Põhjused: *Aatomite erinev arv; Harilik hapnik – O2 Osoon – O3 Monohapnik-O *Erinev kristallstruktuur; Fosfor-punane(pulber) ja valge fosfor (vaha taoline) Süsinik-teemant, grafiit, karbüün ja fullereenid. Mittemetallide füüsikalised omadused • Füüsikalised omadusedd erinevad üksteisest suuresti: *Erinev värvus-mittemetallidel puudub läige (erandiks I2,räni) *Väga erinevad sulamistemperatuurid (on kas tahked või gaasilised, vedel on Br2) • ühiseid jooni on vähe • halb soojusjuhtivus
tugevam ning selle optilised omadused on ainukordsed. Grafeeni tahetakse kasutada akude, laserite, puutetundlike ekraanide, fotodetektorite ja teiste erinevate kaitsekatete valmistamisel, just tema hea elektri juhitavuse, elastsuse ja tugevuse tõttu. Grafeen juhib elektrit väga hästi, isegi vasest paremini. Grafeenil on küll väga head omadused, aga siiski on seda praktiliselt raske kasutada. Raske just seepärast, et selle külge on raske kasvatada teisi metalle ja pooljuhte. Fullereen Fullereenid on kera-, ellipsoidi- või torukujulised molekulid, mis koosnevad ainult süsiniku aatomitest. Struktuurilt on see sarnane grafiidiga, aga erinevalt grafiidist võivad fullereenid moodustada viie- ja harva ka seitsme lülilisi tsükleid. Kuna fullereenidel on unikaalsed teaduslikud ja tehnilised võimalused, on need leidnud kasutust paljudes kõrgtehnoloogilistes tööstusharudes. Näiteks kasutatakse fullereen C60 erinevates õlides mikro-kuullaagrite põhimõttega,
Süsinik Lihtaine: valemiga C Tuleb tast alati 4 keemilist sidet. Näiteks: teemant, grafiit, süsi (antratsiit, kivisüsi, põlevkivi, puusüsi), karbüünid, fullereenid See on süsiniku allotroopia! (Sama element esieb mitme erineva lihtainena) Liitainetes: Co2 süsihappegaas Co vingugaas H2O + Co2 --- H2Co3 süsihape Ca(HCo3)2 vee karedus CaCo3 erinevad karbonaadid Näiteks: marmor, katlakivi, paekivi, kriit Kõik orgaanilsed ühendid on süsinikuühendid!!! C + O2 --- Co2 Redutseerijaks süsinik
Väliskihis neli elektroni Oksüdatsiooniaste saab olla vahemikus 4 kuni +4 4 keemilist sidet kaks stabiilset isotoopi massiarvudega 12 ja 13 10 miljonit erinevat ühendit Taimede, loomade ja inimeste rakud Süsiniku keemilised sidemed Süsivesikud, rasvad, aminohapped Kofeiin Süsinik lihtainena Allotroopia Teemant Grafiit Fullereenid ja nanotorud tuntuim fullereen C60 Süsiniknanotoru Teemant Grafiit Väga kõva materjal · Süsiniku tavatingimustes stabiilseim vorm Juhib hästi soojust · Poolmetall Korrapärase ehitusega kristallvõre
Allotroopia on nähtus, kus mingi element esineb looduses mitme erineva lihtainena. Need esinemisvormid on allotroobid. Allotroopsed teisendid erinevad üksteisest vaid aatomite paigutuse (struktuuri) või molekulis olevate aatomite arvu, mitte elementkoostise poolest. Erinev struktuur põhjustab füüsikaliste ja keemiliste omaduste erinevusi. Süsiniku allotroobid on teemat, grafiit, karbüünid ja fullereenid. Süsivesinikud on ühendid, mille molekulid koosnevad ainult süsiniku ja vesiniku aatomitest. Alkoholid on sellised süsivesinikest tuletatud ühendid, milles üks või enam vesiniku aatomit on asendatud ühe või enama hüdroksüülrühmaga. Etanool (CH3CH2OH) on tähtsaim ja tuntuim alkohol. Ta on iseloomuliku lõhna ja põletava maitsega, värvitu, veest väiksema tihedusega vedelik, mis seguneb veega igas vahekorras. Etanool keeb 78º juures, põhjustab joovet, suuremate koguste
Süsi on suhteliselt hea elektrijuht Kõrge sulamistemperatuuriga Oksüdatsiooniaste ühendites on IV kuni -IV Süsinikul on kalduvus moodustada 4 sidet või vastaval arvul mitmekordseid sidemeid Süsinik ahelates -hargnemata ahelas -hargnenud ahelas -suletud ahelas Allotroobid Tavatingimustes tuntumad on grafiit, tahm ja teemant Kunstlikult saadud vormideks on grafeen, süsiniknanotorud, karbüünid, klaasjas süsinik ja fullereenid Süsinikuühendid Süsinik reageerib metallioksiididega, mille tulemusena tekib metall. C + CuO = Cu + CO2 Süsinik reageerib vesinikuga, tekib kõige lihtsam orgaaniline ühend metaan. CH4C + H2 = CH4 Süsinikdioksiid (CO) Piisava hapniku hulga korral tekib süsiniku ja hapniku vahelise reaktsiooni tulemusena süsinikdioksiid (hapniku vajakul tekib süsinikoksiid). Süsinikdioksiid ei põle ega toeta põlemist, seepärast kasutatakse teda tule
6CO2 + 6H2O ® C6H12O6 + 6O2 Leidub looduses nii ehedalt (grafiidina ja teemandina) kui ühenditena (CO2 õhus, karbonaadid): lubjakivi, marmor, kriit CaCO3 dolomiit CaCO3 ×MgCO3 sooda Na2CO3 Süsinikurikkad on orgaanilised kütused: looduslik gaas CH4 nafta alkaanide segu (C5....C70) biomass ® turvas ® pruunsüsi ® kivisüsi ® antratsiit 50% C 55% 65% 68-73% 79% C Süsiniku allotroopsed erimid on teemant, grafiit, amorfne süsinik, karbüün ja 80-date lõpus sünteesitud fullereenid. Kokkuvõtte. Süsinik asub elementide perioodilisuse tabelis teises perioodis, seega on tema elektronkate kahekihiline. Süsiniku aatominumber on 6, ümardatud suhteline aatomimass 12.Süsinik esineb looduses kahe erineva lihtainena, teemandi ja grafiidina. Kütuseks kaevandatavad söed (pruunsüsi, antratsiit, kivisüsi jt) koosnevad samuti peamiselt süsinikust
temp. 4830°C Esineb väga paljude allotroopidena: ·Grafiit - kristalne, heksagonaalse struktuuriga, pehme, tumehall, määriv, vastupidav kuumusele, hea soojus- ja elektrijuht. ·Grafeen grafiidi üksik kiht, väga vastupidav ja hea elektrijuht Süsinik · Teemant kristalne (oktaeedriline, kuubline, tetraeedriline), värvuseta, ülitugev, väga suure mur- dumisnäitajaga, ülihea soojusjuht · Karbüün (-CC-CC- või CCC) · Sfäärilised või torukujulised fullereenid (5-7 lülilised tsüklid). Süsiniknanotoru Süsinik · Amorfne süsinik puudub kristalliline struktuur · Süsiniku nanovaht aatomiklastrid; ainuke magnetiliste omadustega süsiniku allotroop · Klaasjas süsinik sarnaneb omadustelt nii klaasile kui süsinikule; suur temp. taluvus ja kõvadus, madal tihedus, elektritaluvus ning hõõrdumine, vastupidav keemilistele rünnakutele, ei lase gaase ega vedelikke läbi Süsinik · Lonsdeiliit tekib väga kõrges rõhus,
sidemega. Sellega on seletatud teemandi tugevus. Briljant on korrapärase kujuga lihvitud teemant. Grafiit on kihilise ehitusega, pehme, hallikas ja läikiv. Grafiit juhib eleketrit Süsiniku aatomid paiknevad kuusnurga tippudes ja kuusnurgad paiknevad kihtidena. Kihtide vaheline kaugus on suurem kui vahemaa kuusnurga süsiniku aautmote vahel, see töttu on grafiit pehme. Kasutamine: pliiatsisüdamikud, elektroodid (?) Fullereenid koosnevad kerakujulistest ainult süsinikku sisaldavatest molekulidest. Süsi ja tahm Aktiivsüsi saadakse kui puidusöest juhitakse läbi veeauru, see suurendab sõe poorsust ja võimet siduda mitmeid aineid Kasutatakse: meditsiinis, sõjaväes Tahm on kõigep uhtam süsinik ja koosneb grafiidi kristallidest Kasutus: trükivärvid, llõhkeained, kummitööstus Süsiniku tähtsamad ühendid Vingugaas tekib kütuse mitte täielikul põlemisel 2c + o2 = 2co
1.Mis on allotroopia, allotroobid? Nimeta 4 süsiniku allotroopi. Allotroopsed allotroobid on lihtained. Grafiit, teemant , karbüün, fullereenid. 2. Osata võrrelda süsiniku allotroopide ehitust (struktuuri) ning teemanti ja grafiidi omadusi. Teemant - ei juhi elektrit, saab lõigata klaasi, keemiliselt püsiv mineraal, tekib süsiniku teistest vormidest, tekib üli suure rõhu ja kerge temperatuuri toimel, erakordselt suur murdumisnäitaja . Grafiit hallikasmust ja läbipaistmatu, üsna pehme, juhib elektrit , struktuuris leidub vabu elektrone, põleb õhu käes kõrgel temperatuuril. 3
Aktiivsütt rakendatakse meditsiinis toidumürgituste ja seedehäirete ravil, gaasimaskikurnades mürgiste gaaside neelamiseks, suhkru ja piiritusevabrikus lisandite kõrvaldamiseks siirupist ning toorpiiritusest. Tahmast valmistatakse trükivärve ja tinti. Tahma lisamisel kummile suureneb ka elastsus ja kulumiskindlus. Tahma kasutatakse veel kosmeetikavahendite, kopeerpaberi, vooluallikate, lõhkeainete ja muu valmistamisel. Fullereenid Nende struktuuri võib võrrelda lappidest kokkuõmmeldud jalgpalliga, kui lappideks oleksid viis- või kuusnurksed tükid ja nende tippudes asuksid süsiniku aatomid. Fullereenide nimetus anti arhitekt R. B. Fulleri järgi, kes koostas analoogilise konstruktsiooniga kandekoorikud. Senini tuvastatud kõige lihtsamas fullereenis C20 on 20 süsiniku aatomit, kõige enam on uuritud fullereeni C60. Neid saadakse grafiidi aurustamisel või kiiritamisel laseriga. Fullereene
(CO , karbonaadid) · Lubjakivi, marmorm, kriit CaCO · Dolomiit CaCO × MgCO · Sooda NaCO · Süsinikurikkad on ka orgaanilised kütused · Looduslik gaas CH · Nafta alkaanide segu (C ... C) · Biomassturvaspruunsüsikivisüsiantratsiit 50%C 55%C 65%C 68-73%C 79%C Süsiniku allotroobid · Süsiniku allotroopsed erimid on teemant, gradiit, amorfne süsinik, karbüün ja 80-date lõpus sünteesitud fullereenid. Teemant · Teemant on kõige kõvem looduslik aine. · On värvuseta kristallilne aine · Aatomid on kovalentses tetraeedrilises võres, üksteisest võrdsetel kaugustel. · Teemant ei sula, kõrgel temperatuuril muutub grafiidiks. · Vabadelektronid puuduvad · Elektrit ei juhi. Grafiit · Grafiidil paiknevad aatomid tasapinnaliselt kihiti. · Side kihtide vahel on nõrk. · On üks pehmemaid looduslikke aineid.
Lihtainena esineb: teemandi, süsi, grafiit kujul. Liitainena esineb: kõik orgaanilised ained, nt etanool (CH3CH2OH), äädikhape (CH3COOH), sipelghape ehk metanool (HCOOH), butaan (C4H10). Ja mõned mitteorgaanilised ained nt nafta, marmor (CaMg (CO3)2 ), paekivi(CaCO3). Allotroobid Süsinikul on mitmeid allotroopseid vorme. Tavatingimustes on neist tuntuimad graniit, tahm ja teemant. Kunstlikult saadud vormideks on grafeen, süsinik nanotorud, karbüünid ja fullereenid. Allotroopsed teisendid erinevad üksteisest ainult aatomite struktuuri või molekulis olevate aatomite arvu, mitte elementkoostise poolest. Erinev struktuur põhjustab füüsikaliste ja keemiliste omaduste erinevusi. Süsiniku 8 allootroopi: a) teemant, b) grafiit, c) heksagonaalne teemant, d)fullereen, e) C540, f) C70, g) amorfne
· Asub IVA rühmas 2. perioodis. Elektronvalem on 2s22p2. · Süsinik on suhteliselt väheaktiivne mittemetall. · Moodustab lõpmatu suurel hulgal orgaanilisi ühendeid => eraldi teadusharu orgaaniline keemia (süsinikühendite keemia). · Oma keerukuse ja orgaaniliste ühendite moodustamise tõttu on ta elu aluseks Maal. Ta on piisavalt keeruline element, et tänu temale saaks eksisteerida elu. · Kõige rohkem allotroope: teemant, grafiit, karbüün, fullereenid jt. 2. Ühendid · Süsinikoksiid (CO) ehk vingugaas värvuseta ja lõhnata väga mürgine gaas. Tekib C mittetäieleikul põlemisel. Väga hea redutseerija (metallide saamisel). · Süsinikdioksiid (CO2) värvuseta ja lõhnata õhust raskem gaas. Ei võimalda hingamist ega põlemist. Reageerimisel veega ebapüsiv süsihape (H2CO3). · Süsihape (H2CO3) väga nõrk ja ebapüsiv hape. Esineb ainult lahjades lahustes.
Grafiiti on pehmuse tõttu kerge töödelda. Temast saab valmistada nõusid metallide sulatamiseks, sest grafiit on nagu teemantki keemili- selt võrdlemisi vastupidav. Elektrijuhtivuse tõttu on grafiit elektro- Grafiit tehnikas väga hea materjal. Grafiidi kasutamine pliiatsisüdamikuna on üldtuntud. 36 V. SÜSINIK. SÜSINIKUÜHENDID LISALUGEMIST Fullereenid on hoopis omapärased süsiniku allotroopsed teisendid, mis koosnevad kerakujulis- test, ainult süsinikku sisaldavatest korrapärastest molekulidest. Tuntuim on fullereen C60, mil- le molekuli pind koosneb vaheldumisi kuusnurkadest ja viisnurkadest, igas sõlmpunktis on üks süsiniku aatom. Fullereenid tekivad grafiidist ja söest kõrgel temperatuuril.
elektrolüüsile. Probleemid jätkuvad 1) Pole piisavalt vesiniktanklaid 2) Ei teata kuidas vesinikku paagis hoida, sest midagi ei tohi välja minna. See võibolla väga ohtlik. Seepärast hoitakse vesinikku rõhu all spetsiaalses tsisternis vedelal kujul ning selle pumpamisel peab olema ülimalt ettevaatlik. Üheks ideeks on aga tehnoloogia, mis hoiaks vesinikku pulbrisarnases olekus: imeväikesed süsinikukapslid (fullereenid) võiks olla vesiniku konteineriteks, mis võivad hoida vesinikku tihedalt pakituna. 3) Kütuseelemendis toimub protsess, kus vesinik ja hapnik ühinevad ning tekib vesi. Autost väljub see osaliselt veeauruna, aga vedelas olekus ülejäägid võivad külmas kliimas teed jäätada. 4) Tänapäeval toodetakse vesinikku peamiselt ning protsessis vabaneb CO. Seega pole saadud vesinikk sugugi keskkonnasõbralik. 5) Vesiniku tootmiseks kulutatakse palju elektrit
fotosünteesiprotssesis. Süsinikku leidub looduses nii ehedalt (grafiidina, teemandina) kui ühenditena nagu näiteks: lubjakivi, marmor, kriit, dolomiit, sooda. Süsinkurikkad on ka orgaanilised kütused: biomass turvas pruunsüsi kivisüsi antratsiit 50% C 55% 65% 6873% 79% C Süsiniku allotroopsed erimid on teemant, grafiit, amorfne süsinik, karbüün ja 80date lõpus sünteesitud fullereenid. Looduses leidub ka radioaktiivset isotoopi süsinik ehk keemilise elemendi isotoop, mille aatomite tuumad võivad radioaktiivse lagunemise teel muutuda mõne teise keemilise elemendi tuumadeks ja selle käigus tekitada radioaktiivset kiirgust. · Räni Räni on elementide leviku poolest hapniku järel teine. Peamine mineraal on kvartsliiv SiO2 (ka mäekristall, ametüst, opaal, ahhaat üle 200 erimi) ja
looduslikus segus (aatommassiühikutes) - tähistatakse ühe- või kahetäheliste (alates 104. elemendist - kolmetäheliste) sümbolitega (näit. K, Br, Unp), mis tulenevad elementide ladinakeelseist nimetustest. Üks KE võib esineda mitme lihtainena, mis erinevad üksteisest molekuli ehituselt või kristallstruktuurilt (hapnik: O2, O3; süsinik: grafiit, teemant, fullereenid) Esimesena määratles KE kui keemiliselt lagundamatu aine Robert Boyle (1661) 3 Bohri postulaati: I Elektron võib liikuda ümber tuuma vaid statsionaarsetel ringorbiitidel: II Statsionaarsetel orbiitidel liikudes elektron energiat ei kiirga III Elektron kiirgab või neelab energiat ainult üleminekul ühelt statsionaarselt orbiidilt teisele. (Oma postulaatidega lahendas N.Bohr joonspektrite tekkemehhanismi selgitamise probleemid)
katioonid omavahel tetraeedreid ioonse sidemega. Ühe tetraeedriga on mineraal fosteriit, kahe tetraeedriga mineraal akermaniit. Savi ühes põhikomponendis – kaoliinis – on (Si2O5)2- kihid seotud Al2(OH)42+ kihtidega. Need kaks kihti on omavahel seotud tugevate kovalentsete sidemetega ja moodustavad kaksikkihi. Kuid teiste kaksikkihtidega on seotud nõrgalt. Sellistest kihtidest koosnevad näiteks savi, talk ja muskoviit. Süsiniku modifikatsioonid on teemant, grafiit ja fullereenid. Teemant tekib ülikõrgel rõhul, struktuur on sarnane sfaleriidi struktuuriga, ent koosneb ainult Cst. Teemandi struktuuri saab, kui TTK võre sisse asetada teine samasugune võre, mis on esimese suhtes nihutatud ¼ kuubi diagonaali võrra. Koordinatsiooni arv on 4. Iga süsiniku aatomi naabrid moodustavad jälle tetraeedri. Võre on võrdlemisi hõre.Samasuguse struktuuriga on pooljuhid Si ja Ge ning hall tina.
Allotroopia on nähtus, kus üks keemiline element esineb mitme erineva lihtainena. Allotroopia esineb peaaegu kõikide mittemetallide puhul ja on tingitud kahest põhjusest. 1. Molekulis on erinev aatomite arv: Harilik hapnik- O2 Osoon- O3 Monohapnik- O 7 2. Erinev kristallstruktuur: Fosfor- punane ja valge fosfor Väävel- rombiline ja monokliinne väävel Süsinik- teemant, grafiit, karbüün ja fullereenid. Ühe ja sama elemendi allotroopsed teisendid on erinevate omadusega. Osoon on tugevam oksüdeerija kui harilik hapnik; teemant suure kõvadusega, grafiit aga pehme. Adsorptsioon Puidu kuumutamisel õhus (hapnikus) ta süttib. Kuumutamisel ilma õhu juurdepääsuta puit söestub ja tekib puidusüsi. Selle aurutamisel veeauruga tekib aktiivsüsi. Aktiivsüsi on adsorbent ja tal on adsorbeerivad omadused.
kristalle (segakristalle), erinevad ühendid, sarnase kristallvõrega. Ainult lähedaste mõõtmetega aatomid, samade mõõtmete ja sama laenguga ioonid võivad kristallvõres üksteist vahetada. Näiteks: · KCl, KBr · MgSO4*7H2O, NiSO4*7H2O, ZnSO4*7H2O Ca5(PO4)3F, Sr5(PO4)3OH, · MgCO3 ja ZnCO3 Polümorfism - ühe aine esinemine erinevates kristallmodifikatsioonides st erineva sisestruktuuriga kristallivormides, nt. C - teemant, grafiit, fullereenid Aine kindel polümorfne modifikatsioon on püsiv ainult kindlatel tingimustel (rõhk, temperatuur). Üleminekul ühelt teisele toimub omaduste muutus (üleminek võib olla pöörduv või mittepöörduv) 1. Süsiniku allotroobid: teemant, grafiit, fullereenid. Teemant Kõva, hea soojusjuht, ei juhi elektrit, optiliselt läbipaistev (N ja UV), kõrge murdumisnäitaja Kõrge sulamistemperatuur 4100 C
kasvama. Kui panna mineraalseid väetisi liiga palju võib see inimese tervisele ohtlik olla. 34.Põhilised taimede toite elemendid. Liht-, liit- ja segaväetised. K, P, N, Ca, KNO3 , CaCO3 , CaH 2 PO4 35.Ainete kvalitatiivne analüüs. Katioonide ja anioonide määramise iseloomulikud reaktsioonid. 36.Süsiniku omadused. Süsinikuaatomi omapära. C omadused: C esineb nii org ja anorgaanilised ühendites, moodustab palju allotroope (teemant, grafiit ja fullereenid), C neelab oma pinnale teisi aineid ( adsorbent ) tal on neelavad omadused, C aatomi eripära: moodustab 4 sidet, kristallid on moodustunud C aatomitest , kuid allotroopidel on erinev kristalne kuju. C aatomis on 6 elektroni. Inimese organismis on C 23%. 37.Orgaaniliste ainete põhilised erinevused võrreldes anorgaaniliste ainetega. Orgaanilise keemia põhielement on C, igas orgaanilises ühendis esineb C või C kett. C ketid on väga erinevad
gaasifaasis toimuvate reaktsiooni abil. Grafiit- kihilise ehitusega, kihtides on iga C aatom seotud kolme teise C aatomiga tugeva kovalentse sidemega. Kui neljas C valtentselektron võtab osa kihtidevahelisest van der Waalsi sidemest, siis saab seda kasutada määrdeainena. Tema kristallid on väga anisotroosete omadustega. Kasutataks kõrgete temp mitteoksüdeerivas keskkonnas. Kasutusala:kütteelemendid, elektroodid, valuvormid, tiiglid jn. Fullereenid- sfäärilised moodustised 60st C aatomist. Materjal kristalliseerub nii, et need fullereenid moodustavad PTK võre. Materjal on dielektrik. 14.Anorgaanilised klaasid. Klaasidetailide valmistamine. Anorgaanilised klaasid peavad sisaldama vähemalt ühte klaasimooduvstavat oksiidi, tavaliselt SiO2. Peale selle sisaldavad nad ka teisi oksiide: CaO, Na2O jne. Tavalist klaasi kasutatakse aknaklaasina, klaastaarana, laboriklaasina jne. Klaasi lähteained on: räniliiv, sooda, potas,
piki kihte on suur nagu metallidel, risti kihte aga sadu kordi väiksem (nagu pooljuhtidel). Polükristalse grafiidi juhtivus on vahepealne. Grafiiti kasutatakse väga laialdaselt tänu tema keemilisele passiivsusele kõrgete temperatuurideni mitteoksüdeerivas (hapnikuvabas) keskkonnas. Kasutusalad: kütteelemendid, elektroodid, valuvormid, keemilised reaktorid, tiiglid ja konteinerid, takistid, galvaanielemendid, õhupuhastites jne. Kolmas modifikatsioon on 1985.a avastatud nn fullereenid. Need on sfäärilised moodustised 60-st C aatomist, mida võib nimetada ka molekuliks (joon 8-12). Materjal kristalliseerub nii, et need fullereenid moodustavad PTK võre. Materjal on dielektrik, kuid sobivate lisandite sisseviimisel võib saada pooljuhi või elektri juhi. Nanotoru. Siin moodustab C aatomite kiht (grafiidi üksikkiht) nanomõõtmetes toru läbimõõt kuni 100 nm.
piki kihte on suur nagu metallidel, risti kihte aga sadu kordi väiksem (nagu pooljuhtidel). Polükristalse grafiidi juhtivus on vahepealne. Grafiiti kasutatakse väga laialdaselt tänu tema keemilisele passiivsusele kõrgete temperatuurideni mitteoksüdeerivas (hapnikuvabas) keskkonnas. Kasutusalad: kütteelemendid, elektroodid, valuvormid, keemilised reaktorid, tiiglid ja konteinerid, takistid, galvaanielemendid, õhupuhastites jne. Kolmas modifikatsioon on 1985.a avastatud nn fullereenid. Need on sfäärilised moodustised 60-st C aatomist, mida võib nimetada ka molekuliks (joon 8-12). Materjal kristalliseerub nii, et need fullereenid moodustavad PTK võre. Materjal on dielektrik, kuid sobivate lisandite sisseviimisel võib saada pooljuhi või elektri juhi. Nanotoru. Siin moodustab C aatomite kiht (grafiidi üksikkiht) nanomõõtmetes toru läbimõõt kuni 100 nm.
· Süsinik erineb oma omadustelt märgatavalt ülejäänud rühma liikmetest. Väiksema aatomiraadiuse tõttu on süsiniku korral levinud C=C, C C ja C=O sidemed, mida teistel rühma elementidel esineb harva. Ränist alates saavad aatomid kasutada valentskihi laiendamiseks d-orbitaale ja seega olla Lewis'i happed. 25. Kirjeldage süsiniku allotroope ja selgitage, kuidas struktuur mõjutab nende omadusi. · Süsiniku kõige tuntumad erimid on grafiit ja teemant, kuid tuntud on ka fullereenid ja karbiin (või karbüün). · Termodünaamiliselt stabiilseim on normaaltingimustel grafiit. Peeneteraline grafiit: tahm, koks. Aktiivsüsi. Grafiit : · Koosneb planaarsetest sp2 süsinikukihtidest. · Musta värvi, elektrit juhtiv, läikiv tahke aine. · Kasutatakse: elektroodidena; määrdeainena; pliiatsisüdamikena. Teemant :
sadu kordi väiksem (nagu pooljuhtidel). Polükristalse grafiidi juhtivus on vahepealne. Grafiiti kasutatakse väga laialdaselt tänu tema keemilisele passiivsusele kõrgete temperatuurideni mitteoksüdeerivas (hapnikuvabas) keskkonnas. Kasutusalad: kütteelemendid, elektroodid, valuvormid, keemilised reaktorid, tiiglid ja konteinerid, takistid, galvaanielemendid, õhupuhastites jne. Kolmas modifikatsioon on 1985.a avastatud nn fullereenid. Need on sfäärilised moodustised 60-st C aatomist, mida võib nimetada ka molekuliks (joon 8-12). Materjal kristalliseerub nii, et need fullereenid moodustavad PTK võre. Materjal on dielektrik, kuid sobivate lisandite sisseviimisel võib saada pooljuhi või elektri juhi.Mingil määral sarnase struktuuriga on süsiniku nanotorud, mis on viimase aja avastus (joon 8-13). Siin moodustab C aatomite kiht (grafiidi üksikkiht) nanomõõtmetes toru läbimõõt kuni 100 nm
(nagu pooljuhtidel). Polükristalse grafiidi juhtivus on vahepealne. Grafiiti kasutatakse väga laialdaselt tänu tema keemilisele passiivsusele kõrgete temperatuurideni mitteoksüdeerivas (hapnikuvabas) keskkonnas. Kasutusalad: kütteelemendid, elektroodid, valuvormid, keemilised reaktorid, tiiglid ja konteinerid, takistid, galvaanielemendid, õhupuhastites jne. Kolmas modifikatsioon on 1985.a avastatud nn fullereenid. Need on sfäärilised moodustised 60-st C aatomist, mida võib nimetada ka molekuliks (joon 12-12). Materjal kristalliseerub nii, et need fullereenid moodustavad PTK võre. Materjal on dielektrik, kuid sobivate lisandite sisseviimisel võib saada pooljuhi või elektri juhi. Mingil määral sarnase struktuuriga on süsiniku nanotorud, mis on viimase aja avastus (joon 12-13). Siin moodustab C aatomite kiht (grafiidi üksikkiht) nanomõõtmetes toru läbimõõt kuni 100 nm
elektrijuhtivus; Nende ühendite osakesed võivad üksteise suhtes ümber paikneda, kuid nad säilitavad oma orientatsiooni (näiteks on teljed paigutunud niidikujuliselt ühes suunas). Struktuur muutub kuumutamisel või voolu läbijuhtimisel, selle tulemusel muutuvad ka omadused (värvus). Kasutatakse arvutites, kellades jne. Näiteks: 4, 4’-dimetoksüasoksübenseen 79. Süsiniku nanotorud- ehitus, kasutamine. Fullereenid - kümned, sajad või tuhanded C aatomid ühinenud palli- või torusarnasteks molekulideks. Kõige suuremaid nim. C nanotorudeks. C60 – kõige tuntum fullereen. Lahustuvad heksaanis ja tolueenis; hajutavad valgust; ei juhi elektrit; reageerivad leelis- ja leelismuldmetallidega; Rb3C60 on ülijuht. 80. Polümorfism- näited (Polümorfism- ühe aine esinemine erinevates kristallmodifikatsioonides.) Näiteks: C - teemant, grafiit, fullereenid;
üksteise suhtes (1/3 võrra) , kui süsteem on täidetud maksimaalselt mateeriaga, on süsteemi energia madalaim, süsteemi saab täita just nimelt siis, kui kihid nihutatud üksteise suhtes. Kihi sees sp2 sidemed. Tetraeedriline teemant ehk harilik teemant, heksagonaalne teemant saadakse, kui grafiiti hästi kõrgel rõhul ja templ üle kuumutatud Fullereenid vaheldumisi paigutatud pentagonaalsed ja heksagonaalsed süsinikumoodustised C60, (pallikesed). C70 ainult heksagonaalsetest. C540 koosneb 540st süsiniku aatomist. Nanotorud palju erinevaid modifikatsioone, moodustuvad grafeenist tekivad mitmeseinalised süsiniknanotorusi. Pinnaenergia vähendamise energia nimel grafeenileht keeratakse rulli o Siksak nanotorud (0,10) heksagonaalsetest. Kõige siledama pinnaga.
4S 8); Ioonvõre - sõlmpunktides vahelduvad katioonid ja anioonid, seotud elektrostaatiliste jõududega (NaCl, CaBr2, K2SO4, soolad); Metallvõre- võre sõlmpunktides positiivselt laetud ioonid, nende vahel elektronid (Fe, Ni, Li, K, Ca, Cu, Cr jt.) 69. Isomorfism ja polümorfism. Näited. 70. Süsiniku allotroobid: teemant, grafiit, fullereenid. 71. Metallilised tahkised: üldiseloomustus ja omadused. Aatomid metallivõres püüavad täita ruumi võimalikult tihedalt. Ühesuuruste aatomite puhul koosneb kristall kuusnurkse aatomite paigutusega kihtidest. ➢ Teine kiht paigutub esimese suhtes selliselt, et aatomid jäävad esimese kihi aatomite vahekohtadesse. ➢ Kolmanda kihi paigutumiseks on kaks võimalust. paigutub esimesega kohakuti. Kristallvõret nimetatakse heksagonaalseks
Anisotroopsed omadused - ka vedelas olekus omadused sõltuvad suunast; näiteks elektrijuhtivus; Nende ühendite osakesed võivad üksteise suhtes ümber paikneda, kuid nad säilitavad oma orientatsiooni (näiteks on teljed paigutunud niidikujuliselt ühes suunas). Struktuur muutub kuumutamisel või voolu läbijuhtimisel, selle tulemusel muutuvad ka omadused (värvus). Kasutatakse arvutites, kellades jne. Näiteks: 4, 4’-dimetoksüasoksübenseen 79. Süsiniku nanotorud- ehitus, kasutamine. Fullereenid: Kümned, sajad või tuhanded C aatomid ühinenud palli või torusarnasteks molekulideks. Kõige suuremaid nim. C nanotorudeks. C60 – kõige tuntum fullereen. Süsiniknanotoru on silindrilise nanostruktuuriga süsiniku allotroop. Nende silindriliste süsiniku molekulide ebaharilikke omadusi väärtustatakse nanotehnoloogias, optikas, materjaliteaduses ja teistes tehnoloogia valdkondades. Erakordsele soojusjuhtivusele, mehhaanilistele ja elektrilistele omadustele sobivad nad
säilitavad oma orientatsiooni. Kasutatakse arvutites, kellades 79. Süsiniku nanotorud- ehitus, kasutamine. Nanotorud saadakse ühe süsiniku aatomi paksuse lehe kindla nurga all kokkurullimisel. Kasutatakse: optikas, materjaliteaduses ja muudes tehnoloogiavaldkondades, struktuurimaterjalides lisanditena. 80. Polümorfism-mõiste, näited. Polümorfism- ühe aine esinemine erinevates kristallmodifikatsioonides. Näiteks: C - teemant, grafiit, fullereenid; S monokliinne, rombiline 81. Isomorfism- mõiste, näited. Isomorfism- erinevad ühendid, sarnase kristallvõrega. Ainult lähedaste ioonide mõõtmetega ained. MgSO4.7H2O, NiSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O KCl, KBr 82. Röntgenstruktuuranalüüs- kasutamine materjaliteaduses. Määratakse millised kristalsed ained on tahkes materjalis; kontrollitakse materjalide keevisliiteid; uuritakse materjalides varjatud pragusid; määratakse metallide sulamite elementkoostist 83. Pulbrid, näited.
kui ta ideaalgaasina täidaks antud temperatuuril lahuse poolt hõivatud 78. Polümorfism-mõiste, näited. ruumala Polümorfism- ühe aine esinemine erinevates kristallmodifikatsioonides. Tähtsus: Osmootse rõhu mõõtmist kasutatakse lahustunud ainete Näiteks: C - teemant, grafiit, fullereenid; S monokliinne, rombiline (kõrgmolekulaarsete ühendite) molaarmassi määramisel. l Loomade ja taimede ainevahetuses oluline. l Vee jaotumine kudedes oleneb 79. Isomorfism- mõiste, näited. osmootsest rõhust Isomorfism- erinevad ühendid, sarnase kristallvõrega. Ainult Pöördosmoos- rakendades soola lahusele suuremat rõhku kui osmootne lähedaste ioonide mõõtmetega ained. MgSO4.7H2O, NiSO4.7H2O,
77. Süsiniku nanotorud- ehitus, kasutamine. l Loomade ja taimede ainevahetuses oluline. l Vee jaotumine kudedes oleneb 78. Polümorfism-mõiste, näited. osmootsest rõhust Polümorfism ühe aine esinemine erinevates kristallmodifikatsioonides. Pöördosmoos rakendades soola lahusele suuremat rõhku kui osmootne Näiteks: C teemant, grafiit, fullereenid; S monokliinne, rombiline rõhk, saab sundida lahusti molekule minema läbi poolläbilaskva membraani puhtasse lahustisse. 79. Isomorfism- mõiste, näited. Isomorfism erinevad ühendid, sarnase kristallvõrega. Ainult lähedaste ioonide mõõtmetega ained. MgSO4.7H2O, NiSO4.7H2O, 88. Malmid: liigitus, omadused
Q = *m. SÜSINIK JA SÜSINIKUÜHENDID: Allotroopia on nähtus, kus mingi element esineb looduses mitme erineva lihtainena. Need esinemisvormid on allotroobid. Allotroopsed teisendid erinevad üksteisest vaid aatomite paigutuse (struktuuri) või molekulis olevate aatomite arvu, mitte elementkoostise poolest. Erinev struktuur põhjustab füüsikaliste ja keemiliste omaduste erinevusi. Süsiniku allotroobid on teemat, grafiit, karbüünid ja fullereenid. Süsivesinikud on ühendid, mille molekulid koosnevad ainult süsiniku ja vesiniku aatomitest. Alkoholid on sellised süsivesinikest tuletatud ühendid, milles üks või enam vesiniku aatomit on asendatud ühe või enama hüdroksüülrühmaga. Etanool (CH3CH2OH) on tähtsaim ja tuntuim alkohol. Ta on iseloomuliku lõhna ja põletava maitsega, värvitu, veest väiksema tihedusega vedelik, mis seguneb veega igas vahekorras. Etanool keeb 78º juures,
delokaliseeritud. Omadustelt varieeruva kõvaduse ja sulamistemperatuuriga, head soojus- ja elektrijuhid. Nt. Na, Mg, Cu, Fe, kõik metallid. Elementaarrakk kristallvõre korduv element, millel on antud kristalli kõik sümmeetrialemendid. Monokristall korrapärane elementaarrakk. Nt. kvarts, püriit, kips. Polükristall elementaarrakk ei paikne korrapäraselt. Polümorfism ühe aine esinemine erinevates kristallmodifikatsioonides. · C teemant, grafiit, fullereenid · S monokliinne, rombiline · CaCO - kaltsiit-heksagonaalne, aragoniit-rombiline Isomorfism erinevad ühendid, kuid sarnase kristallvõrega. · KCl, KBr, MgSO·7HO, ZnSO·7HO Kristalsed ained: · Kõik metallid ja sulamid, · Soolad. Kristalsete ja amorfsete ainete segud: · Kunstkivid; betoonid, keraamilised materjalid, savi-, silikaattellised, · Puit. Röntgenstruktuusanalüüs · Määratakse kristalsed ained tahkes materjalis,
Kasut. gaa sitorbikute s, me ditsiinis, valastustehn olo o gia s jm. Koksi saad ak s e teatud süsinikurikaste ainete (sag e d a mi ni kivis ö e ) kuumuta mi s el õhu juurdep ä ä s uta. Kasuta min e: reduts e e rija mitm ete metallide (eriti malmi) tootmis el, k ütus, elektroodi m at erjal jm. Karbüün: Heksa g o n a al s e võre g a pulbril. aine, m u stjas, hallikas või valkjas (sõltuvalt kristallide suurus e st). FULLEREENID: (kerakujulise d molekulid, se e st tühjad) ; Saa min e : laseriimpuls s (või kiirte põrkumin e ) grafiidi aurud e s jmt. me eto did. Madalatel temp del ke e milis elt inertne Sü siniku erin. vormid e kee mil. aktiivsus vähen e b rea s "amorfne süsinik" grafiit tee m a nt . Vaatam ata asjaolule, et praktikas esin ev SÜSI on GRAFIIDI kristallvormiga, võivad nend e omad u s e d tunduvalt erined a
vahel (joonis 2.35a ja b). Samal ajal näitab eksperiment, et elektronid benseeni struktuuris on lokaliseerimata ning moodustunud side on vahepealne üksik ja kaksiksidemele (joonis 2.35c). Lihtsustatud kujul esitatakse seda sidet ringina benseeni rõngas (joonis 2.35d). 3.3.4. Kovalentne side grafiidis ja fullegeenides (joonis 2.36). Süsinik võib esineda mitme allotroopse teisendina. Süsiniku allotroopsed teisendid on teemant, grafiit, karbüün ja fullereenid. Allotroopiat esilekutsuvaks põhjuseks on antud juhul kristallstruktuuride erinevus. Teemanti kristallvõres on süsiniku aatomid paigutatud tetraeedriliselt üksteisest võrdsetel kaugustel (joonis 2.37a). Grafiidis ((joonis 2.37b) on süsiniku aatomid seotud tasapinnaliselt ja side üksikute tasapindade vahel on nõrk. Karbüünis (joonis 2.37) on süsiniku aatomid seotud lineaarselt ahelasse: ... - CC - CC .... Fullereenide struktuuris asuvad süsiniku aatomid kera pinnal. Joonisel 2
kindla nurga all kokkurullimisel. Nanotorud võivad olla otstest avatud või kinnised (kapslikujulised). Nanotorud liigitatakse üheseinalisteks ja mitmeseinalisteks nanotorudeks. Üksikud nanotorud moodustavad köiesarnaseid struktuure, mida hoiavad koos van der Waalsi jõud. 80. Polümorfism-mõiste, näited. Polümorfism - ühe aine esinemine erinevates kristallmodifikatsioonides. Näiteks: C - teemant, grafiit, fullereenid; S – monokliinne, rombiline 81. Isomorfism- mõiste, näited. Isomorfism - erinevad ühendid, sarnase kristallvõrega. Ainult lähedaste ioonide mõõtmetega ained. MgSO4.7H2O, 82. Röntgenstruktuuranalüüs- kasutamine materjaliteaduses. määratakse millised kristalsed ained on tahkes materjalis; } kontrollitakse materjalide keevisliiteid; } uuritakse materjalides varjatud pragusid;
See on pehme, rasvasena tunduv tumehall kristalne läikiv aine. Teemant- Süsiniku erim, kus aatomid on sp3 hübriidses olekus. · Jäik, läbipaistev, elektrit mittejuhtiv tahkis. · Kõige kõvem tuntud aine ja parim soojusjuht. Sidemed on tetraeedrilise orientatsiooniga, moodustades tahktsentreeritud kuubilise kristallvõrega vorme. Iga süsinikuaatom on ümbritsetud neljast võrdsel kaugusel asuvast naaberaatomist. Kuubilise võre elemendid on omavahel ühendatud piki diagonaali. Fullereenid- Pallikujulised molekulid sp2 süsinikest. · Süsinike arv varieerub 32-st mõnesajani. · Tekib näiteks tahmavas leegis. · Lahustuvad näiteks benseenis. Nanotorud kujutavad endast ühte või ka mitut grafiidikihti, mis on toruks keerdunud. · Vastavalt kihi keeramise suunale saab erinevaid torusid. · Toru otsad suletakse erinevate fullereeni fragmentidega. 26. IVA rühma elemendid (Si, Ge, Sn, Pb): leidumine, lihtainete saamine, omadused ja kasutamine.
(polükumuleen) Sünteesiti 1960.-tel aastatel (vene tead-lased V.Kor(ak jt.) etüünist; praegu mitmed saamismeetodid Leidub looduses (grafiidis): mineraal tšaoiit (chaoite, чаоит, am. astrogeoloogi Ching-Te Chao nime järgi) FULLEREENID klaster – allotroobid, “kobarühendid” (buckminster – molekulivalem C60 või C70 fullereenid) (kerakujulised molekulid, seest tühjad) – arhitekti Avastam. ja uurim. eest Nobeli keemia- nimest, preemia (1996): H. Kroto (Ingl.), R. Curl kes projekteeris (USA), R. Smalley (USA) sarnaseid hooneid Saamine : laseriimpulss (või -kiirte põrkumine)
Tahke keha väline sümmeetria on tingitud ruumvõre sõlmpunktides asetsevate osakeste korrapärasest ja perioodilisest kordumisest. Elementaarrakk on kristallivõre korduv element, millel on antud kristalli kõik sümmeetriaelemendid. Kristalle iseloomustab anisotroopsus kristalli mehaanilised, elektrilised jt omadused on kristalli eri suunades erinevad. Polümorfism - ühe aine esinemine erinevates kristallmodifikatsioonides. Näiteks: süsinik - teemant, grafiit, fullereenid; väävel monokliinne, rombiline. Isomorfism - erinevad ühendid, sarnase kristallivõrega. Ca5(PO4)3F, Ca5(PO4)3OH. Anorgaaniliste ühendite kristallivõrede tüübid Olenevalt jõudude iseloomust osakeste vahel jaotakse kristallivõred ioon-, aatommetalli- ja molekulvõredeks . Vedelkristallid Ained, mis on ka vedelas olekus anisotroopsed st. omadused (näit. elektrijuhtivus) sõltuvad suunast. Nende ühendite osakesed võivad üksteise suhtes ümber paikneda, kuid nad säilitavad
annaabi.ee 
