfrám;
• hőt és elektromosságot jól vezetik.

Észterek és karbonsavészterek (ester acids)

Kémiai tulajdonságaik

Általában jellemző az észterekre, hogy hidrolízisre hajlamosak. Az észterek képződése alkoholokból és savakból megfordítható reakció, a megfordítása az észterhidrolízis. Az észterek gyakorlatilag teljes hidrolízise lúgok, például nátrium-hidroxid hozzáadásával valósítható meg. Az ilyen folyamat neve elszappanosítás. (Az elszappanosítás név onnan ered, hogy ezzel a módszerrel állítottal elő legrégebben szappant). Ekkor az alkohol mellett a sav sója (NaOH esetén nátriumsója) keletkezik. A keletkező só már nem tud reagálni az alkohollal, emiatt lesz a hidrolízis gyakorlatilag teljes.

Előállításuk 

Az észtereknek többféle általános előállítási módja létezik. Ha alkoholok és savak egymással reagálnak, észterek keletkeznek. Az ilyen folyamat neve közvetlen észteresítés. Ez a reakciótípus reverzíbilis.

Észterek keletkeznek alkoholok és savanhidridek reakciójában is. Az ilyen reakciók könnyen végbemennek. Ekkor az észter mellett egy sav keletkezik, ezért az ilyen folyamatok gyakorlatilag csak egy irányban játszódhatnak le.

Alkoholokból és savkloridokból is észterek nyerhetők. Az észter mellett sósav keletkezik. Az ilyen reakciók igen hevesen játszódnak le, ezért általában valamilyen indifferens oldószert, például piridint alkalmaznak.

 

A karbonsavészterek 

A karbonsavakból és alkoholokból származtatható észterek a karbonsavészterek. Szerkezetük úgy is levezethető, hogy a karbonsavak karboxilcsoportjában található hidrogénatomot valamilyen alkilcsoporttal helyettesítjük.

Ezeknek az észtereknek a kisebb illetve a közepes szénatomszámú képviselői kellemes szagú folyadékok, gyakran gyümölcsésztereknek nevezik őket. Ez a név onnan ered, hogy néhány képviselőjük a természetben megtalálható a gyümölcsökben, ezek zamatanyagai. Ezek közül néhány kitűnő oldószer (például etil-acetát, butil-acetát). A nagyobb szénatomszámúak szilárd halmazállapotúak.

Ilyen észterek képződnek közvetlenül alkoholokból és karbonsavakból közvetlen észteresedés során, illetve karbonsavkloridok vagy karbonsavanhidridek és alkoholok reakciójával.

A karbonsavészterek jelentősége nagy, számos képviselőjük a természetben elterjedt. Ide tartoznak a már említett gyümölcsészterek, a zsírok illetve az olajok felépítésében részt vevő gliceridek, illetve a viaszokban található nagy szénatomszámú alkoholokból és karbonsavakból felépülő észterek.

---

Észterek

Az észterek savakból és alkoholokból vízkilépéssel jönnek létre. A savból és alkoholból történő észterképződés megfordítható folyamat.

Az észterek csoportosítása:

• szervetlen savak észterei, pl. kénsavészterek
• karbonsavak észterei – gyűmölcsészterek, viaszok, zsírok, olajok

Karbonsavészterek

A karbonsavak észtereire jellemző funkciós csoport a karboxilcsoporthoz hasonlóan összetett csoport.

A glicerinek észterszármazékai a gliceridek. A természetes zsírok és olajok a glicerinek nagy szénatomszámú, normális láncú, telített és telítetlen karbonsavakkal alkotott észterei.

A zsírok: Főleg telített savakat tartalmazó, inkább állati eredetű, közönséges hőmérsékleten legtöbbször szilárd halmazállapotú glicerinészterek elegyei – disznózsír.

Az olajok: Főként növényi eredetű, főleg olajsavval észteresített gliceridek – napraforgóolaj.

A zsírok és olajok apoláris molekulák. Vízben nem oldódnak, szerves oldószerek közül a benzin, alkohol oldják

Az oldatok (The solutions)

Az oldatok oldószerből és oldott anyag(ok)ból állnak. A kémiai folyamatok nagy része oldatokban játszódik le, ezért ezek nagyon fontosak a gyakorlat számára.

Telített az oldat, ha adott hőmérsékleten már nem tud több oldandó anyagot feloldani. Valamely anyag oldhatóságát telített oldatának összetételével jellemezzük. Ha az oldat ennél kevesebb oldott anyagot tartalmaz, telítetlen oldatról beszélünk. Az oldódás folyamatának időtartama az érintkezési felület nagyságától is függ, de ez nem befolyásolja az oldhatóságot.

Az oldódás

Általános szabály, hogy a hasonló a hasonlóban oldódik jól. Ez azt jelenti, hogy apoláris oldószerek inkább apoláris anyagokat oldanak, míg poláris oldószerek (víz) poláris molekulákat és ionkristályokat.

Az oldatok összetétele

A gyakorlati életben az oldatok összetételét tömeg és térfogat %-ban adják meg. A kémikusok számára legalkalmasabb a mol/dm3- ben kifejezett ún. koncentráció.

Tömeg %: Az oldott anyag és az oldat tömegviszonyát fejezi ki, például megadja, hogy 100 g oldatban hány g oldott anyag van.

Térfogat %: Alapján az oldat és az oldott anyag térfogatviszonyára következtethetünk, például, hogy 100 cm3 hány cm3 oldott anyag van.

A koncentráció: Azt adja meg, hogy 1000 cm3 oldatban hány mol oldott anyag van. Mértékegysége: mol/dm3. Jele: [anyag] = c, vagyis ha az anyag képletét szögletes zárójelbe tesszük, akkor az a koncentrációját jelenti.

Az oldáshő (DHold): 1 mol anyag nagyon sok oldószerben való oldásakor felszabaduló vagy elnyelődő hőmennyiség.

---

A többkomponensű, egyfázisú, homogén, vagy inhomogén, folyékony, vagy szilárd halmazállapotú rendszereket összefoglaló néven elegyeknek nevezzük.

Az oldat elnevezést ezen belül azokra a rendszerekre használjuk, amelyekben egyik komponens – az oldószer – koncentrációja a többiéhez – oldott anyagok – képest viszonylag nagy.

A komponens a rendszert alkotó, kémiailag egységes részecskéinek halmaza. Megkülönböztetünk egy-, két- és többkomponensű rendszereket.

Az oldatokat telítettség szempontjából három csoportba sorolhatjuk:

• telítetlen oldat: ha az oldott komponens koncentrációja kisebb, mint az adott körülményekhez (oldószer, hőmérséklet, nyomás) tartozó oldhatósága;
• telített oldat: ha az oldott komponens koncentrációja megegyezik az adott körülményekhez (oldószer, hőmérséklet, nyomás) tartozó oldhatóságával;
• túltelített az oldat, ha az oldott komponens koncentrációja nagyobb, mint az adott körülményekhez (oldószer, hőmérséklet, nyomás) tartozó oldhatósága. Ilyen rendszer akkor jön létre, ha adott hőmérsékleten egy telített oldat elkezd hűlni és benne a kristálygóc-képződés különféle gátlások miatt nem indul meg.

Az egyértékű és többértékű alkoholok (The monohydric and polyhydric alcohols)

Az alkoholok elnevezése úgy történik, hogy elnevezzük az alapszénhidrogént, majd megadjuk annak a szénatomnak a számát, amelyhez a hidroxilcsoport kapcsolódik, és –ol végződést adunk a névnek.

Egyértékű alkoholok
Metanol (metil-alkohol) CH3-OH: Színtelen, szagtalan, mérgező folyadék, magas forráspontú. Vízzel korlátlanul elegyedik. Enyhe oxidációs hatásra formaldehiddé oxidálódik. Erélyes oxidáció esetén hangyasav keletkezik. Mivel sok más vegyület előállításának alapanyaga, valamint kitűnő oldószer, az ipar nagy mennyiségben használja. Előállítása a klórmetán szubsztitúciós reakciójával történik.

Etanol (etil-alkohol) CH3-CH2-OH: Színtelen, jellegzetes szagú folyadék, magas forráspontú. Vízzel korlátlanul elegyedik. Enyhe oxidációs hatásra acetaldehiddé alakul. Erélyesebb oxidációval vele azonos szénatomszámú ecetsavvá alakítható. Az etanol éghető, égése erősen exoterm folyamat. Fontos ipari alapanyag, mert sok más szerves vegyület gyártásának kiindulási anyaga, valamint jó oldószer. Előállítása történhet: erjesztéssel vagy az etilén vízaddiciójával.

Többértékű alkoholok
Molekuláik között erősebb hidrogénkötés lép fel, mint az egyértékű alkoholok esetén, ezért magas forráspontú, a kisebb szénatomszámúak sűrűnfolyós (nagy viszkozitású) folyadékok – glikol, glicerin.

Éterek
Az éterekre jellemző funkciós csoport: oxigén, amely két szénhidrogéncsoporthoz kapcsolódik. Általános képletük: R-O-R¢. Elnevezésük úgy történik, hogy az oxigénhez kapcsolódó két szénhidrogéncsoport neve után az éter szót tesszük.

Dietil-éter (éter) CH3-CH2-O-CH2-CH3: Az éter erősen párolgó jellegzetes szagú folyadék. Apoláris szénvegyületek jó oldószere. Rendkívül tűzveszélyes, levegővel elegyedett gőzei robbannak. Előállítása történhet alkoholból vízelvonással.

Az atomok felépítése (The structure of atoms)

Az atom atommagból és elektronokból áll. Az atommag a pozitív töltésű protonokból és a töltés nélküli neutronokból épül fel. Az atommag körül elektron felhőt alkotva helyezkednek el a negatív töltésű elektronok. Az atom semleges mivel a pozitív töltésű protonok száma megegyezik a negatív töltésű elektronok számával.

Az atomok legfontosabb jellemzője a protonok száma a rendszám. A protonok és a neutronok számának összegét az atom tömegszámának nevezzük. Az atom tömege az atommagban összpontosul. Az atommag az atomnak csak kis térfogatát foglalja el. Az atom átmérője az atommag átmérőjénél kb. százezerszer kisebb.

Az atomok elektronszerkezete

Az elektron atomi pályái: az atomnak azt a részét, amelyben az elektron nagy valószínűséggel előfordul, atompályának nevezzük.

Az atompályák jellemzői: az atompályák megkülönböztetésére illetve azonosítására a kvantumszámokat használjuk.

Az atomban minden atompályát három kvantumszám jellemez:

• Főkvantumszám: az atompálya méretét jellemzi. Minél nagyobb a főkvantumszám annál kiterjedtebb az atompálya. Jele: n; értékei: 1, 2, 3, 4…
• Mellékkvantumszám: az atompálya alakját jellemzi. Jele: l; érékei: 0, 1, 2, 3… A mellékkvantumszámot gyakran nem számmal, hanem betűvel jelöljük. l = 0, 1, 2, 3…, l = s, p, d, f…

A mágneses kvantumszámnak határozott jelentése akkor van, ha az atom mágneses térbe kerül. Jele: m.

Az elektronszerkezet felépítése

Az atomok elektron szerkezetének leírásához három fontos elvet kell ismernünk.

• Az energiaminimum elve szerint az alapállapotú atomban az elektronok mindig a lehető legkisebb energiájú szabad helyet foglalják el.
• A pauli elv szerint egy atompályán maximálisan két elektron lehet.
• A hund szabály szerint az azonos energiájú atompályákon az elektronok a lehető legtávolabb igyekeznek elhelyezkedni.

Ha egy alhéjon annyi elektron van, amennyit a Pauli-elv maximálisan megenged, telített alhéjról beszélünk. Ha az elektronok száma ennél kevesebb az alhéj telítetlen.

Az atompályák feltöltésének sorrendje: 1s – 2s – 2p – 3s – 3p – 4s – 3d – 4p – 5s – 4d – 5p – 6s – 4f – 5d – 6p – 7s – 5f.

Milyen az atom felépítése?

A neves dán fizikus, Nils Bohr 1913-ban állította fel híres atommodelljét, amely még mai tudásunk szerint is egész jól megközelíti a valóságot. Eszerint az atom úgy épül fel, mint egy parányi naprendszer. A naprendszerben a jelentõs tömegû Nap körül nagy távolságra keringenek a bolygók: a Merkúr, a Vénusz, a Föld, a Mars, a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz, a Neptunusz és a Plutó. Az atom felépítése is hasonló. Középpontjában található a kicsi, de nagy tömegû atommag. Körülötte keringenek, tõle óriási távolságra a piciny, könnyû részecskék, az elektronok. A proton egységnyi pozitív töltéssel, az elektron egységnyi negativ töltéssel rendelkezik. Az elektronokat az elektromos vonzerõ tartja az atommag körüli pályán. A naprendszerben pedig a gravitációs vonzerõ köti a bolygókat a Naphoz.

Azt, hogy milyen kicsi is az atommag, gyorsan tisztázhatjuk: egy vízcsepp körülbelül 6 * 10²¹ darab atomból áll. Ha kiírjuk a nullákat, akkor ez így fest: 6 000 000 000 000 000 000 000.

Bármennyire kicsi is egy atom, az atommag még nála is sokkal kisebb. A mag az atom térfogatának csupán egybilliomod (1/1 000 000 000 000) részét teszi ki. Ha az atommag akkora volna, mint egy cseresznye, és egy futball pálya kellõs közepére tennénk, akkor az elektronjait a lelátó legfelsõ széksorain kellene keresnünk. Bár az atommag térfogatának csak billiomod része, tömege majdnem egyenlõ az egész atom tömegével. Az anyag az atommagban nagyon erõsen tömörített.

Ha a valóságban szeretnénk egy cseresznye méretû atommagot készíteni, akkor az legalább 30 millió tonnát nyomna, és nem maradna nyugalomban a pálya közepén, hanem a föld középpontja felé süllyedne.