Gázfejlődés

Gázfejlődés

A kémiai reakciók során gyakran észlelünk gázfejlődést. A fejlődő gázok jellemzőek arra az anyagra, amiből keletkeztek, így egy ismeretlen reakció esetén a fejlődő gázok azonosítása fontos információt ad az ismeretlen anyagról. 

Minden olyan reakciót, melyben a reakció terméke közönséges körülmények között gázhalmazállapotú és az az oldattal érintkező légtérbe is kerül, gázképződéses reakciónak nevezünk. Legtöbbjük a sav-bázis reakciótípusba tartozik, de számos gázképződéssel járó redoxi reakció is ismeretes. A gázfejlődés legtöbbször heves pezsgés formájában jól észlelhető. Egzakt ellenőrzés azonban mindig ajánlatos, mivel néha a reakcióhő okozta forrás is idéz elő pezsgést, másrészt pedig ha a képződő gáz jól oldódik vízben (pl. NH3 vagy SO2), akkor előfordul, hogy pezsgést egyáltalán nem tapasztalunk.

A gázfejlődés észlelésénél a látás mellett más érzékszervi észlelések – a szaglás és hallás – is szerepet kapnak. Például vizes oldatban a

SO32– + 2 H+H2SO3H2O + SO2

reakció során a kén-dioxid viszonylag jó vízoldhatósága miatt alig vehető észre gázfejlődés, ellenben a SO2 jellemző fojtó szaga már kis koncentrációban is jól érezhető.

Az apró, szemmel szinte észrevehetetlen gázbuborékok szétpattanása a folyadék felszínén például jól hallható.

A légtérbe kerülő gázok észlelése, kimutatása az érzékszervi vizsgálatok mellett kémiai reakciókkal végezhető el megbízhatóan.

A gázfejlődéssel járó reakciók egyirányúak, a gáz eltávozik a reakcióból. Pl. Zn (sz) + HCl (aq) → ZnCl2(aq) + H2 (g) Cink + hidrogén-klorid cink-klorid + hidrogén

A legfontosabb gázfejlődéssel járó reakciók az alábbiakban foglalhatók össze:
1. Gyenge és illékony sav sójához erős savat adunk. Az erősebb sav kiszorítja sójából a gyengébbet. Pl.:

S + 2 H → H2S ↑  CN + H → HCN ↑ 
2. Gyenge, de savas közegben instabil, illetve melegítésre bomló sav sójához erősebb savat adunk. Pl.:

SO3 + 2 H → H2SO3 → H2O + SO2 ↑ CO3 + 2 H → H2CO3 → H2O + CO2 ↑3. Gyenge, illékony, vagy lúgos közegben instabil, illetve melegítésre bomló lúg sójához erősebb lúgot adunk. Pl.:

NH4 + OH → H2O + NH3 ↑
4. Redox reakciók során gyakran illékony termék keletkezik. Igen nagyszámú reakció tartozik ide. Pl. fémek savban oldása a fém és a sav minőségétől függően különböző gázok fejlődésével jár:

Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 ↑

Cu + 2 H2SO4 → CuSO4 + SO2 ↑ + 2 H2O
A sütőpor reakciója az ecettel széndioxidot termel, ezt úgy lehet bizonyítani, hogy az égő gyufa elalszik ha odarakjuk. 

A mindennapi életben is tapasztalunk gázfejlődést, pl. növények trágyázásánál, vagy amikor a bor erjed, azért kell mindig egy gyertyát vinnünk magunkkal a picébe, mert CO2 fejlődik, és nem biztos, hogy van elég oxigén.

Redoxi-folyamatok

Redoxi folyamatoknak nevezzük azokat a kémiai reakciókat, amely folyamatokban az egyik reakciópartner felvesz, a másik pedig veszít, lead elektronokat. Az elektront leadó partner oxidálódik, oxidációs száma nő. Ezek a reakciópartnerek a redukálószerek. Az elektront felvevő partner redukálódik, oxidációs száma csökken. Ezek az oxidálószerek. A redukciós és az oxidációs folyamat nem választható el egymástól, ha valamely anyag redukálódik  (azaz elektront vesz fel) kell, hogy legyen egy reakciópartner ami oxidálódik (azaz  elektront ad le). A redox reakcióban több molekula is részt vehet, azaz több anyag is  oxidálódhat vagy redukálódhat, de itt is egyértelműen kijelölhető, hogy mely anyag  oxidálódik és melyik redukálódik, továbbá a leadott és felvett elektronok száma  megegyezik egymással. Az esetek döntő többségében azonban egyértelműen  kijelölhető egy redox pár, azaz kijelölhető, hogy melyik molekula (illetve a molekula  mely atomja) oxidálódik és melyik molekula redukálódik. Példa: 2 H2 + O2 = 2 H2O A fenti folyamat leírása: a hidrogéngáz (H2) égése oxigén (O2) jelenlétében. A hidrogén oxidálódik, miközben az oxigén redukálódik. (Az oxigén oxidálja a hidrogént.) Az elemi oxigén illetve hidrogén gáz oxidációs száma 0 (nulla). A reakció során a hidrogén atomok oxidációs száma eggyel nőtt (+1 lett), miközben az oxigéné -2. Mivel a keletkezett vízmolekulában két hidrogén és egy oxigén alkot vegyületet, az oxidációs számok összege zérus (0).

Oxidálószerek lehetnek: a nagy elektronegativitású elemek, jellemzően a VI. és VII. főcsoport elemei, valamint olyan vegyületek (molekulák, ionok), melyekben magas oxidációfokú elemek találhatók (pl.: MnO−4, Cr2O2−7, H2O2)

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

Gázok

Hidrogén

Színtelen, szagtalan, a legkisebb molekulatömegű gáz, mely oxigénnel heves reakcióban vízzé egyesül (durranógáz). Így nagyobb mennyiségben csak megfelelő óvintézkedések mellett fejleszthető. A hidrogén gáz éghető és redukáló hatású.

Szén-dioxid

Színtelen, szagtalan, a levegőnél nehezebb, savas karakterű gáz, mely az égést nem táplálja. Széntartalmú anyagok oxigéndús közegben történő égetése során keletkezik.

Hidrogén-cianid

Színtelen, keserű mandulaszagú, gyengén savas karakterű, redukáló és nagyon erősen mérgező gáz, ezért cianidokkal mindig jól szívó fülke alatt szabad csak dolgozni.

Ammónia

Színtelen, szúrós szagú, a levegőnél könnyebb, bázikus karakterű gáz, mely kissé redukáló hatású.

Nitrogén-oxidok (NO, NO2)

A nitrogén-monoxid színtelen, szúrós szagú, redukáló hatású gáz, míg a nitrogén-dioxid vörösbarna, redoxi szempontból amfoter sajátságú gáz (oxidáló- és redukálószer is lehet).

Kén-hidrogén

A kén-hidrogén színtelen, záptojás szagú, gyengén savas karakterű, erősen redukáló hatású gáz.

Kén-dioxid

A kén-dioxid színtelen, fojtó szagú, savas karakterű és redukáló hatású gáz. Kén-tartalmú anyagok égetése során képződik, majd az atmoszférában kénsavvá oxidálódva a savas eső fő komponense.

Klór gáz

A klór sárgászöld színű, fojtó szagú, erélyes oxidáló és mérgező hatású gáz.

Bróm

A bróm vörösesbarna, illékony folyadék, gőze szúrós szagú és oxidáló sajátságú. Vízben mérsékelten, barnás színnel oldódik, de apoláris jellege következtében a szerves oldószerek, pl. szén-tetraklorid jobb oldószerei. 

Jód

A jód ibolyásszürke, illékony, oxidáló sajátságú szilárd anyag. A brómhoz hasonlóan vízben mérsékelten, barnás színnel oldódik, míg szerves oldószerek jobban oldják.

A gravitáció

Gravitáció

A gravitáció (más néven tömegvonzás) két, tömeggel rendelkező test között fellépő vonzóerő. A két test lehet két porszem is, de akár két csillag is. A tömegvonzás nagyságára vonatkozó törvényt Newton határozta meg először 1687-ben.
A gravitáció okozza azt hogy a Földön a testek a Föld középpontja fele esnek; a Hold a Föld körül, a Föld a Nap körül kering és hogy a Napot nem veti szét a saját sugárzása.
A szabadon eső testek gyorsulását, a nehézségi gyorsulást a Földet körülvevő gravitációs mező okozza. A gravitációs mező által a testekre kifejtett erőhatás jellemzője a nehézségi erő, melynek iránya függőlegesen a Föld középpontja felé mutat. A nehézségi erő nagysága egyenesen arányos a test tömegével: Fneh. /m=állandó=g. Az arányossági tényező neve nehézségi gyorsulás. A nehézségi gyorsulás vektormennyiség, jele g, mértékegysége m/s2. Az előbbi összefüggést átrendezve megkapjuk a nehézségi erő törvényét: Fneh. =m×g.
A gravitációs mező a Föld középpontjától távolodva gyengül, ezért a nehézségi gyorsulás nagysága a Földtől távolodva egyre csökken. Magyarországon a nehézségi gyorsulás nagysága tengerszinten megközelítőleg 9,81 m/s2, 100 km tengerszint feletti magasságnál már csak 9,5 m/s2. Mivel a Föld forog a tengelye körül, ezért a nehézségi gyorsulás értéke a földrajzi helytől is függ. Ha a Föld felszínén az Egyenlítőtől a sarkok fele haladunk, akkor a nehézségi gyorsulás értéke egyre nagyobb lesz. Ezek a különbségek a nehézségi gyorsulás értékében azonban nem nagyon számottevőek. A legtöbb esetben a feladatok megoldásánál a nehézségi gyorsulás értékét 10 m/s2-ra kerekíthetjük.

Az 1500-as évek végén mindenki biztos volt abban, hogy a nehéz testek a könnyebbeknél gyorsabban esnek. Az ókor óta így vélték, hiszen nem kisebb tekintély, mint Arisztotelész állapította meg. A jól ismert anekdota szerint Galilei, aki akkor a pisai egyetemen működött, két, különböző súlyú testet dobott le a toronyból, és azt tapasztalta, hogy azok egy időben, egyszerre értek földet. Kísérlettel, vizsgálattal cáfolta meg Arisztotelészt, példát mutatott arra, hogy egy természettudományos kérdés tisztázásánál ne valamilyen tekintélytől, hanem a természettől várjuk a választ.
A leeső test mozgásának okát elsőként Sir Isaac Newton azonosította egy erővel, amely a testre hat, és amelyet „univerzális gravitációs kölcsönhatás”- ként írt le. A később többek által kiegészített elmélet szerint két, tömeggel rendelkező test egymásra vonzerőt fejt ki, ez az erő a két test tömegközéppontját összekötő egyenesen helyezkedik el, és mindkét test tömegével arányos, ugyanakkor a testeket egymástól távolítva csökken. A gravitációs erő egyetlen feltétele és oka a testek tömege. Minden test, anyagi összetételétől, halmazállapotától, hőmérsékletétől függetlenül folyamatosan kifejti a tömegéből eredő vonzerőt. Az erő bármilyen távolságból hat, bár a távolsággal gyengül, és a gravitációs erő el nem téríthető és nem árnyékolható.
A gravitáció jelenségeinek szabályai szerint minden tömegnek van gravitációs hatása. Nagy tömegek, égitestek tömegvonzásának következményei az égbolton jól láthatóak, de sokkal kisebb tömegek vonzereje is megmérhető, különlegesen érzékeny eszközökkel.
Bármely két test között gravitációs kölcsönhatást tapasztalhatunk. A két pontszerű test között ható gravitációs erő nagysága egyenesen arányos a testek tömegével és fordítottan arányos a közöttük levő távolság négyzetével. Ez az összefüggés a Newton- féle gravitációs erőtörvény ahol f a gravitációs állandó, m1 és m2 a két test tömege, r pedig a közöttük levő távolság Fg=f× m1×m2/ r2

Súlytalanság

Súlytalanság

Súlytalanság esetén a testre csak a nehézségi erő hat, a felfüggesztés vagy az alátámasztás nem fejt ki rá erőt. Tehát minden szabadon erő vagy elhajított test a súlytalanság állapotában van! A Föld körül kikapcsolt hajtóművel keringő űrhajó az űrhajósokkal együtt a súlytalanság állapotában van. A Föld körül keringő űrhajóst azonban a Föld nehézségi ereje továbbra is a Föld középpontja felé húzza. Az űrhajós azért érzi magát súlytalannak, mert folyamatosan szabadon esik. Nagyon nagy oldalirányú sebessége miatt a szabadesés közben azonban mindig,,kiszalad” alóla a Föld. Így a szabadesés gyorsulása éppen megegyezik a körmozgásának a gyorsulásával. Ezért nem csapódik be a Földbe, hanem kering a Föld körül. A súlytalanság érzésére az űrhajósoknak fel kell készülniük különböző berendezések és számos repülés segítségével. A súlytalanság állapotának megismerésére, illetve a súlytalanság állapotában elvégzett kísérletekre például egy olyan repülés alkalmával van a lehetőség, amikor a repülőgép parabolaívet ír le, miközben belsejében minden szabadon esik. A súlytalanság állapota közel 20 másodpercig tart egy-egy ilyen emelkedés után.
A súlytalanság élettani hatásait még jórészt nem ismerjük, azonban az űrrepülési kísérletek bebizonyították, hogy néhány hetes, hónapos súlytalansági állapot még nem jár maradandó károsodással.
Az Eötvös effektus Az Eötvös effektus lényege, hogy a föld felszínén kelet és nyugat felé mozgó vonatkoztatási €rendszerekben látszólag eltérő gravitációs tér mérhető. Galilei és Newton mechanikájának alapján szükségszerű e változás és szemléletesen magyarázható. A nehézségi erő tulajdonképpen két erőnek, éspedig a Föld vonzóerejének és a Föld forgásából eredő centrifugális erőnek az eredője. Minthogy a Föld tömegeloszlása, valamint forgássebessége állandó, így a Földön nyugvó tárgyak súlya is változatlan.

Súly

Súly

Vizsgáljuk meg, hogy az asztalon nyugvó könyvre milyen erők hatnak! A testre egyrészt hat a nehézségi erő, másrészt az asztal által a testre kifejtett tartóerő, amely a nehézségi erővel megegyező nagyságú, de ellentétes irányú. A hatás- ellenhatás törvénye értelmében a könyv az asztalra is erőt fejt ki, amely erő a tartóerő ellenereje. Azt az erőt, amelyet a test alátámasztására, illetve a felfüggesztésre kifejt, súlyerőnek, röviden súlynak nevezzük. A súlyerő nagysága megegyezik a tartóerő nagyságával, de iránya azzal ellentétes (erő- ellenerő kapcsolatban vannak egymással). A hétköznapi életben a tömeg és a súly fogalma gyakran összekeveredik. A fizikában viszont figyelnünk kell a két mennyiség megkülönböztetésére. A súly erő, és nem tömegjellegű mennyiség! Egy adott test tömege mindenütt ugyanakkora, súlya azonban különböző lehet. Egy adott tömegű test súlya függ a földrajzi helytől, a tengerszint feletti magasságtól, a testre ható erőktől és a test gyorsulásától.
A holdjáró autók tervezőinek figyelembe kellett venniük, hogy az űrhajósok súlya megváltozik a Holdon. A holdjárókat kifejezetten úgy tervezték, hogy a Hold felszínén mozogjanak, így a földi közlekedésre nem alkalmasak, mert összeroppannának az űrhajósok és felszerelésük súlya alatt.

Fizika - feladatok

Feladatok

1 . Mekkora erővel nyomja a frissen tisztított laminált padlót a 300 kg tömegű  hipogriff, ha rajta ül a 60 kg tömegű kerekszemüvegű,világos szemű, sebhelyes homlokú varázspácás fiatalember a magyarországi forgatás közben?
Fneh. = mössz * g = (300kg + 60kg) * 10m/s2

2.  Egy fáról leesik egy 15dkg tömegű kajszibarack. Mekkor a barackra ható nehézségi erő, mekkora a barack súlya?