Általános és Szervetlen Kémia: Reakciók, Sav-Bázis Tan, Elektrokémia és Fémek

Szókincs- és fogalomkártyák a kémiai reakciók típusairól, energetikájáról, sav-bázis folyamatokról, elektrokémiai rendszerekről, valamint a fémek rácsszerkezetéről és korróziójáról.

Kémiai reakció

Olyan kémiai átalakulás, amelyben a kiindulási anyagok atomjai átrendeződnek, és új anyagok (termékek) keletkeznek.

Aktivált komplex

Rövid életű, instabil, nagy energiájú átmeneti állapot az energiagát csúcsán, amelyen a részecskék a reakció során áthaladnak.

Exoterm reakció

Olyan kémiai folyamat, amely során hő szabadul fel a környezetbe ($\Delta H < 0$), és a keletkezett termékek energiaszintje kisebb, mint a kiindulási anyagoké (például a metán égése).

Endoterm reakció

Olyan kémiai folyamat, amely hőt vesz fel a környezetéből ($\Delta H > 0$), így a termékek energiaszintje nagyobb, mint a kiindulási anyagoké (például a $CaCO_3$ hőbontása).

Aktiválási energia ($E_a$)

A kiindulási anyagok energiaszintjétől az aktivált komplex csúcsáig tartó energiakülönbség, amely minimálisan szükséges a kémiai átalakulás megindulásához.

Katalizátor

Olyan anyag, amely alternatív reakcióutat biztosítva csökkenti az aktiválási energiát, növeli a reakciósebességet, miközben a reakció végén változatlan összetételben regenerálódik.

Egyesülés

Olyan reakciótípus, amely során kettő vagy több kiindulási anyagból egyetlen termék keletkezik ($A + B \rightarrow AB$, például $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$).

Bomlás

Olyan reakciótípus, amely során egyetlen összetett anyag több egyszerűbb anyaggá esik szét ($AB \rightarrow A + B$, például $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$).

Cserereakció

Olyan reakciótípus, amelyben két összetett anyag alkotórészei kicserélődnek egymással ($AB + CD \rightarrow AD + CB$, például $AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$).

Megfordítható (reverzibilis) reakció

Olyan reakció, amely mindkét irányban képes végbemenni ($A + B \rightleftharpoons C + D$), így zárt rendszerben dinamikus egyensúlyi állapot alakulhat ki (például $N_2 + 3\,H_2 \rightleftharpoons 2\,NH_3$).

Egyirányú (irreverzibilis) reakció

Olyan reakció, amely gyakorlatilag csak egy irányban zajlik le ($A + B \rightarrow C + D$), mert a termékek visszaalakulásának mértéke elhanyagolható (például $Mg + 2\,HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2$).

Brønsted–Lowry-féle sav–bázis elmélet

Általános protonátadási szemlélet, amely szerint a sav olyan részecske, amely protont ($H^+$) ad le, a bázis pedig olyan részecske, amely protont vesz fel.

Arrhenius-féle sav–bázis elmélet

Kizárólag vizes oldatokra korlátozódó modell, amelyben a sav olyan anyag, amely növeli a víz oxóniumion-koncentrációját ($H_3O^+$), a bázis pedig közvetlenül hidroxidiont ($OH^-$) bocsát az oldatba.

Vízionszorzat ($K_v$)

A víz öndisszociációjából származó oxónium- és hidroxidionok egyensúlyi koncentrációjának szorzata; értéke $25\,^{\circ}\text{C}$-on $K_v = [H_3O^+][OH^-] = 10^{-14}$, tiszta vízben mindkettő koncentrációja $10^{-7}\,mol\,dm^{-3}$.

Amfoter tulajdonság

Olyan kettős viselkedés, amely során egy molekula vagy ion a partnerétől függően savként és bázisként is reagálhat (például a víz: $HCl$-lel szemben bázis, $NH_3$-mal szemben sav).

pH

Az oldat oxóniumion-koncentrációjának tízes alapú negatív logaritmusa ($pH = -\lg[H_3O^+]$); $25\,^{\circ}\text{C}$-on a savas közegre $pH < 7$, a semlegesre $pH = 7$, a lúgosra $pH > 7$ jellemző.

Indikátor

Olyan szerves vegyület, amely megváltoztatja a színét a környezet kémhatásának (a protonkoncentrációnak) a függvényében.

Erős sav és erős bázis

Olyan sav vagy bázis, amely vizes oldatban gyakorlatilag $100\%$-ban, teljesen disszociál ionjaira (például a sósav, $HCl$, és a nátrium-hidroxid, $NaOH$).

Gyenge sav és gyenge bázis

Olyan sav vagy bázis, amely vizes közegben csak kismértékben, egyensúlyi reakcióban ionizálódik (például az ecetsav, $CH_3COOH$, és az ammónia, $NH_3$).

Sóhidrolízis

A só feloldódásakor szabaddá váló ionok reakciója a vízzel, amelynek eredményeként az oldat kémhatása savas (pl. $NH_4Cl$), lúgos (pl. $Na_2CO_3$) vagy semleges (pl. $NaCl$) lesz.

Oxidálószer

Olyan részecske, amely elektront von el a reakciópartnerétől, így a partnert oxidálja, miközben ő maga redukálódik (oxidációs száma csökken).

Redukálószer

Olyan részecske, amely elektront ad át a reakciópartnerének, így a partnert redukálja, miközben ő maga oxidálódik (oxidációs száma nő).

Oxidációs szám

Az atom virtuális vagy formális elektromos töltése egy vegyületben; elemi állapotban lévő atomoknál értéke $0$, oxidáció során növekszik, redukció során csökken.

Elsőfajú vezető

Olyan elektromos vezető, amelyben a töltéshordozók delokalizált, szabad elektronok, és az áramvezetés nem jár anyagi átalakulással (ilyenek a fémek és a grafit).

Másodfajú vezető

Olyan elektromos vezető, amelyben az áramot a folyadékfázisban vándorló kationok és anionok szállítják, miközben az elektródokon kémiai változás játszódik le (elektrolitoldatok, sóolvadékok).

Elektrolit

Olyan folyékony fázisú közeg (vizes oldat vagy olvadék), amely disszociált ionokat tartalmaz, ezért képes elektromos áram vezetésére.

Elektród

Az elektrolittal érintkező elektronvezető (fémes vagy grafit) felület, amelyen keresztül az elektronátmenettel járó oxidációs és redukciós reakciók lejátszódnak.

Standard hidrogénelektród

Nemzetközileg választott viszonyítási elektród, amely platinázott platinán áramoltatott $1\,atm$ nyomású hidrogéngázból és $1\,M$ $H^+$-oldatból áll ($25\,^{\circ}\text{C}$-on); standardpotenciálja megállapodás szerint $0\,V$.

Elektromos kettősréteg

Az elektród felülete és az elektrolitoldat határán fellépő ion- és elektronrendeződés következtében felépülő, ellentétes töltésű rétegpár, amely határfelületi potenciálkülönbséget létesít.

Galvánelem

Önként végbemenő (spontán) redoxireakciót hasznosító elektrokémiai áramforrás, amely a kémiai energiát közvetlenül elektromos energiává alakítja; anódja negatív, katódja pozitív pólus.

Elektrolízis

Külső egyenáramforrással működtetett, önként végbe nem menő kémiai folyamat, amely elektromos energiát alakít kémiai energiává; anódja pozitív, katódja negatív pólus.

Réztisztítás elektrolízissel

Elektrolitikus eljárás, ahol réz-szulfát oldatban a pozitív rézanód feloldódik ($Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^-$), a felszabaduló rézionok pedig a negatív katódra vándorolva tiszta rézként kiválnak ($Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$).

Galvanizálás

Elektrolízis segítségével végzett bevonatkészítési eljárás, amelynek célja vékony, korrózióálló vagy esztétikus fémréteg leválasztása egy tárgy felületére.

Fém

Kevés vegyértékelektronnal jellemezhető elem, amely kis ionizációs energiája miatt könnyen ad le elektronokat, és fémrácsában szabad elektronjai révén kiváló elektromos- és hővezető.

Lángfestés

Kvalitatív analitikai jelenség, amely során gerjesztett fémionok a gázlángba kerülve az adott elemre egyedileg jellemző hullámhosszúságú (színű) fényt bocsátanak ki.

Könnyűfém

Olyan fém vagy fémötvözet, amelynek sűrűsége kisebb mint $5\,g\,cm^{-3}$.

Nehézfém

Olyan fém vagy fémötvözet, amelynek sűrűsége meghaladja az $5\,g\,cm^{-3}$ értéket.

Ötvözet

Két vagy több elemből mesterségesen előállított, makroszkóposan homogén anyag, amelynek legalább egy alkotója fém, és maga is jellegzetes fémes tulajdonságokat hordoz (pl. acél, duralumínium, sárgaréz).

Korrózió

A fémek felületének a környezeti közegek (nedvesség, oxigén, savak) hatására bekövetkező, kémiai vagy elektrokémiai oxidációval járó roncsolódása.

Rozsdásodás

A vas nedvesség és légköri oxigén jelenlétében lezajló korróziós folyamata, amely laza szerkezetű hidratált vas(III)-oxid képződéséhez vezet.

Passziválás

Olyan felületi reakció, melynek során a fém felületén mikroszkopikus, de tömör és összefüggő oxidréteg jön létre, megakadályozva a belső fémrétegek további korrózióját (pl. alumínium, vagy króm a rozsdamentes acélban).

Áldozati anódos védelem

Aktív katódos korrózióvédelmi módszer, melynek során a védendő fémfelülethez nála negatívabb standardpotenciálú fémet (pl. vas felületére cinket) rögzítenek, így a kialakuló helyi elemben ez az elektród oxidálódik el a vas helyett.

Tércentrált köbös rács

Fémrácstípus, amelyben a rácspontok a kocka csúcsain és a testközéppontban helyezkednek el, koordinációs száma 8 (például $Na$, $K$, $\alpha\text{-}Fe$).

Lapcentrált köbös rács

Legszorosabb illeszkedésű fémrács, amelyben a rácspontok a kocka csúcsain és lapjainak középpontjában vannak, koordinációs száma 12 (például $Al$, $Cu$, $Ag$).

Hexagonális fémrács

Legszorosabb illeszkedésű hatoldalú prizmákból felépülő fémrácstípus, amelyben az atomok koordinációs száma 12 (például $Mg$, $Zn$, $Ti$).

Diamágneses anyag

Olyan anyag, amely nem rendelkezik párosítatlan elektronokkal, és a külső mágneses teret gyengén taszítja (például a víz és a réz).

Paramágneses anyag

Párosítatlan elektronokkal rendelkező anyag, amelynek atomi mágneses momentumai a külső mágneses tér irányába fordulnak, így ahhoz gyengén vonzódnak (például az oxigénmolekula és a $Fe^{3+}$-ion).

Ferromágneses anyag

Párosítatlan elektronokkal rendelkező olyan anyag, amelyben az atomi mágneses dipólusok spontán mágneses körzetekbe (doménekbe) rendeződnek, külső erőtérben erősen felmágnesezhetők, és a mágneses teret megtartják (például a vas, kobalt, nikkel).