Beküldési határidő: 2013.jan.11.

Név: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Osztály:. . . .  Helység / iskola: . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Kémia tanár neve: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  .                                                                 

TAKÁCS  CSABA  KÉMIA  EMLÉKVERSENY,  X.-XII. osztály, I. forduló,

2012 / 2013 –as tanév, XVIII. évfolyam

A feladatlap  sajátossága: „majdnem csupa idézet”

1. Lacza Tihamér: Bűvös táblázat című könyvében (Lilium Aurum, Dunaszerdahely, 2006) olvastam  (részletek):

„A Bibliában (az Ószövetség könyveiben) szó esik egy neter nevű anyagról, amelyet már az egyiptomiak is ismertek, és később különböző görög szerzők (Arisztotelész,…stb.) nitron, … nitrum néven említik. Ez főleg ………………………..vonatkozott, de olykor a ………………………..(fahamura), …………………….is értették….Az arab alkimisták a nitrum kifejezést idővel nátronná módosították. A fahamut az arabok qualjannak vagy alqujannak nevezték és feltehetően egy … arab alkimista, … aki Európában Geber-ként vált ismertté a XIII. században - felelős azért, hogy ez a kifejezés európai olvasatban alkálivá módosult….”

a)   Milyen anyago(ka)t jelentettek az idézet szövegében kiemelt elnevezések? Add meg az anyag(ok) kémiai megnevezést és képletét!                                                                    (2,0 p)

      b)   Georg Ernst Stahl 1702-ben ismerte fel, hogy a fenti megnevezések nem azonos anyagokat jelölnek. Több, mint 50 évvel később (1758) Andreas Sigismund Marggraf (1709 - 1782) lángfestéssel különböztette meg az anyagolat. Add meg a vegyületek ma ismert köznapi elnevezéseit, valamint a nemvilágító gázlángban megjelenő színüket!                 (1,5 p)

      c)   Milyen összetételű kristályhidrátjai ismertek a b)-válaszban megadott vegyületeknek?                                                                                                       (1,0 p)

2. Az interneten olvastam:

„Gyógyszeres értekezések, mellyeket a’ királyi magyar tudományos mindenességben tekintetes Schuster János királyi oktató vezérlése alatt a’ magyar nevendék gyógyszeresek kiszabott készítményeik elő állítására közönségesen elmondottak 1829-dik (és 1830-dik) esztendőben. Pesten 1829; 1830)

      „Tartalom”-ból részletek: néhány vegyület korabeli elnevezése:

(1) hamany vasany kéklet…; (2) hamany zöldlet…; (3) égető hamag…; (4) fojtósavas ezüstag…; (5) hamany ibolat…; (6) ibológyulatsavas hamag…; (7) kénsavas keserag…; (8) kéklőgyulatsav…; (9) vasany kéklet …; (10) fojtósavas hígats…; (11) maró szikag…; (12) mészany kénet…; (13) zöldgyullatsavas sulyag…; (14) szénsavas vasag…; (15) kénsavas-rézagos húgyag…; (16) égetett keserag…; (17) kénsavas vasag…; (18) kéngyulatsavas dárdats…; (19) villósav…; (20) póró sav….

      a)   Add meg az elnevezésekben szereplő alábbi megnevezések mai megfelelőjét:

hamany = ………………….;  kéklet = ……………………….;  zöldlet = ……………………………..;

fojtósav = ……………………;  ibolat = ………………………; ibológyulatsav= ………………….;

            keserany = …………………;  keserag = ……………………;  szikag = ………………………………..;

            kéklőgyulatsav = …………………..;  zöldlőgyulatsav = …………………………………..;

            súlyag = ……………………;  kéngyulatsav = ………………………………..                          (2,0 p)

      b)   Add meg az (1) - (20) régi elnevezéseknek megfelelő mai megnevezést és képletet!

        (8,0 p)

      (1) ……………………………………………………….  (2) ………………..…………………………………………..

      (3) ……………………………………………………….  (4) ………………..…………………………………………..

      (5) ……………………………………………………….  (6) ………………..…………………………………………..

      (7) ……………………………………………………….  (8) ………………..…………………………………………..

      (9) ……………………………………………………….  (10) ………………..…………………………………………..

      (11) ……………………………………………………….            (12) ………………..…………………………………………..

      (13) ……………………………………………………….            (14) ………………..…………………………………………..

      (15) ……………………………………………………….            (16) ………………..…………………………………………..

      (17) ……………………………………………………….            (18) ………………..…………………………………………..

      (19) ……………………………………………………….            (20) ………………..…………………………………………..

3. Kötésszögtorzulások

      a)   Olvasd el a b) - e) kérdéseket és ezeknek alapján magyarázd meg, hogy mit jelent a „kötésszögtorzulás”!                                                                                               (1,0 p)

      b)   Mennyi a kötésszögtorzulás értéke a ciklohexán molekulában síkalkatú gyűrűt véve alapul? Válaszodat magyarázd meg!                                                                     (1,25 p)

      c)   Mennyi a kötésszögtorzulás értéke a ciklopentán molekulában síkalkatú gyűrűt véve alapul? Válaszodat magyarázd meg!                                                                     (1,25 p)

      d)   Mennyi a kötésszögtorzulás értéke a ciklobután molekulában síkalkatú gyűrűt véve alapul? Válaszodat magyarázd meg!                                                                     (1,0 p)

      e)   Mennyi a kötésszögtorzulás értéke a ciklopropán molekulában síkalkatú gyűrűt véve alapul? Válaszodat magyarázd meg!                                                                     (1,0 p)

      f)    A b) - e) válaszok alapján sorold fel a megadott cikloalkánok növekvő stabilitási sorrendjét  - sík alkatú gyűrűt feltételezve!                                                                  (0,5 p)

      g)   Egy vegyületnek a reális stabilitását többek között egy termokémiai adattal is meg szokták adni (ez az entalpiaváltozás, ΔH, kJ/mol): minél kisebb ez az érték, annál stabilabb az adott vegyület. Ennek alapján az f)-pontban megadott stabilitási sorrend módosul: ciklo-C₃H₆ (53) < ciklo-C₄H₈ (27) < ciklo-C₅H₁₀ (-77) < ciklo-C₆H₁₂ (-123). (A zárójelben a ΔH, kJ/mol értékek találhatók).

(1) Az f)-pontban megadott válaszhoz viszonyítva hol van a stabilitási sorrenben az eltérés?                                                                                                           (0,5 p)

(2) Keress magyarázatot az (1)-ben megadott „ellentmondásra”!                    (1,5 p)

4. Jég, ami ég. Metán-hidrátok                  (Forrásanyag: „Természet Világa” 2011-es Kémia különszáma alapján)

A feladványnak két „furcsa” címe van, keressük együtt a magyarázatot ezekre a furcsaságokra.

      a)   Nézz utána, hogy milyen „képződmények” a metán-hidrátok?                            (1,5 p)

      b)   A XX. század mely éveiben okozott a metán-hidrát az alacsony hőmérsékletű környezetbe fektetett gázvezetékekben gondot? (Ennek felismerése vezetett el az említett molekuláris társulások létezésének felfedezéséhez). Miben nyilvánult meg a fentiekben említett nehézség?                                                                                                    (1,25 p)

      c)   Az előbbiek értelmében magyarázd meg a feladat címében szereplő „jég, ami ég” kifejezés létjogosultságát, valamint a „szilárd földgáz” használt kifejezést!        (1,5 p)

      d)   Szakértői vélemények szerint világviszonylatban (pl. US Geological Survey) mekkora tömegű CH₄ „rejtőzik” a metán-hidrátokban? Ez milyen értéket jelent a jelenlegi ismert „hagyományos” földgázkészletben található CH₄ összmennyiségéhez viszonyítva?

                                                                                                                                           (1,5 p)

      e)   Milyen szerkezeű „kalitkában” fordulnak elő leggyakrabban a CH₄-molekulák? (Megj. ezek jelölése a 4-, 5- ill, 6-szögeket számát a megfelelő számérték jobb felső indexeként feltüntetett számérték jelöli; a kalitkák különböző szögeket tartalmazhatnak különböző számban!) Jelölj meg min. 3 különböző kalitkát!                                                                                    (0,75 p)

      f)    Mi a legegyszerűbb kalitka „mértani” megnevezése, milyen szerkezetet jelöl ez és mi a szokásos jelzése (e-vlasz alapján)?                                                                     (0,75 p)

      g)   Figyelembe véve a d)-kérdés válaszát, tekinthetők-e a metán-hidrátok a jövő energiaforrásainak? Válaszodat indokold meg!                                                        (1,5 p)

      h)   Milyen környezeti kockázatokkal járhat a metán-hidrát kitermelése?            (1,25 p)

5. „Elméleti feladat”

      Adott 10 mól alkánelegy, amely a C₁ ® C₁₀₀ komponenseket ekvimolekuláris arányban tartalmazza.

      a)   Add meg a 13, 23, 33, 43, 53, 63, 73, 83, 93 és 100 C-atomos alkánok összegképletét és nevét!                                                                                      

      C₁₃H… , ……………………....….;  C₂₃H…, ………….…………………;  C₃₃H…., ………….………………….;

      C₄₃H…., …………………….……..; C₅₃H…, …………….………………;  C₆₃H…., ………….…………………..;

      C₇₃H…, …………………………….; C₈₃H…., …………………………….;  C₉₃H….., ………………………………;

      C₁₀₀H….., …………………………..                                                                                         (2,5 p)

      b)   Feltételezve, hogy a megadott elegy elégetése teljes átalakulással történik, mekkora térfogatú, 20 tf.%-os levegőre van szükség (normál körülmények, m³-ben megadva)?    (4,25 p)

(Megj.: keress egy matematikai összefüggést, amellyel kiszámolhatod az ekvimolekuláris elegy elégetéséhez szükséges O₂, majd levegő térfogatát! Nem fogadom el maximális pontszámmal azt a megoldást, ahol C₁® C₁₀₀ minden tagjának elégetéséhez külön kiszámított O₂-térfogat szerepel! (Tehát kell egy kis matematika a kémiai megoldáshoz!)

6. „Elméleti” kísérlet

Ezt a „kísérletet” nem szabad elvégezni, sőt a lehetőségét meg kell előzni!

            Feltételezzünk egy olyan helységet, pl. a lakásunk konyháját, ahol néha nyílt lánggal ég a CH₄-gáz, miközben a helység hőszigetelt (=„termopan”) nyílászárói mind zárva vannak és a „gázégő” egy idő után kialszik,, de a CH₄-gáz forrás (=gázcsap) nyitva marad!

            A helység méretei: 4m x 2m x 2,5m.

      a)   Mekkora térfogatú, standard állapotú 20 tf.%-os O₂ tartalmú levegő található a helységben a CH₄-gáz meggyújtása előtt?                                                               (0,25 p)

      b)   Milyen térfogatarányú CH₄ - levegő keverék okozhat robbanást egy zárt helységben? Ebben az esetben mennyi a feladatban szereplő helység CH₄- és O₂-gáz térfogata (az adott körülményeken)?                                                                               (1,25 p)

      c)   Hogyan lehet a mindennapi gyakorlatban megelőzni a robbanóelegy kialakulását az adott körülmények között?                                                                                     (2,25 p)

7. Sudoku rejtvény: 5 egymásbafonódott „matek sudoku”

   Helyezd el az 1 - 9 számokat az alábbi ábra pontozott négyzeteibe úgy, hogy mind az 5 db. 9x9-es területű átfedett sudoku minden sorában, minden oszlopban, valamint minden 3x3-as területeken csak egyszer forduljanak elő. A jelzett (különböző színű összefüggő) területeken található számok és matematikai műveletek jelentése:

Pl.    „42x” = a jelzett területen található számok szorzata;

 „8+” = a jelzett területen található számok összege;                                                     

 „3–” = a jelzett területen található számok különbsége; (megj.: 2-nél több szám esetén a terület legnagyobb számából kell kivonni a többit!)

„4/” = a két jelzett területen található két szám hányadosát jelöli.

A megfejtés  után olvasd össze az 1 - 9  számok melletti betűket fentről lefele a vízszintes sorok mentén, a számok növekvő sorrendjében:

            - először minden 1.es száma melletti betűt a megadott sorrendben;

            - majd a 2., 3., …, 9-es számok melletti betűket a megadott sorrendben.  

Megj. „·” jel a  szóközöket jelöli!

Helyes megfejtés esetén Lengyel Béla (1844 - 1913), a budapesti Tudományegyetem kémiaprofesszorától származó idézet olvasható, aki 1889-ben írta ezt a „Szervetlen kémia”  című könyvében. (Idézet a Inzelt György: Mély kútforrása a bölcsességnek című könyvéből , L’Harmattan, Budapest, 2012)

42x

240x

5+

8+

144x

10+

T

S

N

E

E

E

„M

N

A

2/

24+

I

K

E

B

E

·?

·S

K

A

3–

14+

10+

M

·A

·

T

B

N

A

·J

·

20+

3–

4/

360x

2–

18x

11+

·

·

N

E

D

B

·K

A

N

E

·A

F

L

E

·

13+

3/

4/

10+

1–

48x

T

E

L

É

·

E

C

L

L

O

E

K

M

S

D

18x

9+

63x

3–

63x

Ő

H

E

M

I

Ő

E

J

E

L

E

B

S

·

R

120x

144x

16+

1–

45+

2–

12x

0–

20x

M

G

B

A

·

Ú

E

E

Z

I

I

F

D

J

L

4–

10x

4–

E

Y

E

F

·M

E

T

·

A

T

Á

L

E

L

F

7/

16x

63x

13+

·A

G

A

I

T

F

Z

E

T

K

J

·

·S

·

E

9x

2–

240x

36x

15x

4–

7–

8–

1–

108x

·

M

·

Ö

S

E

L

·A

L

É

I

É

A

V

T

14+

6x

14+

80x

Ő

T

E

·T

F

G

S

J

G

·

·

N

E

Á

A

16+

3+

252x

32x

3/

B

D

Á

H

·F

·

D

Z

E

E

L

T

F

O

E

23+

18+

10+

144x

Z

E

Á

S

N

Ö

L

L

A

4–

3–

6–

35x

T

T

Á

Z

E

Y

L

L

É

14+

M

E

T

S

·

…”

O

G

A

Megoldásként add meg:

      a) A számokkal kitöltött ábrát;                                                                                         (4,5 p)

      b) Az idézet szövegét;                                                                                                     (1,0 p)

      c)   Melyek az idézetben „?”-el jelölt  elemek „Mendelejeff” által megjósolt, illetve ma elfogadott nevei? Ki és mikor fedezte fel ezeket?                                                                       (1,5 p)

CSAK  XI.-XII. OSZTÁLYOS  VERSENYZŐKNEK KÖTELEZŐ FELADATOK:

8. Lacza Tihamér: Bűvös táblázat című könyvében (Lilium Aurum, Dunaszerdahely, 2006) olvastam :

„Állítólag egy ízben azt álmodta, hogy a szénláncok kígyóként tekerednek, majd az egyik kígyó a saját farkába harapva gyorsan forogni kezdett. Amikor felébredt, azonnal papírra vetette az álomképet és így született meg az első gyűrűs szénvegyület képlete.”

      a)   Kiről szól az idézet és milyen nemzetiségű volt?                                                  (0,5 p)

      b)   Melyik szerves vegyület szerkezetéről van szó az idézetben és mikor „született”

      meg ez?                                                                                                                         (0,5 p)

      c)   A kortárs szakemberek kezdetben fenntartással fogadták ezt a megálmodott szerkezetet. Milyen ismert karikatúra jelent meg ezzel kapcsolatban? Írd le, hogy miből áll a karikatúra és magyarázd meg a jelentését!                                                                                 (3,0 p)

      d)   Elfogadták-e később a kétkedő kortárs szakemberek az említett szerkezetet? Válaszodat magyarázd meg!                                                                          (1,5 p)

9. Létezhet-e oktaéder és ikozaéder alakú szénhidrogén molekula? Válaszodat indokold meg!                                                                                                                    (4,5 p)

Tudod-e? - hogy melyik a világ leglassúbb és egyben legunalmasabb kísérlete?                                   A kísérletet 1927 óta végzik a Queenslandi Egyetemen Ausztráliában. Thomas Parnell forró szurokkal töltött meg egy alul zárt üvegtölcsért 1927-ben, majd 3 évig hagyta pihenni a szurkot, mielőtt letörte a pecsétet. Azt akarta bemutatni diákjainak, hogy a szurok szobahőmérsékleten „nyúlós” (viszkózus). A szurok szobahőmérsékleten szilárd anyag: nem folyik, kalapáccsal össze lehet törni de,  hogy mégis folyik, ezt bizonyítja a „szurokcsepp-kísérlet.  Ennek bizonyítására azonban még 8 évet várnia kellett, mert az első szurokcsepp 1938-ban vált ki. Azóta további 7 csepp távozott a tölcsérből, mindegyik teljesen észrevétlenül, annak ellenére, hogy interneten webkamerával folyamatosan követhető. Legutóbb 2000-ben pottyant ki a legutóbbi szurokcsepp, de a kamera éppen akkor hibásodott meg, így szemtanú nélkül maradt a jelenség. A számítások szerint a következő csepp kiválása 2013-ban lesz, de aki ezt is lekési, annak sem kell aggódnia, mivel „legalább 100 évre elegendő szurok van a tölcsérben.”