KÉMIAI ALAPFOGALMAK

KÉMIAI ALAPFOGALMAK

SI és egyéb mértékrendszerek

A fizikában és a kémiában használt mennyiségek mértékegységei igen fontosak. A mennyiség két egymástól független tényezö, a számérték és a mértékegység szorzata. Például az 50 cm³ kifejezésben az 50 a számérték (méröszám), a cm³ pedig a mértékegység. A mértékegység a fizikai mennyiség megállapodás szerinti értéke, a méröszám azt fejezi ki, hogy a mért mennyiség a mértékegységnek hányszorosa.

A dimenzió a mennyiség fizikai definíciója. Például a sürüség dimenziója tömeg/térfogat. Mértékegysége lehet például g/cm³, vagy kg/dm³.

A fizikai mennyiségekkel végzett müveletekre is érvényesek az algebrai szabályok, a megoldás a számérték mellett a mértékegységet is megadja. Például a V dm³ térfogatú, kg/dm³ sürüségü  anyag tömege:

m = ˇV = (kg/dm³⁾ˇdm³ = kg ˇ

A fizikai mennyiségek jelölései a tudomány fejlödésével együtt alakultak ki, és folyamatosan változtak. Ugyanannak a mennyiségnek többféleképpen jelölték. Például a munka, mint fizikai mennyiség jele volt , L, és A is.

A mértékegységek száma szinte áttekinthetetlenné vált, ezek országonként és idöben is nagyon eltértek. Példaként néhány régi magyar térfogategység: 1 bécsi akó = 56.59 dm³, 1 magyar akó = 54.3 dm³, 1 magyar icce = 0.848 dm³.

Az angolszász egységek erösen különböztek a kontinensen használtaktól,

és néhányat még ma is használnak, ilyenek például:

1 barrel (olajiparban) = 1.588 m³, 1 cubic foot = 28.32 dm³, 1 cubic inch =28.32 cm³.

Az USA-ban használt egységek általában hasonlóak voltak az angolszász egységekhez, bár voltak kisebb-nagyobb eltérések. Például: 1 barrel (olajiparban) = 1.59 m³, 1 fluid ounce = 29.57 cm³, 1 gallon = 3.785 dm³

A nemzetközi tudományos és szabványosítási szervezetek által kidolgozott mértékegység-rendszer (Systčme International d`Unitčs, rövidítve SI) egységesíti és definiálja a mértékegységeket, azok jelöléseit, és a méröszámok használatát is szabályozza. Magyarországon ezek használata 1980 óta kötelezö. (1. táblázat.)

(A hét alapegység mellett két kiegészítö egységet is használnak, ezek a síkszög és a térszög mértékegységei).

Az SI alapmennyiségek nemzetközileg elfogadott mennyiségek, a kilogramm

kivételével valamilyen természeti mennyiség alapján definiálva. A mennyiségek jele

is nemzetközileg egységesített, egy, vagy két latin betü, vagy egy görög betü, melyeket  nyomtatásban dölt betükkel kell kiemelni. A mennyiségek szorzásánál a szorzást a mennyiségek jele közötti szorzóponttal ( ٠ ) jelölni kell.

1. táblázat. Az SI alapmennyiségek és mértékegységek

Az SI alapmennyiségek Az SI mértékegységek

neve jele neve jele

Hosszúság l méter m

Tömeg m kilogramm kg

Idö t másodperc s

Elektromos áramerösség I amper A

Hömérséklet T kelvin K

Anyagmennyiség n mól mól

Fényerösség Iv kandela cd

A gyakorlati életben, a fizikában és a kémiában használt sokféle mennyiség egységeit az alapegységekböl algebrai müveletekkel vezették le, ezek a származtatott egységek, melyek száma több száz. Az összes többi mennyiséget a hét alapmennyiségböl származtatjuk. A leggyakrabban használt származtatott egységeket a 2. táblázatban tüntettük fel.

Az alap- és a származtatott egységek gyakran túlságosan nagyok, vagy túlságosan kicsik a mérendö mennyiséghez képest, ezért azok többszöröseit, vagy törtrészeit vesszük egységnek. Prefixumnak nevezzük azt a decimális szorzót, mellyel a mértékegységet szorozva, olyan egységhez jutunk, mellyel a mérendö mennyiség méröszáma sem túl nagy, sem túl kicsi. Célszerüen úgy választjuk meg a prefixumot, hogy a méröszám ne legyen kisebb 0,001-nél, és ne legyen nagyobb 1000-nél. A decimális szorzók általában egymásnak ezerszeresei. (3. táblázat). A prefixum jele és a mértékegység jele közé írásjelet nem teszünk.

Természetesen lehetséges a mértékegységeknél kisebb, vagy nagyobb mennyiségeknél az, hogy nem használunk prefixumokat, hanem a méröszámot 10 megfelelö hatványával szorozzuk. Így például az 1 ng helyett írhatunk 10^-9 g-ot, az 1 MPa helyett 10⁶ Pa-t, stb.

Nagyon kis arányok (koncentrációk) kifejezésére ma is használatosak a következö egységek:

ppm (part per millia) = milliomod rész: 1 egységnyi elegyben, keverékben, oldatban 10^-6 rész anyag.

ppb (part per billia) = billiomod rész: 1 egységnyi anyagban 10^-9 rész anyag.

ppt (part per trillia) = trilliomod rész: 1 egységnyi anyagban 10^-12 rész anyag.

2. táblázat. Néhány származtatott SI mennyiség

Néhány származtatott SI-mennyiség

mértékegységeinek

__________ ______ ____ _____

neve jele neve jele kifejezése

Erö                                           F newton N N = kg.m/s²

Munka (hömennyiség) w, W, q joule J J = N.m

Nyomás                                 p, P pascal Pa Pa = N/m²

Teljesítmény P watt W W = J/s

Elektromos töltés Q coulomb C C = A.s

Elektromos feszültség U, ∆V, ∆φ, φ, volt V V = W/A

Elektromos ellenállás                 R ohm Ω Ω = m².kg.s^-3.A²

Sürüség (tömeg/térfogat) ρ kg/m³

Relativ sürüség                          d 1

Energia    E J J = N ٠m

Móltört xB, yB 1

Molaritás  cB mol/m3

Molalitás mB, mol/kg

Hömérséklet    (şC-ban mérve) t şC

Ion töltésszáma                             zB 1

Rendszám, protonszám                 Z 1

Térfogat      V dm³

3. táblázat. Az SI prefixumok      

A decimális szorzó A prefixum Megjegyzés

számértéke neve jele

10 E¹⁸ exa- E

10 E¹⁵ peta- P

10 E¹² tera- T

10 E⁹ giga- G

10 E⁶ mega- M

10 E³ kilo- k

10 E² hekto- h Csak hl

10 E¹ deka- da Csak dag, dkg

10 E^-1 deci- d Csak dm, dl

10 E^-2 centi- c Csak cm, cl, cg

10 E^-3 milli- m

10 E^-6 mikro-

10 E^-9 nano- n

10 E^-12 piko- p

10 E^-15 femto- f

10 E^-18 atto- a

A mindennapi gyakorlatban meghonosodott, nem SI-egységek közül az

alábbiak (4. tábl.) használhatóak. 

4. táblázat. Néhány, nem SI-egység, melyek használata megengedett

Mérendö mennyiség Mértékegység

neve jele

Térfogat liter l

Tömeg tonna t

Idö perc min

óra h

nap d

hét, hónap, év

Sebesség kilométer/óra km/h

Hömérséklet Celsius fok şC

Munka, energia wattóra Wh

Földterület hektár ha

Nyomás (gáz, vagy folyadék) bar bar

Régebbi kiadású könyvekben természetesen az akkor használt nem SI rendszerü mértékegységekkel találkozunk. Föleg a nyomás, a munka és az energia azok a mennyiségek, melyeket gyakran kell átszámolnunk az SI egységekre.Ehhez adnak segítséget a a mellékletek 1. és 2. táblázatai.

A mennyiségek egyik része független annak az anyagi rendszernek a méretétöl, tömegétöl, kiterjedésétöl, amelyre hat. Ezeket a mennyiségeket intenzív, vagy potenciál-jellegü mennyiségeknek nevezzük. Ilyenek például a nyomás, az elektromos potenciál, az erö.

A mennyiségek másik része függ a rendszer paramétereitöl, ezeket extenzív mennyiségeknek nevezzük. Ilyenek például a térfogat, a tömeg, a molszám. Az extenzív mennyiségek neve elött a moláris szó az anyagmennyiséggel való osztást jelenti, azaz egységnyi anyagmennyiségre vonatkozik. Például a Vm a moláris térfogatot (móltérfogatot) jelenti. Ha az extenzív mennyiségek a standardállapotban mért értéket adják meg, akkor a jelük a felsö indexbe tett o jel. Például V^om a standard moláris térfogatot jelenti.

Az extenzív mennyiségek neve elött a fajlagos (esetleg szóösszetételben faj-elötag) általában az egységnyi tömegre vonatkoztatott értéket jelenti.

A mennyiségek különbségének, vagy változásának leírására a következö

jelöléseket használjuk:

δ kis különbség jelzésére,

d kis változás (infinitezimálisan kis változás) jelzésére,

∆ véges változás, vagy különbség jelzésére.

Néhány matematikai jelölés, melyeknek alkalmazása általános: ( ezeket a jelöléseket más célra ne használjuk).

log, vagy lg = 10 alapú logaritmus, log _a = a alapú logaritmus, ln = e alapú logaritmus, e = a természetes logaritmus alapja ≈ 2.7183.

A mennyiségek szorzását általában a mennyiségek jelei közé tett szorzóponttal jelöljük. A prefixumok jele és a mértékegység jele közé írásjelet nem teszünk.

5. táblázat. Fontosabb természeti állandók és általánosan használt jelek

Megnevezése Jele Számértéke Mértékegysége

Avogadro-állandó NA 6.022.10²³ mol^-1

Boltzmann-állandó k 1.38.10^-23 J/K

Faraday-állandó F 96480 C/mol

Moláris térfogat Vm 2.2414.10^-2 m³/mol

Egyetemes gázállandó R 8.314 J/mol ٠K