Bevezetés az általános kémiábaSzervetlen vegyületek képlete • A képletben először az elektropozitívabb elemeket, ezt követően az elektronegatívabb elemeket soroljuk

Bevezetés az általános kémiába

3. előadás (A legfontosabb szervetlen és szerves

vegyületek áttekintése)

Előadó: Krámos Balázs [email protected]

Segédanyag: http://www.ch.bme.hu/oktatas/ejegyzet/ Benkő Zoltán és mtsai: Kémiai alapok

Diák és egyéb infók: www.inc.bme.hu => Bevezetés az általános kémiába

Szervetlen vegyületek képlete • A képletben először az elektropozitívabb elemeket, ezt követően az

elektronegatívabb elemeket soroljuk fel. (Elektropozitív elemek: EN<1,5; elektronegatív elemek EN >2,0)

• Ha egynél több elektropozitív és/vagy elektronegatív elem alkotja a vegyületet, ezeken a csoportokon belül ábécé sorrendben soroljuk fel az elemeket. NaNH4SO4 (az NH4

+ egy vegyjelnek számít.)

• A savanyú sók hidrogénjét mindig közvetlenül az anion elé helyezzük [LiHCO3].

• Az egyes elemek és összetett ionok arányát arab számokkal jelöljük a vegyjel jobb alsó indexében. CaMg(CO3)2, Fe(NH4)2(SO4)2, Ca5(PO4)3F, Pb5(VO4)3Cl, KNaNH4PO4, NaNH4HPO4, NaH2AsO3, Ba(HCO3)2, MnO(OH)2, FeO(OH)

• Addíciós vegyületek: Több molekula vagy ion lazán kötött vegyületei. CaSO4 · 2H2O, 2CaSO4 · H2O = CaSO4 · 0,5H2O, 3CdSO4 · 8H2O, Fe(NH4)2(SO4)2 · 6H2O, K4[Fe(CN)6] · 10H2O, H3PO4 · H2O, CoCl2 · 6H2O, AlCl3 · 4C2H5OH, CaO · SiO2 (= CaSiO3)

• Komplex vegyületek képletében is elöl áll a kation. A komplex ionon belül a ligandumokat a központi atom mögött soroljuk fel. Először az ionosakat, aztán a semlegeseket (a névben azonban betűrendben vannak a ligandumok a töltéstől függetlenül.): [CrCl3(H2O)3]0 [triakva-trikloro-króm(III)] [Al(OH)(H2O)5]Cl2 [pentaakva-hidroxo-alumínium(III)]-klorid

Szervetlen vegyületek elnevezése

• Először megnevezzük az elektropozitív csoportokat, majd az elektronegatív csoportokat, és ezek arányát:

• mono-1, di-2, tri-3, tetra-4, penta-5, hexa-6, hepta-7, okta-8, nona-9, deka-10 S2Cl2: dikén-diklorid, Fe3O4: trivas-tetraoxid, KMgF3: kálium-magnézium-trifluorid, P4O10: tetrafoszfor-dekaoxid, Ni(OH)3: nikkel-trihidroxid

• Abban az esetben, ha két vagy több számnevet kell alkalmaznunk a képletben, a második számnév helyett az alábbiakat kell alkalmazni: bisz-2, trisz-3, tetrakisz-4, pentakisz-5, hexakisz-6, heptakisz-7, oktakisz-8, nonakisz-9, dekakisz-10 Ca[PF6]2: kalcium-bisz[hexafluoro-foszfát], Fe2(Cr2O7)3: divas-triszdikromát (mivel a Cr2O7

2− ion neve dikromátion)

Kationok elnevezése • Egyszerű (egyatomos) kationok elnevezése:

Név nem változik, de a töltést jelöljük. FeII-kation vas(II)kation Fe2+-ion vas(2+)ion BrI-kation bróm(I)kation Br+-ion bróm(1+)ion

• Összetett kationok: Azonos atomokból álló: Hg2

2+ dihigany(I)kation dihigany(2+)kation Az egyéb többatomos kationokat -ónium végződéssel szoktuk ellátni: H3O+ oxóniumion NH4

+ ammóniumion N(CH3)4

+ tetrametil-ammónium-ion PCl4+ tetrakloro-foszfónium-ion

• Triviális elnevezésű kationok: NO+ nitrozilkation NO2

+ nitrilkation SbO+ antimonil(1+)kation BiO+ bizmutil(1+)kation UO2

2+ uranil(2+)kation

• Komplex kationok: [Fe(H2O)6]2+ [hexaakva-vas(II)] [hexaakva-vas](2+) [Cu(NH3)4]2+ [tetraammin-réz(II)] [tetraammin-réz](2+) [Al(H2O)6]3+ [hexaakva-alumínium(III)] [hexaakva-alumínium](3+)

Anionok elnevezése • Egyszerű (egyatomos) anionok elnevezése:

Az egyszerű anionok -id végződést kapnak. F− fluorid, O2− oxid, Cl− klorid, S2− szulfid, Br− bromid, N3− nitrid, I− jodid, P3− foszfid, H− hidrid, C4− karbid

• Összetett (többatomos) anionok elnevezése: Azonos atomokból álló: S2

2− diszulfid(2−)ion I3− trijodid(1−)ion

Más esetben az anion –át végződést kap: A következő dián lévő táblázatban szereplő anionok triviális neveit korlátozás nélkül használhatjuk, tehát nem kötelező a (hosszabb és nehezebben felismerhető) szisztematikus elnevezéseket alkalmaznunk. (lásd a példákat a következő dián)

• Triviális elnevezésű anionok: OH− hidroxid CN− cianid SCN− tiocianát NH2

− amid

• Komplex anionok: [BF4]− [tetrafluoro-borát(III)] [tetrafluoro-borát](1−) [Al(OH)4]− [tetrahidroxo-aluminát(III)] [tetrahidroxo-aluminát](1−) [PtCl6]2− [hexakloro-platinát(IV)] [hexakloro-platinát](2−) [Ag(S2O3)2]3− [ditioszulfáto-argentát(I)] [ditioszulfáto-argentát](3−) [Pb(OH)4]2− [tetrahidroxo-plumbát(II)] [tetrahidroxo-plumbát](2−) [Fe(CN)6]4− [hexaciano-ferrát(II)] [hexaciano-ferrát](4−) [BiI4]− [tetrajodo-bizmutát(III)] [tetrajodo-bizmutát](1−)

Képlet Szisztematikus nevek Triviális név

CO32- [trioxo-karbonát(IV)] [trioxo-karbonát] (2-) karbonát

NO3- [trioxo-nitrát(V)] [trioxo-nitrát] (1-) nitrát

PO43- [tetraoxo-foszfát(V)] [tetraoxo-foszfát] (3-) foszfát

SO42- [tetraoxo-szulfát(VI)] [tetraoxo-szulfát] (2-) szulfát

BO33- [trioxo-borát(III)] [trioxo-borát] (3-) borát

SiO32- [trioxo-szilikát(IV)] [trioxo-szilikát] (2-) szilikát

NO2- [dioxo-nitrát(III)] [dioxo-nitrát] (1-) nitrit

AsO43- [tetraoxo-arzenát(V)] [tetraoxo-arzenát] (3-) arzenát

AsO33- [trioxo-arzenát(III)] [trioxo-arzenát] (3-) arzenit

SO32- [trioxo-szulfát(IV)] [trioxo-szulfát] (2-) szulfit

S2O32- [trioxo-tio-szulfát(IV)] [trioxo-tio-szulfát] (2-) tioszulfát

ClO4- [tetraoxo-klorát(VII)] [tetraoxo-klorát] (1-) perklorát

ClO3- [trioxo-klorát(V)] [trioxo-klorát] (1-) klorát

ClO2- [dioxo-klorát(III)] [dioxo-klorát] (1-) klorit

ClO- [oxo-klorát(I)] [oxo-klorát] (1-) hipoklorit

VO3- [trioxo-vanadát(V)] [trioxo-vanadát] (1-) vanadát

CrO42- [tetraoxo-kromát(VI)] [tetraoxo-kromát] (2-) kromát

Cr2O72- [heptaoxo-dikromát(VI)] [heptaoxo-dikromát] (2-) dikromát

MnO42- [tetraoxo-manganát(VI)] [tetraoxo-manganát] (2-) manganát

MnO4- [tetraoxo-manganát(VII)] [tetraoxo-manganát] (1-) permanganát

Néhány ismert sav szisztematikus elnevezése

Képlet Szisztematikus név Triviális név

HOCl hidrogén-[monooxo-klorát(I)] hipoklórossav

HClO2 hidrogén-[dioxo-klorát(III)] klórossav

HClO3 hidrogén-[trioxo-klorát(V)] klórsav

HClO4 hidrogén-[tetroxo-klorát(VII)] perklórsav

HNO2 hidrogén-[dioxo-nitrát(III)] salétromossav

HNO3 hidrogén-[trioxo-nitrát(V)] salétromsav

H2SO3 dihidrogén-[trioxo-szulfát(IV)] kénessav

H2SO4 dihidrogén-[tetroxo-szulfát(VI)] kénsav

Addíciós vegyületek elnevezése

• Amennyiben addíciós vegyületeket nevezünk el, jelölnünk kell a molekulák (vegyületek) mennyiségének arányát is: CaSO4 · 2H2O kalcium-szulfát–víz (1/2) 2CaSO4 · H2O kalcium-szulfát–víz (2/1) CaSO4 · 0,5H2O kalcium-szulfát–víz (1/0,5) 3CdSO4 · 8H2O kadmium-szulfát–víz (3/8) Fe(NH4)2(SO4) 2· 6H2O vas(II)-ammónium-szulfát–víz (1/6) K4[Fe(CN)6] · 10H2O kálium-[hexaciano-ferrát(II)]–víz (1/10) H3PO4 · H2O foszforsav–víz (1/1) CoCl2 · 6H2O kobalt(II)-klorid–víz (1/6) AlCl3 · 4C2H5OH alumínium-klorid–etanol (1/4) CaO · SiO2 kalcium-oxid–szilícium-dioxid (1/1)

• GYAKORLÁS: Tankönyv (Benkő Z.: Kémiai alapok) 597-599. oldal

Szervetlen vegyületek csoportosítása

Csoportosítás a periódusos rendszer alapján:

• s-mező elemeinek vegyületei: – alkálifémek vegyületei – alkáliföldfém vegyületek

• p-mező elemeinek vegyületei: – bórvegyületek, földfémvegyületek, stb. – szénvegyületek, szilíciumvegyületek, stb. – nitrogénvegyületek, foszforvegyületek, stb. – oxigénvegyületek, kénvegyületek, stb. – halogénvegyületek – nemesgázok vegyületei

• d-mező elemeinek (átmenetifémek) vegyületei

• f-mező elemeinek (lantanidák és aktinidák) vegyületei

Szervetlen vegyületek csoportosítása Csoportosítás az alkotóelemek elemi összetétele szerinti

• Hidridek: hidrogént tartalmazó vegyületek. - kovalens hidridek (pl. hidrogén-klorid (HCl), metán (CH4)), - sószerű hidridek (pl. nátrium-hidrid (NaH)) (a H oxidációfoka -1) - komplex hidridek pl. Na[BH4] (a H oxidációfoka -1) - intersticiális hidridek pl. a Pt-ban a H2 atomos formában oldódik

• Halogenidek: olyan vegyületek, melyekben -1-es oxidációfokú (F-, Cl-, Br-, I-) található - ionos halogenidek pl. NaF, CaCl2, stb. - kovalens halogenidek pl. HI, PCl3, metil-klorid (CH3Cl), stb. - átmeneti kovalens-ionos pl. AgCl, PbI2, stb. (vízben rosszul oldódó csapadékok)

• Oxidok: (formálisan) oxidiont (O2−) tartalmazó vegyületek - savas oxidok: ezek vízzel reagálva savakat képeznek pl. SO2, CO2 (sok nemfémes oxid) - bázisos oxidok: vízzel reagálva bázisokat (lúgokat) képeznek pl. CaO (sok fémes oxid) - amfoter oxidok: erős savakkal bázisként, erős bázisokkal savként viselkednek ZnO, Al2O3, H2O - egyéb (nem besorolható) pl. CO

ZnO + 2 H+ = Zn2+ + H2O ZnO + 2 OH- + H2O = [Zn(OH)4]2-

Szervetlen vegyületek csoportosítása

• Hidroxidok: Hidroxidion-tartalmú (OH−) vegyületek. pl. nátrium-hidroxid (NaOH), réz(II)-hidroxid (Cu(OH)2), vas(III)-hidroxid (Fe(OH)3)

• Karbonátok: Karbonátiont (CO32−) tartalmazó vegyületek. Ezekkel rokon vegyületek

a hidrogén-karbonátok (HCO3−). pl. nátrium-karbonát (Na2CO3), kálium-hidrogén-

karbonát (KHCO3)

• Szulfátok: Szulfátiont (SO42−) tartalmazó vegyületek. (Ismertek hidrogén-szulfátok

is: ezek HSO4−- iont tartalmaznak.) pl. alumínium-szulfát (Al2(SO4)3), ammónium-hidrogén-szulfát (NH4HSO4), vas(II)-szulfát (FeSO4)

• Nitrátok: Nitrátiont (NO3−) tartalmazó vegyületek. pl. magnézium-nitrát

(Mg(NO3)2), króm(III)-nitrát (Cr(NO3)3), ezüst(I)-nitrát (AgNO3)

• Foszfátok: Foszfátiont (PO43−) tartalmazó vegyületek. Ismerünk hidrogén-

foszfátokat és dihidrogén-foszfátokat is. pl. nátrium-foszfát (Na3PO4), kalcium-dihidrogén-foszfát (Ca(H2PO4)2), diammónium-hidrogén-foszfát ((NH4)2HPO4)

Szervetlen vegyületek csoportosítása

• Szulfidok: Szulfidiont (S2−) tartalmazó vegyületek. pl. nátrium-szulfid (Na2S), alumínium-szulfid (Al2S3), vas(II)-szulfid (FeS), arzén(III)-szulfid (As2S3)

• Szulfitok: Szulfitiont (SO32−) tartalmazó vegyületek. A hidrogénszulfitok HSO3

−-iont tartalmaznak. pl. nátrium-szulfit (Na2SO3), kálium-hidrogén-szulfit (KHSO3)

• Számos egyéb vegyületcsoport ismert: - borátok pl. nátrium-tetraborát: Na2B4O7 - nitridek pl. lítium-nitrid: Li3N) - karbidok például kalcium-karbid: CaC2, szilícium-karbid: SiC - nitritek például nátrium-nitrit: NaNO2 - cianidok pl. kálium-cianid: KCN Ezekkel részletesen majd a későbbi szervetlen kémiai tanulmányok során foglalkozunk.

Szervetlen vegyületek csoportosítása • Vegyülettípus szerinti csoportosítás:

- savak - bázisok - sók - komplex vegyületek

• Savak - Arrhenius elmélete (lásd előző óra) - Brønsted–Lowry elmélete (lásd előző óra) - Savanhidridnek nevezzük az a vegyületet, melyet vízzel reagáltatva savat (oxosavat) kapunk: CO2 + H2O = H2CO3 SO2 + H2O = H2SO3 SO3 + H2O = H2SO4 N2O5 + H2O = 2 HNO3 P4O10 + 6 H2O = 4 H3PO4

Vannak szerves savanhidridek is pl. ecetsav-anhidrid: + H2O = 2 CH3COOH

Savak

• A sav disszociációjának vagy deprotonálódásnak nevezzük azt a folyamatot, mely során a savból H+-ion és savmaradék anion keletkezik: HA = H+ + A-

• Savgyök: egy (vagy több) hidroxilcsoport eltávolításával keletkező gyök. Például az ecetsavból az OH-gyököt eltávolítva acetilgyököt (CH3CO) kapunk.

• Savak csoportosítása: - Értékűség szerint: egy- vagy többértékű (egy- vagy több bázisú savak) (lásd előző óra) - Erősség szerint: erős vagy gyenge (lásd előző óra) - Típus szerint: Oxosavak pl. H2SO4 Hidrogén-halogenidek (hidrid típusú savak) pl. HCl, HI „Egyéb” savak (komplex savak, tiosavak) H[AuCl4], H2S2O3

Hidrogén-klorid (HCl) – „Sósav”

• Egyértékű (hidrid típusú) erős sav

• Színtelen, szúrós szagú gáz, vízben kiválóan oldódik (lásd szökőkútkísérlet; videó az elektronikus tankönyvben 114. oldal)

• Vizes oldatát sósavnak nevezzük

• A tömény sósavoldat kb. 36 tömegszázalékos, levegőn füstölög, mert a levegő páratartalmával ködöt képez

• Előállítás: többnyire szerves anyagok klórozásának mellékterméke

• Sói a kloridok (pl. kalcium-klorid: CaCl2)

• Nincs savanhidridje (nem oxosav)

Kénsav (H2SO4) • Kétértékű oxosav, első disszociációs lépcsőjében erős, a másodikban pedig

középerős savnak tekinthető

• Tömény vizes oldata (kb. 96–98 tömeg%-os) nagy sűrűségű, viszkózus, színtelen folyadék

• Előállítható 100%-os kénsav is, melynek elnevezése füstölgő kénsav.

• Óleumnak nevezzük a fölös kén-trioxidot tartalmazó kénsavat (ez 100%-osnál töményebbnek tekinthető).

• A kénsav vízzel korlátlanul elegyedik.

• Vízelvonó hatású (higroszkópos) H2O +

• A kénsavban a kén oxidációfoka +6

• Töményen erős oxidálószer (oldja a rezet)

• Előállítás: a kén-dioxid katalitikus (V2O5 katalizátor) oxidációjával keletkező kén-trioxidot tömény kénsavban oldják, majd ezt hígítják.

• Szabályos sói a szulfátok (például kálium-szulfát: K2SO4), savanyú sói a hidrogén-szulfátok (például nátrium-hidrogén-szulfát: NaHSO4)

• A kénsav anhidridje a kén-trioxid: SO3 H2O + SO3 = H2SO4

=

Salétromsav (HNO3) • Egybázisú erős oxosav

• Tiszta állapotban (szobahőmérsékleten és normál légköri nyomáson) színtelen, szúrós szagú folyadék, ám állás hatására barnás színűvé válik (ennek oka a bomlás közben keletkező nitrogén-dioxid)

• A kereskedelemben kapható salétromsav 68 tömeg%-os

• A tömény (86 tömeg%-nál töményebb) salétromsavat füstölgő salétromsavnak nevezzük

• Választóvíz: 50 tömeg%-nál töményebb salétromsav, mely még az ezüstöt is oldja (de az aranyat nem)

• A salétromsavban a nitrogén oxidációfoka +5.

• Elsősorban tömény vizes oldatban erős oxidáló sav

• Előállítás: ammóniagáz katalitikus (platina katalizátor) oxidációjával nitrogén-dioxidot állítanak elő, majd ezt permetezőtornyokban levegővel és vízzel reagáltatva keletkezik a salétromsav (Ostwald-eljárás)

• Sói a nitrátok pl. alumínium-nitrát: Al(NO3)3

• Savanhidridje a dinitrogén-pentoxid (N2O5) H2O +

= 2

Szénsav (H2CO3)

• Kétbázisú gyenge oxosav

• A szénsavoldat tulajdonképpen a szén-dioxid gáz vizes oldatának tekinthető (a beoldódott szén-dioxid túlnyomó része hidratált szén-dioxid formában van jelen az oldatban. Emellett főleg hidrogén-karbonátionokat tartalmaz. Disszociálatlan szénsav rendkívül kis koncentrációban található az oldatban, ahogy a karbonátion koncentrációja is elhanyagolható. H2O + CO2 ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3

− (⇄ 2 H+ + CO32-)

• A szénsav szabályos sói a karbonátok (például kalcium-karbonát: CaCO3), savanyú sói a hidrogén-karbonátok (például nátrium-hidrogén-karbonát: NaHCO3)

• Savanhidridje a szén-dioxid (CO2) H2O + =

Foszforsav (H3PO4) • Hárombázisú oxosav, az első disszociációs lépésben középerős, a második két

lépésében gyenge, illetve igen gyenge savnak tekinthető

• Régi magyar elnevezése: vilsav, szokás ortofoszforsavnak is hívni

• A tiszta foszforsav szobahőmérsékleten színtelen, víztiszta, kristályos, viszonylag kemény anyag, olvadáspontja 42 °C, megolvadva színtelen viszkózus folyadék

• A foszforsav vízben kiválóan oldódik

• Előállítás: a fehérfoszfor oxidációjával keletkező foszfor-pentoxidot elnyeletik foszforsavban, majd a keletkezett tömény savat vízzel hígítják

• Szabályos sói a foszfátok vagy tercier foszfátok (például nátrium-foszfát: Na3PO4), kétféle savanyú sója is ismert: hidrogén-foszfátok vagy szekunder foszfátok (például dikálium-hidrogén-foszfát: K2HPO4) és a dihidrogén-foszfátok vagy primer foszfátok (például kalcium-dihidrogén-foszfát: Ca(H2PO4)2)

• Savanhidridje a foszfor(V)-oxid (P2O5) vagy molekuláris formájában tetrafoszfor-dekaoxid (P4O10) 6 H2O + = 4

Bázisok

• Bázisok - Arrhenius elmélete (lásd előző óra) - Brønsted-Lowry elmélete (lásd előző óra) - Bázisanhidridnek nevezzük az olyan anyagot, mely vízzel reagálva bázist (oxobázist) eredményez: Na2O + H2O = 2 NaOH CaO + H2O = Ca(OH) 2

• A bázisok disszociációja vagy vízzel történő reakciója során hidroxidionok keletkeznek: BOH ⇄ B+ + OH− B: + H2O ⇄ BH+ + OH−

• Bázisok csoportosítása: - Értékűség szerint: egy- vagy többértékű (egy- vagy több savú bázisok) (lásd előző óra) - Erősség szerint: erős vagy gyenge (lásd előző óra) - Típus szerint: Ionos (pl. KOH) Molekuláris (:NH3, piridin (:NC5H5))

Alkálifém-hidroxidok

• Közülük a két legfontosabb hidroxid a nátrium-hidroxid, triviális nevén nátronlúg vagy marónátron (NaOH) és a kálium-hidroxid, triviális nevén kálilúg (KOH).

• Egyértékű erős bázisok

• Szobahőmérsékleten és normál nyomáson szilárd halmazállapotúak, levegőn elmálló, átlátszatlan fehér kristályokat képeznek, vízben jól oldódnak.

• Szilárd halmazállapotban higroszkóposak, megkötik a levegő szén-dioxid tartalmát (még oldatban is). pl. 2 NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

• Anhidridjeik az alkálifémek oxidjai (például a kálium-hidroxid anhidridje a kálium-oxid: K2O).

Alkáliföldfém-hidroxidok

• A magnézium-hidroxid igen gyenge bázis, a kalcium-hidroxid középerős, a stroncium- és bárium-hidroxid erős bázisok* (ez utóbbi vizes oldatának közismert neve baritvíz).

• Vízben csak korlátozottan oldódnak.

• Megkötik a levegő szén-dioxid-tartalmát. Például: Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O.

• Gyakorlati szempontból fontos vegyület: kalcium-hidroxid, triviális nevén oldott mész, mely kalcium-oxid (égetett mész) vízben való oldásával keletkezik. A kalcium-hidroxid lassan megköti a levegő szén-dioxid-tartalmát, miközben kalcium-karbonáttá (triviális néven mészkő) alakul.

• Anhidridjeik az alkáliföldfém-oxidok (például a kalcium-hidroxid anhidridje a kalcium-oxid (CaO).

• *Megjegyzés Amennyiben nem telített az oldat, az alkáliföldfém-hidroxidok disszociációja teljesnek tekinthető. Azonban nem lehet tömény oldatot készíteni belőlük, mert nem oldódnak túl jól vízben. A telített Ca(OH)2 oldat pH-ja 12,6 és a koncentrációja 0,020 M. Ennél a Mg(OH)2 rosszabbul, a Sr(OH)2 és a Ba(OH)2 jobban oldódik. Sok esetben emiatt a Sr(OH)2 és a Ba(OH)2 –ot is középerősnek mondják.

Ammónia (NH3)

• Egyértékű gyenge bázis

• Az ammónia szobahőmérsékleten és normál nyomáson szúrós szagú, színtelen gáz

• Vizes oldatát szokták ammóniaoldatnak vagy szalmiákszesznek hívni

• A ammónium-hidroxid téves kifejezés, valójában az ammóniagáz vizes oldatáról van szó, melyben részlegesen lejátszódik az alábbi folyamat: NH3 + H2O ⇄ NH4

+ + OH−

• Tehát az oldatban nem NH4OH molekulák vannak, hanem hidratált ammónia molekulák (NH3), ammóniumionok (NH4

+) és hidroxidionok (OH−) találhatóak

• Az ammónia sóit ammónium-vegyületeknek nevezzük (pl. NH4Cl ammónium-klorid)

• Nincs bázisanhidridje

Másodfajú fémek hidroxidjai

• Ide sorolható például az alumínium-hidroxid, az ón(II) és ón(IV)-hirdoxidok, az ólom-hidroxid

• Vízben rosszul oldódó csapadékok, ezért oldatuk kémhatása sem lúgos

• Rendszerint amfoter karakterűek, mind ásványi savakban, mind erős bázisok (például nátrium-hidroxid) oldatában oldódnak (ez utóbbi esetben a megfelelő hidroxo-komplex keletkezik). Például az alumínium-hidroxid esetén: Al(OH)3 + 3 H+ ⇄ Al3+ + 3 H2O Al(OH)3 + OH− ⇄ [Al(OH)4]−

Sók • Sóknak nevezzük a kationokból és anionokból felépülő vegyületeket. A savak és

bázisok közömbösítési reakciójából keletkező vegyületek sóknak tekinthetők.

• Savanyú sóról beszélünk, ha a többértékű sav nem minden savas protonját helyettesítjük kationnal. pl. kálium-hidrogén-szulfát (KHSO4), diammónium-hidrogén-foszfát ((NH4)2HPO4) Többértékű szerves savaknak is ismertek savanyú sói. pl. kálium-hidrogén-tartarát (HOOC−CH(OH)−CH(OH)−COOK), kálium-hidrogén-ftalát (HOOC−C6H4−COOK)

• Bázisos sóról beszélünk, ha a többértékű bázisnak nem minden OH−-ionját helyettesítjük anionnal. pl. kalcium-klorid-hidroxid (CaCl(OH)), réz(II)-karbonát-dihidroxid (Cu2(CO3)(OH)2), cink-hidroxid-jodid (ZnI(OH))

• Szabályos sók esetén a sav összes protonját más kationnal helyettesítjük, valamint a bázisnak az összes hidroxid ionját anionnal helyettesítjük. pl. kálium-szulfát (K2SO4), ólom(II)-karbonát (PbCO3), alumínium-szulfát (Al2(SO4)3), báriumjodát (Ba(IO3)2)

Sók • Kettős sónak nevezzük azokat a sókat, melyek kétfajta kationt és egyfajta aniont,

vagy egyfajta kationt és kétfajta aniont tartalmaznak. A hármas sók ennek a megfelelő kibővítését jelentik. Például: alumínium-kálium-szulfát (AlK(SO4)2), pentakalcium-flourid-trifoszfát (Ca5F(PO4)3), magnézium-ammónium-foszfát (MgNH4PO4), nátrium-ammónium-hidrogén-foszfát (NaNH4HPO4), kálium-magnézium-fluorid (KMgF3).

• Gálicok (esetleg vitriolok): a kétértékű fémek szulfátjai, melyek rendszerint 7 kristályvízzel kristályosodnak. Elsősorban a magnézium-, kalcium-, mangán-, vas-, cink- és réz-szulfát tartozik ide. pl. cink(II)-szulfát (ZnSO4 · 7H2O), magnézium-szulfát (MgSO4 · 7H2O), réz(II)-szulfát (CuSO4 · 5H2O), kalcium-szulfát (CaSO4 · 2H2O)

• Timsók: egy egyértékű és egy háromértékű fém szulfátjából álló kettős sók. Az egyértékű kation gyakran kálium (K+), ammónium (NH4

+), tallium (Tl+), esetleg más alkálifémion, a háromértékű pedig alumínium(III) (Al3+), króm(III) (Cr3+), vas(III) (Fe3+), mangán(III) (Mn3+) stb. Általános képletük rendszerint M(I)M(III)(SO4)2 · 12H2O. pl. króm(III)-kálium-szulfát–víz (1/12) CrK(SO4)2 · 12H2O alumínium-ammónium-szulfát–víz (1/12) AlNH4(SO4)2 · 12H2O

Komplex vegyületek • A komplex vagy koordinációs vegyületek központi

atom(ok)ból vagy ion(ok)ból és ligandum(ok)ból állnak.

• Az atom, melyből a komplex vegyület központi atomja lesz, üres pályákkal rendelkezik (elektronpár-akceptor), a központi atom és a ligandumok között datív (koordinációs) kötés található (ezért a ligandumnak rendelkeznie kell magános elektronpárral, tehát elektronpárdonor).

• A komplex vegyületek képletében a központi atomot a ligandumokkal szögletes zárójelbe tesszük.

• Koordinációs szám: A központi atomhoz kapcsolódó datív kötések száma. pl. [Fe(CN)6]3− koordinációs száma 6 (hexakoordinált Fe3+), [Cu(NH3)4(H2O)2]2+ koordinációs száma 6 (hexakoordinált), [AuCl4]- koordinációs száma 4 (tetrakoordinált)

• Alapvetően a koordinációs vegyületeket a ligandumok szerint szoktuk csoportosítani

• A ligandumok lehetnek semlegesek, de rendelkezhetnek töltéssel is (ez általában negatív töltés).

Komplex vegyületek

• Töltéssel rendelkező ligandumok: halogenidionok (F−, Cl−, Br−, I−) => halogeno- (fluoro-, kloro-, bromo-, jodo-), hidridion (H−) => hidro-, oxidion (O2−) => oxo-, hidroxidion (OH−) => hidroxo-, szulfidion (S2−) => szulfido-, cianidion (CN−) => ciano-, tiocianátion (SCN−) => tiocianáto-, tioszulfátion (S2O3

2−) => tioszulfáto- stb.

• Semleges, magános párral rendelkező molekulák: víz (H2O) => akva-, ammónia (NH3) => ammin-, szén-monoxid (CO) => karbonil- stb.

• Kelát ligandum: Többfogú ligandum, mely gyűrűs vagy kalitka szerkezeteket hoz létre a központi atommal. pl. oxalátion ((COO)2

2−), etilén-diamin (H2N−CH2−CH2−NH2, rövidítve: en)

koordinációs szám: 6

Szerves vegyületek csoportosítása • Szénhidrogének (CxHy)

- Alkánok vagy paraffinok: telített vegyületek, melyek lehetnek gyűrűsek is (cikloalkánok vagy cikloparaffinok) - Alkének vagy olefinek: egy C=C kettős kötést tartalmazó vegyületek kettőt tartalmaznak a diének vagy diolefinek stb. - Alkinek vagy acetilénszármazékok: egy C≡C hármas kötést tartalmaznak - Aromás szénhidrogének: aromás rendszert tartalmaznak

• Halogéntartalmú szénhidrogének - Aromás halogénszármazékok - Nem aromás halogénszármazékok (nyílt láncú azaz alifás, vagy gyűrűsek azaz ciklusosak (nem aromás gyűrű))

• Oxigéntartalmú szerves vegyületek - Hidroxi vegyületek (-OH): alkoholok és fenolok - Éterek (-O-) - Oxo vegyületek (=O): aldehidek és ketonok - Karbonsavak - Észterek

• Nitrogéntartalmú szerves vegyületek - aminok és kvaterner ammóniumsók - amidok - nitrogéntartalmú heteroaromás rendszerek (piridin, pirimidin, pirrol, imidazol, purin, …)

• Egyéb szerves vegyületek, melyekkel a későbbiekben fogtok megismerkedni.

Alkánok (CnH2n+2)

• Elnevezés: Homológ sor + -án

• Az első négy tagnak triviális neve van: metán, etán, propán, bután

• A többinek a szénatomok számát jelöli görög számnév + -án

• Tulajdonságok: - A forráspontjuk és az olvadáspontjuk a molekulák közötti diszperziós kölcsönhatások miatt alacsony, de a szénatomszám növekedésével nő. (pl. a metán gáz, a hexán folyadék és a paraffingyertya szilárd) - Apolárisak, ezért vízben nem oldódnak - Kevéssé reakcióképesek, így pl. az alkáli fémeket is petróleum alatt lehet tárolni.

• Cikloalkánok: CnH2n

• Égés: CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 = n CO2 + (n+1) H2O

H2C

H2C

CH2

CH2

CH2

H2C

H2C

H2C CH2

CH2

H2C

CH2

CH

H2C

CH

H2C

H3C CH3

ciklopentán ciklohexán 1,3-dimetilciklopentán

H

C

H

H

H

H2C

H3C CH3

H

C

H

H

C

H

H

H

metán etán propán

bután

H3C

H2C

CH2

CH3

Alkének CnH2n

• Elnevezés: Homológ sor + -én

• Tulajdonságok: - Apolárisak, ezért vízben nem oldódnak - Az alkánoknál reaktívabbak addíció (pl. propén sósavaddíciója) polimerizáció (pl. propilén => polipropilén)

• Fontosabb alkenék: etén (etilén), propén (propilén), buta-1,3-dién

• Égés: CnH2n + 3n/2 O2 = n CO2 + n H2O

etén: buta-1,3-dién

H3C

HC

CH

CH3

but-2-én

H2C

HC

CH2

CH3

but-1-én

Alkinek CnH2n-2

• Elnevezés: Homológ sor + -in

• Tulajdonságok: - Apolárisak, ezért vízben nem oldódnak - Az alkéneknél reaktívabbak addíció

• Legfontosabb alkin: etin (acetilén, C2H2)

• Égés: CnH2n-2 + (3n-1)/2 O2 = n CO2 + (n-1) H2O

HC C CH2

CH3

but-1-in

• Elnevezés: triviális nevekkel illetve szisztematikusan (lásd később Szerves kémia)

• Tulajdonságok: - Apolárisak, ezért vízben nem oldódnak - A cikloalkánoknál reaktívabbak, de aromás stabilizáció jelentkezik a speciális elektronszerkezet miatt. Ezért az addíció helyett a szubsztitúció jellemző:

• Fontosabb arének: benzol toluol naftalin

Aromás szénhidrogének

Halogénszármazékok

• Elnevezés: szubsztitúciós nomenklatúra szerint

• Tulajdonságok: szerves kémián majd részletesen

• Fontosabb halogénszármazékok: diklórmetán triklórmetán tetraklórmetán (metilén-klorid) (kloroform) (szén-tetraklorid) klórbenzol

CH

H3C CH3

Cl

2-klórpropán

Oxigén tartalmú szerves vegyületek

• Hidroxivegyületek (funkciós csoportjuk hidroxi-csoport (-OH)) Alkoholok: - Elnevezés: homológ sor + -ol - A hidroxi-csoport nem aromás gyűrűhöz kapcsolódik - A metanol és az etanol és propanol korlátlanul elegyedik vízzel (hidrogénhidas kölcsönhatás) Fenolok: - Elnevezés: lásd Szerves kémia tárgy - A hidroxi-csoport aromás gyűrűhöz kapcsolódik

• Éterek (funkciós csoportjuk éter csoport (-O-)) - Vízben rosszul oldódnak, illékonyak - Elnevezés: pl. etil-metil-éter

Oxigén tartalmú szerves vegyületek • Oxovegyületek (funkciós csoportjuk oxo-csoport (=O))

Aldehidek: - Az oxo-csoport láncvégi szénatomhoz kapcsolódik - Elnevezés: homológ sor + -al - Tulajdonságok: mérettől függően vízben oldódnak - Kimutatásuk: Fehling-próba, ezüsttükör-próba

Ketonok: - Az oxo-csoport láncközi szénatomhoz kapcsolódik - Elnevezés pl. etil-metil-keton vagy homológ sor + -on - Nehezebben oxidálhatók, mint az aldehidek, nincs bennük formil- csoport

Oxo-csoport

Karbonil-csoport

Formil-csoport

H3C CH3

O

aceton dimetil-keton propán-2-on propanon

H3CH2C

O

CH3

etil-metil-keton bután-2-on butanon

H3CH2C

O

CH2

CH3 metil-propil-keton pentán-2-on

H2C

H2C

O

CH3H3C

dietil-keton pentán-3-on

HH2C

O

CH3

H CH3

O

H

C

H

O

formaldehid metanal

acetaldehid etanal

propanal

Oxigén tartalmú szerves vegyületek

• Karbonsavak (funkciós csoportjuk a karboxil-csoport (-COOH)) - Elnevezés: homológ sor + -sav - Mérettől függően vízben jól oldódnak - Gyenge savak, vizes oldatban részlegesen disszociálnak - Metánsav (hangyasav) HCOOH; etánsav (ecetsav) CH3COOH; oxálsav (sóskasav) HOOC-COOH; benzoesav C6H5COOH

• Észterek (funkciós csoportjuk az észter csoport (-COO-)): - Elnevezés: savszármazékként (pl. metil-acetát (CH3COOCH3)) - Mérettől függően vízben oldódnak, de rosszabbul, mint a karbonsavak - Előállítás pl. direkt észterezéssel (alkohol + karbonsav reakciója): - Fontosabb észterek: R-formiát, R-acetát, R-R-oxalát, R-benzoát (R: metil, etil, …), zsírsavészterek, neutrális zsírok (trigliceridek)

COOH

benzoesav

karbonsav alkohol észter

R: alkil csoport általános jelölése pl. metil-, etil-, …

Nitrogéntartalmú szerves vegyületek • Aminok: - Elnevezés: pl. etil-metil-amin

- Fontosabb alkoholok: metil-amin, fenil-amin (anilin) - Tulajdonságok: szerves kémián majd részletesen - Előállítás: pl. alkil-halogenidekkel az ammónia hidrogénjei alkil- csoportokra cserélhetők:

NH2R NHR2 NR3 NR4+Cl-

primer amin szekunder amin tercier amin kvaterner ammónium só (elsőrendű) (másodrendű) (harmadrendű) (negyedrendű)

• Savamidok: - lásd Szerves kémia tárgy - pl. etánamid

• Nitrogéntartalmú heterociklusok: - lásd Szerves kémia tárgy

Köszönöm a figyelmet! Jó tanulást a ZH-hoz!