by: adminPosted on:

Kémia

TANULÁSI CÉLOK

A fejezet végére képes leszel:

  • Az anyag tulajdonságait és változásait fizikai vagy kémiai tulajdonságokként azonosítani
  • Az anyag tulajdonságait extenzív vagy intenzív tulajdonságokként azonosítani

A tulajdonságokat, amelyek segítségével megkülönböztethetünk egy anyagot egy másiktól, tulajdonságoknak nevezzük. A fizikai tulajdonság az anyag olyan tulajdonsága, amely nem kapcsolódik az anyag kémiai összetételének változásához. A fizikai tulajdonságok ismert példái közé tartozik a sűrűség, a szín, a keménység, az olvadás- és forráspont, valamint az elektromos vezetőképesség. Néhány fizikai tulajdonságot, például a sűrűséget és a színt anélkül is megfigyelhetjük, hogy a megfigyelt anyag fizikai állapota megváltozna. Más fizikai tulajdonságok, mint például a vas olvadási hőmérséklete vagy a víz fagyási hőmérséklete, csak akkor figyelhetők meg, ha az anyag fizikai változáson megy keresztül. A fizikai változás az anyag állapotának vagy tulajdonságainak változása anélkül, hogy az anyag kémiai összetételében (az anyagban lévő anyagok azonosságában) változás következne be. Fizikai változást figyelhetünk meg, amikor a viasz megolvad, amikor a cukor feloldódik a kávéban, és amikor a gőz folyékony vízzé kondenzálódik (1. ábra). A fizikai változások további példái közé tartozik a fémek mágnesezése és demagnetizálása (ahogyan azt a gyakori lopásgátló biztonsági címkékkel teszik) és a szilárd anyagok porrá őrlése (ami néha észrevehető színváltozásokat eredményezhet). Mindegyik példában az anyag fizikai állapota, formája vagy tulajdonságai változnak, de a kémiai összetétele nem változik.

Az A ábra egy fénykép 5 fényesen égő gyertyáról. A gyertyák viasza megolvadt. A B ábra egy fénykép valamiről, amit egy tűzhelyen, egy fazékban melegítenek. A fazék fölé helyezett üvegfedő alján vízcseppek képződnek.

1. ábra. (a) A viasz fizikai változáson megy keresztül, amikor a szilárd viaszt melegítik, és folyékony viaszt képez. (b) A főzőedény belsejében lecsapódó gőz fizikai változás, mivel a vízgőz folyékony vízzé alakul. (credit a: “95jb14″/Wikimedia Commons munkájának módosítása; credit b: “mjneuby”/Flickr munkájának módosítása)

Az egyik anyagtípus átalakulása egy másik anyagtípussá (vagy az átalakulásra való képtelenség) kémiai tulajdonság. A kémiai tulajdonságok közé tartozik például az éghetőség, a toxicitás, a savasság, a reaktivitás (sokféle) és az égéshő. A vas például víz jelenlétében oxigénnel egyesülve rozsdát képez; a króm nem oxidálódik (2. ábra). A nitroglicerin nagyon veszélyes, mert könnyen felrobban; a neon szinte semmilyen veszélyt nem jelent, mert nagyon nem reaktív.

Az A. ábra egy olyan fémgép fotója, amelyet ma már nagyrészt vöröses narancssárga rozsda borít. A B ábra egy motorkerékpár ezüstszínű krómozott alkatrészeit mutatja. Az egyik alkatrész olyan fényes, hogy a környező utca és épületek tükröződése látható rajta.

2. ábra. (a) A vas egyik kémiai tulajdonsága, hogy rozsdásodik; (b) a króm egyik kémiai tulajdonsága, hogy nem rozsdásodik. (hitel a: Tony Hisgett munkájának módosítása; hitel b: “Atoma”/Wikimedia Commons munkájának módosítása)

A kémiai tulajdonság azonosításához kémiai változást keresünk. A kémiai változás mindig egy vagy több olyan anyagtípust hoz létre, amely különbözik a változás előtt jelen lévő anyagtól. A rozsda keletkezése kémiai változás, mert a rozsda másfajta anyag, mint a rozsda keletkezése előtt jelenlévő vas, oxigén és víz. A nitroglicerin robbanása kémiai változás, mert a keletkező gázok az eredeti anyagtól nagyon különböző anyagfajták. További példák a kémiai változásokra a laboratóriumban végbemenő reakciók (például a réz reakciója salétromsavval), az égés (égés) minden formája, valamint az ételek főzése, megemésztése vagy rothadása (3. ábra).

Az A. ábra egy kék folyadékot tartalmazó lombik fotója. A kék folyadékba több barnás rézszál van bemerítve. A folyadékból barnás gáz emelkedik fel és tölti ki a lombik felső részét. A B ábrán egy égő gyufa látható. A C. ábra egy serpenyőben sülő vörös húst mutat. A D ábra egy kis csokor sárga banánt mutat, amelyen sok fekete folt van.

3. ábra. (a) A réz és a salétromsav kémiai átalakulása során réz-nitrát és barna, gáznemű nitrogén-dioxid keletkezik. (b) Egy gyufa égése során a gyufában lévő cellulóz és a levegő oxigénje kémiai változáson megy keresztül, szén-dioxidot és vízgőzt képezve. (c) A vörös hús főzése számos kémiai változást okoz, többek között a myoglobinban lévő vas oxidációját, ami az ismert vörös-barna színváltozást eredményezi. (d) A banán barnává válása kémiai változás, mivel új, sötétebb (és kevésbé ízletes) anyagok képződnek. (credit b: Jeff Turner munkájának módosítása; credit c: Gloria Cabada-Leman munkájának módosítása; credit d: Roberto Verzo munkájának módosítása)

Az anyag tulajdonságai két kategória egyikébe sorolhatók. Ha a tulajdonság a jelen lévő anyag mennyiségétől függ, akkor extenzív tulajdonságról van szó. Egy anyag tömege és térfogata példa az extenzív tulajdonságokra; például egy gallon tejnek nagyobb a tömege és a térfogata, mint egy csésze tejnek. Egy extenzív tulajdonság értéke egyenesen arányos a kérdéses anyag mennyiségével. Ha egy anyagminta tulajdonsága nem függ a jelen lévő anyag mennyiségétől, akkor intenzív tulajdonságról van szó. A hőmérséklet egy példa az intenzív tulajdonságra. Ha a gallon és a csésze tej egyenként 20 °C-os (szobahőmérsékletű), akkor egyesítésükkor a hőmérséklet 20 °C marad. Egy másik példaként tekintsük a hő és a hőmérséklet különböző, de összefüggő tulajdonságait. Egy csepp forró étolaj a karunkra fröccsenve rövid ideig tartó, kisebb kellemetlenséget okoz, míg egy fazék forró olaj súlyos égési sérüléseket okoz. Mind a csepp, mind az olajjal teli edény hőmérséklete azonos (intenzív tulajdonság), de az edény egyértelműen sokkal több hőt tartalmaz (extenzív tulajdonság).

Veszélyes gyémánt

Láthatta már a 4. ábrán látható szimbólumot a laboratóriumban vagy a munkahelyen a vegyi anyagok tartályain. Néha “tűzgyémántnak” vagy “veszélygyémántnak” is nevezik, ez a kémiai veszélygyémánt értékes információkat nyújt, amelyek röviden összefoglalják a különböző veszélyeket, amelyekkel tisztában kell lenni, ha egy adott anyaggal dolgozunk.

A gyémánt négy kisebb gyémántra van felosztva. A felső gyémánt piros színű, és a tűzveszélyhez kapcsolódik. A tűzveszélyes gyémántban a számok 0-tól 4-ig terjednek. Ahogy a számok nőnek, úgy csökken a vegyi anyag lobbanáspontja. A 0 olyan anyagot jelöl, amely nem ég, az 1 olyan anyagot jelöl, amelynek lobbanáspontja 200 Fahrenheit fok felett van, a 2 olyan anyagot jelöl, amelynek lobbanáspontja 100 Fahrenheit fok felett van, de nem haladja meg a 200 Fahrenheit fokot, a 3 olyan anyagot jelöl, amelynek lobbanáspontja 100 Fahrenheit fok alatt van, a 4 olyan anyagot jelöl, amelynek lobbanáspontja 73 Fahrenheit fok alatt van. A jobb oldali gyémánt sárga színű, és a reaktivitáshoz kapcsolódik. A reaktivitási számok 0-tól 4-ig terjednek. 0 stabil vegyi anyagot jelez, 1 olyan vegyi anyagot jelez, amely hő hatására instabil, 2 heves kémiai változás lehetőségét jelzi, 3 azt jelzi, hogy a vegyi anyag ütés és hő hatására felrobbanhat, 4 pedig azt, hogy a vegyi anyag felrobbanhat. Az alsó gyémánt fehér színű, és különleges veszélyekhez kapcsolódik. Ezek olyan rövidítéseket tartalmaznak, amelyek a vegyi anyag különleges veszélyes tulajdonságait írják le. Az O X oxidálószerre utal, az A C I D savra, az A L K lúgra, a C O R maró hatásúra, a W egy vonallal jelzi, hogy ne használjon vizet, a három háromszöggel körülvett pont jelzi a radioaktivitást. A bal szélső rombusz kék színű, és az egészségügyi veszélyekkel kapcsolatos. Az egészségre veszélyes gyémántban a számok 0-tól 4-ig terjednek. 0 normál anyagot, 1 enyhén veszélyes, 2 veszélyes, 3 rendkívül veszélyes, 4 pedig halálos anyagot jelez.

4. ábra. A Nemzeti Tűzvédelmi Ügynökség (NFPA) veszélyességi gyémántja összefoglalja egy vegyi anyag főbb veszélyeit.

A Nemzeti Tűzvédelmi Ügynökség (NFPA) 704-es veszélyazonosító rendszerét az NFPA fejlesztette ki, hogy biztonsági információkat nyújtson bizonyos anyagokról. A rendszer részletezi a gyúlékonyságot, a reakcióképességet, az egészséget és egyéb veszélyeket. Az általános gyémánt szimbólumon belül a felső (piros) gyémánt a tűzveszélyességi szintet (a lobbanáspont hőmérsékleti tartományát) adja meg. A kék (bal oldali) rombusz az egészségügyi veszély szintjét jelzi. A sárga (jobb oldali) gyémánt a reaktivitás veszélyeit írja le, például azt, hogy az anyag milyen könnyen megy át detonáción vagy heves kémiai változáson. A fehér (alsó) gyémánt a különleges veszélyekre utal, például ha az anyag oxidálószer (ami lehetővé teszi, hogy az anyag levegő/oxigén hiányában égjen), szokatlan vagy veszélyes reakcióba lép vízzel, maró, savas, lúgos, biológiai veszélyt jelent, radioaktív és így tovább. Az egyes veszélyeket 0-tól 4-ig terjedő skálán értékelik, ahol a 0 nem jelent veszélyt, a 4 pedig rendkívül veszélyes.

Míg sok elem kémiai és fizikai tulajdonságai drámaian különböznek egymástól, néhány elem hasonló tulajdonságokkal rendelkezik. Azonosíthatjuk az elemek olyan halmazait, amelyek közös viselkedést mutatnak. Például sok elem jól vezeti a hőt és az elektromosságot, míg mások rossz vezetők. E tulajdonságok segítségével az elemeket három osztályba sorolhatjuk: fémek (jól vezető elemek), nemfémek (rosszul vezető elemek) és metalloidok (olyan elemek, amelyek a fémek és a nemfémek tulajdonságaival egyaránt rendelkeznek).

A periódusos rendszer az elemek olyan táblázata, amely a hasonló tulajdonságú elemeket egymáshoz közel helyezi (5. ábra). A periódusos rendszerről a kémiai tanulmányaid folytatása során fogsz többet megtudni.

A periódusos rendszer ezen ábrázolásán a fémek sárga színnel vannak jelölve, és a periódusos rendszer bal kétharmadát uralják. A nemfémek barackszínűek, és nagyrészt a táblázat jobb felső részén helyezkednek el, kivéve a hidrogént (H), amely a táblázat bal felső szélső részén található. A metalloidok lila színűek, és átlós határt képeznek a táblázat fém és nemfém területei között. A 13. csoport fémeket és metalloidokat egyaránt tartalmaz. A 17. csoport nemfémeket és metalloidokat egyaránt tartalmaz. A 14-16. csoportok egy fém, egy metalloid és egy nemfém legalább egy képviselőjét tartalmazzák. Egy kulcs mutatja, hogy szobahőmérsékleten a fémek szilárd anyagok, a metalloidok folyadékok, a nemfémek pedig gázok.

5. ábra. A periódusos rendszer mutatja, hogyan lehet az elemeket bizonyos hasonló tulajdonságaik alapján csoportosítani. Figyeljük meg, hogy a háttér színe azt jelzi, hogy egy elem fém, metalloid vagy nem fém, míg az elem szimbólumának színe azt, hogy szilárd, folyékony vagy gáz.

Főfogalmak és összefoglalás

Minden anyagnak határozott fizikai és kémiai tulajdonságai vannak, és fizikai vagy kémiai változásokon mehetnek keresztül. A fizikai tulajdonságok, mint például a keménység és a forráspont, valamint a fizikai változások, mint például az olvadás vagy a fagyás, nem járnak az anyag összetételének megváltozásával. A kémiai tulajdonságok, mint például a gyúlékonyság és a savasság, valamint a kémiai változások, mint például a rozsdásodás, olyan anyag keletkezésével járnak, amely különbözik az előzetesen meglévő anyagtól.

A mérhető tulajdonságok két kategóriába sorolhatók. A kiterjedt tulajdonságok a jelen lévő anyag mennyiségétől függnek, például az arany tömege. Az intenzív tulajdonságok nem függnek a jelen lévő anyag mennyiségétől, például az arany sűrűsége. A hő egy példa az extenzív tulajdonságra, a hőmérséklet pedig egy példa az intenzív tulajdonságra.”

Kémia fejezet végi feladatok

  1. A következő bekezdésben szereplő hat aláhúzott tulajdonságot sorold be a kémiai vagy fizikai tulajdonságok közé: A fluor halványsárga gáz, amely a legtöbb anyaggal reakcióba lép. A szabad elem -220 °C-on olvad és -188 °C-on forr. A finomra osztott fémek fényes lánggal égnek a fluorban. Tizenkilenc gramm fluor 1,0 gramm hidrogénnel lép reakcióba.
  2. Classify each of the following changes as physical or chemical:
    1. condensation of steam
    2. burning of gasoline
    3. souring of milk
    4. dissolving of sugar in water
    5. melting of gold
  3. Classify each of the following changes as physical or chemical:
    1. coal burning
    2. ice melting
    3. mixing chocolate syrup with milk
    4. explosion of a firecracker
    5. magnetizing of a screwdriver
  4. The volume of a sample of oxygen gas changed from 10 mL to 11 mL as the temperature changed. Is this a chemical or physical change?
  5. A 2.0-liter volume of hydrogen gas combined with 1.0 liter of oxygen gas to produce 2.0 liters of water vapor. Does oxygen undergo a chemical or physical change?
  6. Explain the difference between extensive properties and intensive properties.
  7. Identify the following properties as either extensive or intensive.
    1. volume
    2. temperature
    3. humidity
    4. heat
    5. boiling point
  8. The density (d) of a substance is an intensive property that is defined as the ratio of its mass (m) to its volume (V).

    \text{density}=\frac{\text{mass}}{\text{volume}}\phantom{\rule{2em}{0ex}}; \text{d}=\frac{\text{m}}{\text{V}}

    Considering that mass and volume are both extensive properties, explain why their ratio, density, is intensive.

Selected Answers

2. (a) physical; (b) chemical; (c) chemical; (d) physical; (e) physical

4. physical

6. The value of an extensive property depends upon the amount of matter being considered, whereas the value of an intensive property is the same regardless of the amount of matter being considered.

8. Being extensive properties, both mass and volume are directly proportional to the amount of substance under study. Ha az egyik extenzív tulajdonságot elosztjuk egy másikkal, akkor tulajdonképpen “megszüntetjük” ezt a mennyiségtől való függést, és egy olyan arányszámot kapunk, amely független a mennyiségtől (intenzív tulajdonság).

Glossary

chemical change
change producing a different kind of matter from the original kind of matter

chemical property
behavior that is related to the change of one kind of matter into another kind of matter

extensive property
property of a substance that depends on the amount of the substance

intensive property
property of a substance that is independent of the amount of the substance

physical change
change in the state or properties of matter that does not involve a change in its chemical composition

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük