Sánta Csaba:
SuliPlussz - DiákRepeta
A KLASSZIKUS ENERGIA - 2. rész
Energiák a kémiában
Folytatjuk barangolásunkat az energia birodalmában. Most a kémiai
rendszerek és folyamatok hátterét vizsgáljuk. Kezdjük valahol az
átmenettel. A múltkor a termodinamika főtételeivel hagytuk abba, azt
mondván, hogy ez egy jó modellje lehet általában is energetikai
rendszerek jellemzésének.
Egy másik ugyanilyen általános, akár filozófiai vonatkozású elmélet az
atom elektronpályáit, az azokon szerveződő, helyüket elfoglaló
elektronokat jellemző kvantumszámok világa.
Négy kvantumszám létezik. A főkvantumszám az elektron pályáját (azt a
térrészt, ahol megtalálási valószínűsége 90 százalékos) határozza meg.
A mellékkvantumszámmal együtt az elektron összes energiáját is
meghatározzák. A mellékkvantumszám az elektronpálya különböző
energiaszintjeit adja, lényegében az elektronpálya alakját. A mozgó
elektronok maguk körül mágneses teret hoznak létre. Mágneses terek
erővonalai viszont csak meghatározott szögeket zárhatnak be egymással.
Így az elektronpályák térbeli irányait egy új, úgynevezett mágneses
kvantumszámmal kell jellemeznünk. A negyedik a spinkvantumszám. Spin
alatt a részecske saját, minden mozgástól független, nem csökkenthető,
nem növelhető impulzusmomentuma (perdülete), amely azonban nem
vezethető vissza tengely körüli forgásra. A spin a részecske egy olyan
jellemzője, ami a tömege, a töltése stb. mellett, azoktól függetlenül
jellemzi.
A négy kvantumszámra még két nagyon fontos törvény is érvényes.
Hund-szabály: röviden arról szól, hogy az elektronok úgy épülnek be az
elektronhéjba, hogy a legkisebb energiájú szabad helyet foglalják el.
Ez lényegében a természet egészére jellemző energiaminimumra való
törekvés elvét jelenti.
Pauli-elv: Egy atomon belül nem fordulhat elő olyan két elektron,
amelyek mind a négy kvantumszámukban azonosan lennének jellemezhetőek.
A kvantumszámok az elektronok mozgásának energetikai jellemzőit adják,
ugyanakkor alapját képezik a Mengyelejev (1834-1907) féle periódusos
rendszernek, így a teljes kémiának is.
Kémiai kötéseknél (elektrovalens: elektron "átvételével" megvalósuló
és kovalens: elektron közössé válásával létrejövő formáinál egyaránt)
szintén energia-átalakulások jelentkeznek. A kémiai kötés minden
esetben energia, kémiai kötés létrejötte és megszűnte mindig energia-
transzfer folyamat.
Az atomok elektromosan semleges szerkezetek. Elektron leadásával és
felvételével ionokká alakíthatóak.
Azt a legkisebb energiát, amely ahhoz szükséges, hogy 1 mol gáz-
halmazállapotú atomból kation képződjék (elektron leadása), ionizációs
energiának nevezzük. Az ellenkező folyamatot jellemző energiát (aionok
képződése - elektronfelvétel) elektronaffinitásnak nevezzük.
Az elektronegativitás pedig azt fejezi ki, hogy milyen annak a
törekvésnek a mértéke, amellyel egy atom kötést létesítő elektronokat
a stabil állapot elérése érdekében maga felé vonzza.
Az atompálya és a molekulapálya összehasonlításakor pedig az mondható
el, hogy két atompálya energiájának az átlaga mindig nagyobb mint a
létrejövő molekulapálya energiája. Tehát a molekulák képződése
megfelel az energiaminimumra való törekvésnek, így talán nem is
meglepő, hogy elemi formában csupán a nemesgázok fordulnak elő a
természetben.
A kémiának még két nagy területén számottevő az energiák szerepe, a
termo- és az elektrokémia világában. Ezekre a későbbiekben még
visszatérünk majd. Ám legközelebb az energia biológiai szerepét
vizsgáljuk.
taCs
Duna Televízió * DunaText * Y-akták
1996. október 16. - 1996. október 30.