Kémiai reakciókKémiai reakciók

Azokat a változásokat, amelyek során Azokat a változásokat, amelyek során új anyag új anyag keletkezikkeletkezik /az anyag szerkezete és /az anyag szerkezete és összetétele is megváltozik/ összetétele is megváltozik/ kémiai kémiai változásoknakváltozásoknak /kémiai reakcióknak nevezzük. /kémiai reakcióknak nevezzük.

A kémiai reakciók többnyire együtt járnak A kémiai reakciók többnyire együtt járnak fizikaifizikai változással is (például hőfejlődés, változással is (például hőfejlődés, halmazállapothalmazállapot-változás, színváltozás).-változás, színváltozás).

A kémiai reakciók jelölésére A kémiai reakciók jelölésére kémiai egyenletetkémiai egyenletet használunk.használunk.

Kémiai reakciók csoportosításaKémiai reakciók csoportosítása

1.1. A reakcióban részt vevő anyagok száma A reakcióban részt vevő anyagok száma szerint:szerint:átalakulás (izomerizáció, átalakulás (izomerizáció, A → BA → B) ) bomlás bomlás (A → B + C)(A → B + C) egyesülés (addíció, szintézis, egyesülés (addíció, szintézis, A + B → CA + B → C) ) helyettesítés (szubsztitúció, helyettesítés (szubsztitúció, A + BC → AC + A + BC → AC + BB) ) cserebomlás (kölcsönös szubsztitúció, cserebomlás (kölcsönös szubsztitúció, AC + AC + BD → AD + BCBD → AD + BC, elsősorban vizes közegben , elsősorban vizes közegben jellemző) jellemző)

2. 2. A reakció során lejátszódó folyamat kémiai A reakció során lejátszódó folyamat kémiai jellege szerint: jellege szerint:

redoxiredoxi reakciók: oxidációsszám-változással reakciók: oxidációsszám-változással járnak járnak

sav-bázissav-bázis reakciók reakciók

3. 3. A reakció A reakció termodinamikaitermodinamikai jellege szerint: jellege szerint:

exoterm reakciók (-ΔH, energiafelszabadulással, hőfejlődéssel jár)

endoterm reakciók (+ΔH, energiaelnyeléssel, hőmérséklet csökkenésével jár)

4. 4. Időbeli lefolyás szerint:Időbeli lefolyás szerint:Pillanatszerűek:

Közepes sebességgel végbemenők:

Végtelen lassú reakciók /rozsdásodás/

5. 5. A folyamatok irányát tekintve:A folyamatok irányát tekintve:Megfordítható

Egyirányú.

Egyesülés (szintézis)Egyesülés (szintézis)

A A kémiai reakciókémiai reakciónak az a fajtája, amikor két nak az a fajtája, amikor két anyag egyetlen újabb anyaggá egyesül.anyag egyetlen újabb anyaggá egyesül.

- a - a hidrogénhidrogéngáz és az gáz és az oxigénoxigéngáz gáz egyesülésegyesülése e vízvízgőzzégőzzé2H2H2 2 + O+ O2 2 -> 2H-> 2H22OO- a - a hidrogénhidrogéngáz és az gáz és az klórklórgáz gáz egyesülésegyesülése e sósavsósavvá vá HH22 + Cl + Cl22 -> 2HCl -> 2HCl- a - a vasvaspor és por és kénkénpor por keverékkeverékének ének egyesülésegyesülése e vas-szulfidvas-szulfiddádáFe + S -> FeSFe + S -> FeS

Bomlás (disszociáció)Bomlás (disszociáció)

A A kémiai reakciókémiai reakciónak az a fajtája, amikor egy anyag két nak az a fajtája, amikor egy anyag két vagy több másfajta anyagra bomlik.vagy több másfajta anyagra bomlik.

- vízvíz bontásbontása a elektrolíziselektrolízissel sel hidrogénhidrogéngázra és az gázra és az oxigénoxigéngázra gázra 2H2H22O -> 2HO -> 2H22 + O + O22

- - a - a mészkőmészkő bomlása kalcium-oxiddá (égetett mész) és bomlása kalcium-oxiddá (égetett mész) és szén-dioxidszén-dioxiddá a dá a mészégetésmészégetéskorkorCaCOCaCO33 -> CaO + CO -> CaO + CO22

- - a higany(II)-oxid bomlása hevítéskor - a higany(II)-oxid bomlása hevítéskor oxigénoxigénre és re és higanyhiganyrara2HgO -> 2Hg + O2HgO -> 2Hg + O22

CserebomlásCserebomlás

A A kémiai reakciókémiai reakciónak az a fajtája, amikor két nak az a fajtája, amikor két vegyületvegyület egymásrahatásakor az őket összetevő alkotórészek (egymásrahatásakor az őket összetevő alkotórészek (gyökgyökök, ök, illetve illetve ionionok) kicserélődnek egymással.ok) kicserélődnek egymással.

- a a kalcium-kloridkalcium-klorid és a és a nátrium-karbonát (szóda)nátrium-karbonát (szóda) reakcióreakciója ja CaClCaCl22 + NaCO + NaCO33 -> CaCO -> CaCO3 3 + 2 NaCl+ 2 NaCl

- - a bárium-klorid és a - a bárium-klorid és a kénsavkénsav reakcióreakciója ja BaClBaCl22 + H + H22SOSO4 4 -> BaSO-> BaSO44 + 2 HCl + 2 HCl

- - a vas-oxid és az - a vas-oxid és az alumíniumalumíniumreakcióreakciója (az úgynevezett ja (az úgynevezett termittermit reakció). reakció). FeFe22OO33 + Al -> Al + Al -> Al22OO33 + Fe + FeEkkor folyékony Ekkor folyékony vasvas és aluminium-oxid keletkezik. A és aluminium-oxid keletkezik. A reakcióreakció igen magas hőfejlődéssel jár, ezért vasútisinek igen magas hőfejlődéssel jár, ezért vasútisinek hegesztéshegesztésére ére használják.használják.

Redoxi reakciókRedoxi reakciók

RedoxiRedoxi folyamatoknak nevezzük azokat a folyamatoknak nevezzük azokat a kémiai reakciókatkémiai reakciókat, melyek , melyek az az oxidációfokoxidációfok (lásd: (lásd: oxidációs számoxidációs szám) megváltozásával járnak. ) megváltozásával járnak. Ezekben a folyamatokban az egyik reakciópartner Ezekben a folyamatokban az egyik reakciópartner felveszfelvesz, a másik , a másik pedig pedig veszít, leadveszít, lead elektronokatelektronokat..Egyszerűen értelmezve Egyszerűen értelmezve oxidációoxidáció az a folyamat, az a folyamat, amikor egy anyagamikor egy anyag oxigénoxigénnel nel egyesülegyesül..például a például a hidrogénhidrogén égése vízzé: 2H égése vízzé: 2H22+ O+ O2 2 = 2 H= 2 H22O O Általánosabb értelmezésben Általánosabb értelmezésben oxidációoxidációnak nevezzük azt a nak nevezzük azt a folyamatot, folyamatot, amikoramikor a a vegyületvegyület pozitív alkotórészének ( pozitív alkotórészének (kationkation) ) vegyértékvegyértéke nőe nő, vagyis, , vagyis, amikor egy amikor egy ionion vagy vagy molekulamolekula elektronelektronokat okat ad lead le. Például:. Például:a a vasvas(II)-vegyületből vas(III)-vegyület keletkezik(II)-vegyületből vas(III)-vegyület keletkezik2 FeO + O = Fe2 FeO + O = Fe22OO33a a rézréz(I)-ion réz(II)-ionná alakul (I)-ion réz(II)-ionná alakul elektronelektron leadással leadássalCu(I) = Cu(II) + e-Cu(I) = Cu(II) + e-

Redukció az Redukció az oxidációoxidációval ellentétes folyamat, val ellentétes folyamat, vagyis vagyis azaz oxigénoxigén elvonása egy anyagból elvonása egy anyagból..például bizonyos fémoxidok például bizonyos fémoxidok szénszénnel vagy nel vagy hidrogénhidrogénnel hevítve nel hevítve fémfémmé mé redukálhatókredukálhatók::FeFe22OO33 + 3 C = 2 Fe + 3 CO + 3 C = 2 Fe + 3 COCuO + HCuO + H22 = Cu + H = Cu + H22OOÁltalánosabb értelmezésben Általánosabb értelmezésben redukcióredukciónak nak nevezzük azt a folyamatot, nevezzük azt a folyamatot, amikoramikor a a vegyületvegyület pozitív alkotórészének (pozitív alkotórészének (kationkation) ) vegyértékvegyértéke e csökkencsökken, vagyis, , vagyis, amikor egy amikor egy ionion vagy vagy molekulamolekula elektronelektronokat vesz felokat vesz fel. például:. például:a a rézréz(II)-ion réz(I)-ionná alakul (II)-ion réz(I)-ionná alakul elektronelektron felvétellelfelvétellelCu(II) + e- = Cu(I)Cu(II) + e- = Cu(I)

Az elektront leadó partner Az elektront leadó partner oxidálódikoxidálódik, oxidációs , oxidációs száma nő. Ezek a reakciópartnerek a száma nő. Ezek a reakciópartnerek a redukálószerekredukálószerek..

Az elektront felvevő partner Az elektront felvevő partner redukálódikredukálódik, , oxidációs száma csökken. Ezek az oxidációs száma csökken. Ezek az oxidálószerekoxidálószerek..

OxidálószerekOxidálószerek lehetnek: a nagy lehetnek: a nagy elektronegativitásúelektronegativitású elemekelemek, jellemzően a VI. és , jellemzően a VI. és VII. VII. főcsoportfőcsoport elemei, (pl.: elemei, (pl.: OO22, , OO33, , FF22, , ClCl22, , BrBr22) ) valamint olyan vegyületek (molekulák, valamint olyan vegyületek (molekulák, ionokionok), ), melyekben magas oxidációfokú elemek melyekben magas oxidációfokú elemek találhatók (pl.: MnOtalálhatók (pl.: MnO44

--, Cr, Cr22OO772−2−, , HH22OO22, valamint , valamint

egyéb, főleg egyéb, főleg szervesszerves peroxidok). peroxidok).

RedukálószerekRedukálószerek: elektron leadására : elektron leadására hajlamos elemek, különösen az első két hajlamos elemek, különösen az első két főcsoport tagjai (alkáli- és alkáliföldfémek főcsoport tagjai (alkáli- és alkáliföldfémek valamint a hidrogén), de a legtöbb fém és valamint a hidrogén), de a legtöbb fém és néhány nemfémes elem (pl.: szén, néhány nemfémes elem (pl.: szén, nitrogén) is képes redukáló ágensként nitrogén) is képes redukáló ágensként szerepelni a redox folyamatokban.szerepelni a redox folyamatokban.

Ugyancsak oxidálódhatnak Ugyancsak oxidálódhatnak („redukálószerek”) a szerves vegyületek („redukálószerek”) a szerves vegyületek többsége is (pl.: cukrok, alkoholok, egyes többsége is (pl.: cukrok, alkoholok, egyes vitaminok). Ez utóbbiak antioxidáns vitaminok). Ez utóbbiak antioxidáns hatással rendelkeznek.hatással rendelkeznek.

Sav- bázis reakciókSav- bázis reakciók

Sav-bázis elméletekSav-bázis elméletek

1. Arrhenius (Ostwald) elmélet1. Arrhenius (Ostwald) elmélet

(elektrolitikus) disszociáció(elektrolitikus) disszociáció

savaksavak HH++-ra és savmaradékra disszociálnak-ra és savmaradékra disszociálnak

bázisokbázisok OHOH---ra és kationra disszociálnak-ra és kationra disszociálnak

hiányosságok: (i) csak hiányosságok: (i) csak vizes közegvizes közegben érvényesben érvényes

(ii) H(ii) H++-ion oldatban -ion oldatban önmagábanönmagában nem létezhet nem létezhet

(iii) (iii) spontán disszociációspontán disszociációt feltételezt feltételez

(iv) sók (iv) sók hidrolízishidrolízisét (pl. Naét (pl. Na22COCO33 v. NH v. NH44Cl) nem Cl) nem

tudja értelmeznitudja értelmezni

2. Brönsted - Lowry elmélet2. Brönsted - Lowry elmélet

sav-bázis párok közötti protonmegoszlási reakciók sav-bázis párok közötti protonmegoszlási reakciók

savaksavak HH++ iont adnak le (proton iont adnak le (protondonordonorok)ok)

bázisokbázisok HH++ iont vesznek fel (proton iont vesznek fel (protonakceptorakceptorok)ok)

sav1 + bázis2 <=> bázis1 + sav2

H+

sav1 + bázis2 <=> bázis1 + sav2

HNO3 + H2O <=> NO3- + H3O+

CH3COOH + H2O <=> CH3COO- + H3O+

HClO4 + HNO3 <=> ClO4- + H2NO3

+

H2O + CH3COO- <=> OH- + CH3COOH

H2O + (Na+) + OH- <=> OH- + (Na+) + H2O

NH4+ + H2O <=> NH3 + H3O+

2. Brönsted - Lowry elmélet jellemzőia protonért folytatott a protonért folytatott versengésversengés ( (kompetíciókompetíció) )

korlátkorlátja, hogy a savas funkciót a ja, hogy a savas funkciót a proton proton jelenlétéhez kötijelenlétéhez köti

nemvizes közegeknemvizes közegekre is alkalmazhatóre is alkalmazható

a sav erőssége erősen függ az oldószertőla sav erőssége erősen függ az oldószertől

értelmezi a értelmezi a disszociációdisszociációtt

értelmezi a értelmezi a hidrolízishidrolízistt

erős saverős sav: konjugált bázispárja gyenge bázis: konjugált bázispárja gyenge bázis

a savas vagy bázisos karakter függ attól, hogy milyen a savas vagy bázisos karakter függ attól, hogy milyen reakcióba visszük az anyagot, pl. reakcióba visszük az anyagot, pl.

Öndisszociáció (autoprotolízis)Öndisszociáció (autoprotolízis)

HH22OO + + HH22OO <=> <=> HH33OO++ + + OHOH-- (K = 10(K = 10-14-14 M M22))

HH22SOSO44 + + HH22SOSO44 <=> <=> HH33SOSO44++ ++ HSOHSO44

-- (K = 10(K = 10-4-4 M M22))

NHNH33 + + NHNH33 <=> <=> NHNH44++ + + NHNH22

-- (K = 10 (K = 10-22-22 M M22))

Savasság, bázikusság jellemzése az “ónium” ionok koncentrációjával

3. Lewis-féle elmélet 3. Lewis-féle elmélet savaksavak elektronpár befogadására képesek elektronpár befogadására képesek

(akceptorok, pl. fémionok)(akceptorok, pl. fémionok)bázisok bázisok elektronpár átadására képesek elektronpár átadására képesek

( donorok, ( donorok, nemkötő enemkötő e---párral rendelkező -párral rendelkező vegyületek)vegyületek)

magában foglalja és kiterjeszti a Brönsted - Lowry elméletet H3O+ + :Cl- <=> HCl + H2O

a komplexképződést is beolvasztja a sav-bázis reakciók körébe

- hátránya: nem tehető kvantitatívvá

4. Uszanovics elmélet4. Uszanovics elmélet

savaksavak elektron vagy anion felvételére ill. proton elektron vagy anion felvételére ill. proton vagy kationvagy kation

leadására képes vegyületekleadására képes vegyületekbázisok bázisok elektron vagy anion leadására ill. proton elektron vagy anion leadására ill. proton

vagy kationvagy kationfelvételére képes vegyületekfelvételére képes vegyületek

a redoxireakciókat is beolvasztja a sav-bázis reakciók körébe

- nem túl jól sikerült...

A víz öndisszociációjaA víz öndisszociációja

HH22OO + + HH22OO <=> <=> HH33OO++ + + OHOH--

H3O+-t mostantól H+-nak jelöljük

Kv = [H+].[OH-] = 10-14 M2

tiszta vízben: [H+] = [OH-]

22

3

OH

OHOHK

2143

22 10)( MOHOHOHKKv

A pH fogalmaA pH fogalma

semleges kémhatású vizes oldatban: pH = pOH = 7semleges kémhatású vizes oldatban: pH = pOH = 7

pH = -lgpH = -lg1010[H[H++]] “p”X = “-log “p”X = “-log1010”X”X

A disszociáció egyensúly jellegéből adódóan:

pKv = pH + pOH = 14

minden vizes oldatban!

savas kémhatású vizes oldatban

[H+] > [OH-]; pH < 7

lúgos kémhatású vizes oldatban

[H+] < [OH-]; pH > 7