Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás...
Transcript of Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás...
![Page 1: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/1.jpg)
• Fizikai módszerek anyagok tisztítására
- Szublimáció
Általános és szervetlen kémia
Laborelıkészítı elıadás I.
• Halmazállapotok, fázisok
• Fizikai állapotváltozások (fázisátmenetek), a Gibbs-féle fázisszabály
- Átkristályosítás
- Desztilláció (ideális/nemideális elegyek, azeotrópia)
![Page 2: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/2.jpg)
Az anyag halmazállapotai I.
Szilárd - kristályos
Halmazállapot
- amorf
Entitások elhelyezkedése; mozgása Példa
![Page 3: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/3.jpg)
Az anyag halmazállapotai II.
Halmazállapot Entitások elhelyezkedése; mozgása Példa
![Page 4: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/4.jpg)
Az anyag halmazállapotai III.
Folyadék
Halmazállapot Entitások elhelyezkedése; mozgása
Gáz
Szuperkritikus fluid
állapot (nagy T, p)
• szuperkritikus N2 (T > -147 °C, p > 3,4 MPa)
• szuperkritikus CO2 (T > 31°C, p > 7,3 MPa)
• szuperkritikus H2O (T > 374 °C, p > 22 MPa)
![Page 5: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/5.jpg)
Az anyag halmazállapotai IV.
Plazmaállapot:
túlhevített,
ionizált gáz
Halmazállapot Entitások elhelyezkedése; mozgása
molekulák → atomok → kationok és elektronok
a plazma elektromos vezető, áramok folynak benne
![Page 6: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/6.jpg)
Definíciók a halmazállapot-változások tárgyalásához
• fázis: az anyag kémiai összetételben és fizikai tulajdonságaiban egységes
(homogén és izotróp) tartománya, a környezetétől határfelület
választja el
• gőznyomás (tenzió): zárt edényben egy kondenzált fázissal dinamikus
egyensúlyban levő gáz nyomása, adott hőmérsékleten
![Page 7: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/7.jpg)
A tiszta víz fázisdiagramja
folyadék
szilárd
p (kPa)
T (°C)
gáz
![Page 8: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/8.jpg)
A Gibbs-féle fázisszabály (a víz példáján)
F + Sz = K + 2
F =
Sz =
K =
• fázison belül:
p
T• fázisátalakulási görbe mentén:
![Page 9: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/9.jpg)
A szén-dioxid fázisdiagramjap (kPa)
T (°C)
![Page 10: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/10.jpg)
A jód fázisdiagramjap (kPa)
T (°C)
![Page 11: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/11.jpg)
Többkomponensű rendszerek
• összetételi változók: tört (százalék), koncentrációfajták...
• telített oldat:
• oldhatóság:
• túltelített oldat:
![Page 12: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/12.jpg)
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
szénpor
CuSO4
KAl(SO4)2
Old
ható
ság
(g /
100
g ví
z)
T (°C)
Szennyezett timsó átkristályosítása
![Page 13: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/13.jpg)
Folyadék-gőz egyensúlyok
• Folyadék egyensúlyi gőznyomása (tenziója), forráspontja
• „B” folyadék illékonyabb, mint „A”, ha pB > pA és TB* < TA
*
Ideális biner folyadékelegyek
BA
A
A
+=
nn
nx
• az oldat feletti gőz össznyomása a két tenzió összege (Dalton-törvény):
A*AA = xpp
B*BB = xpp
• Raoult-törvény (1887)
![Page 14: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/14.jpg)
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Öss
sz gőzn
yom
ás (
kPa)
A benzol móltörtje, x B
Benzol-toluol elegy gőznyomásgörbéje
*Ap
*Bp
— gőzösszetétel-görbe
(vaporgörbe)
— folyadékösszetétel-
görbe (likviduszgörbe)
T = 20 °C
gőz
folyadék
Öss
z. gő
znyo
más
(kP
a)
![Page 15: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/15.jpg)
A desztilláló berendezés részei és működése
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
![Page 16: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/16.jpg)
75
80
85
90
95
100
105
110
115
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
For
rásp
ont
(°C
)
A benzol móltörtje, x B
Benzol-toluol elegy forráspontgörbéje
*BT
100 kPa külső nyomáson*
AT
gőz
folyadék
![Page 17: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/17.jpg)
75
80
85
90
95
100
105
110
115
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
For
rásp
ont
(°C
)
A benzol móltörtje, x B
Benzol-toluol elegy frakcionált desztillációja
*BT
100 kPa külső nyomáson*
AT
gőz
folyadék
![Page 18: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/18.jpg)
Desztillációs készülékek
egyszerű desztillációs berendezésfrakcionált desztillációra alkalmas berendezés
![Page 19: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/19.jpg)
Nemideális elegy: a sósav desztillációja
90
95
100
105
110
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Hő
mér
sékl
et (
°C)
A HCl tömegtörtje
![Page 20: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/20.jpg)
• Ioncsere
Általános és szervetlen kémia
Laborelıkészítı elıadás II.
• Reális elegyek desztillációja: etanol
• Megoszlási egyensúly, folyadék-folyadék extrakció
• A víztisztítás további módszerei
• Az anyagtisztítási módszerek összefoglaló áttekintése
• Arrhenius sav-bázis elmélete
- savak és bázisok erőssége
- sók előállítása
![Page 21: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/21.jpg)
78
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
102
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Hő
mér
sékl
et (
°C)
V /V % alkohol
Alkohol-víz elegyek frakcionált desztillációja
folyadék
gőz
![Page 22: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/22.jpg)
A és B folyadékok ideális és reális elegyei
Ideális elegy Reális elegy
2. típus
Kölcsönhatás
erőssége
Példa
1. típus
Elegyedési hő
Elegyedési
térfogatváltozás
Összes
gőznyomás
Szélsőérték (p-konc.)
Szélsőérték (T-konc.)
![Page 23: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/23.jpg)
Megoszlási egyensúly, kirázás
• Apoláris anyag átoldódása vízből egy vízzel nem elegyedő oldószerbe
• pl. I2 megoszlása víz és CHCl3 között:
⇒
85'
'
aq
org==
c
cD
org
aq
aq
org
/)(
/
V
V
xm
x
Vxm
VxD ⋅
−=
−=
aqorg
aqorg
/1
/
VDV
VDVmx
+⋅=
n
VDV
VDVm
+⋅=
aqorg
aqorg
/1
/
![Page 24: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/24.jpg)
Ioncserélő gyanta előállítása
• nagy molekulatömegű, szintetikus, térhálós polimer
• sztirol és divinil-benzol (térhálósító) kopolimerizációja:
CH
CH2
+
CH
CH2
CH
CH2
+
CH
CH2CH
CH2
+ +
CH
CH2CH
CH2
+ ...
+ ...
...
CH
CH2
CH2
CH
CH2
CH2
CH
CH2
C
CH2
C
CH2CH2
...
térhálósodási fok ~ % DVBsztirol
divinil-benzol(DVB)
kopolimer
![Page 25: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/25.jpg)
RR
RSO3 SO3 SO3 SO3 SO3
SO3 SO3 SO3 SO3 SO3
- -- - -
- - - - -
Kationcserélő gyanta szerkezete
• erősen savas gyanta:
• gyengén savas:
![Page 26: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/26.jpg)
• erősen bázikus gyanta:
• gyengén bázikus:
RR
RN(CH3)3 N(CH3)3
N(CH3)3
N(CH3)3 N(CH3)3 N(CH3)3
++ +
+ + +
Anioncserélő gyanta szerkezete
![Page 27: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/27.jpg)
Az ioncsere gyakorlata
• Mindig először kationcsere, aztán anioncsere
• Kevertágyas ioncserélő:
• A teljes kationcsere H+-okat termel,
a teljes anioncsere ugyanannyi OH− iont (elektroneutralitás):
H+ + OH− = H2O
• A gyanta ioncserélő kapacitása:
• A kationcserélő gyanta regenerálása:
• Az anioncserélő regenerálása:
![Page 28: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/28.jpg)
• Gázhidrátok képződése
További víztisztítási módszerek alapjai I.
nagy
Sótartalom Gazdaságos eljárás
• Desztilláció
(tengervíz:
3.5%)
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
![Page 29: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/29.jpg)
< 1%
”brakkvíz”• Fordított ozmózis
További víztisztítási módszerek alapjai II.
Sótartalom Gazdaságos eljárás
![Page 30: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/30.jpg)
< 1%
”brakkvíz”
• Elektrodialízis
< 0.1% • Ioncsere
További víztisztítási módszerek alapjai III.
Sótartalom Gazdaságos eljárás
![Page 31: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/31.jpg)
Módszerek az oldószer víz eltávolítására
• Bepárlás csökkentett nyomáson
• Liofilizálás (fagyasztva szárítás)
T (°C)
![Page 32: Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítıelıadás I.scholar.semmelweis.hu/beniszabolcs/wp-content/uploads/sites/31/... · •Fizikai módszerek anyagok tisztítására](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022020215/5baa0ef109d3f236608db0d9/html5/thumbnails/32.jpg)
Az anyagtisztítási módszerek összefoglalása
Egyensúly
Szilárd / gőz
Tisztítási módszer Alapfeltétele Példa
Folyadék/foly.
megoszlás
Szilárd / gőz
Szilárd /
oldott anyag
Folyadék / gőz
Ionmegoszlás
oldat / gyanta
Ozmózis