Füüsikaline ja kolloidkeemia (0)

Sissejuhatus 
1.  Mis elemendi saab toota uriinist? Kirjeldage eksperimendi. 
Fosforit . Henning  Brand  lasi  uriinil  seista mõned päevad, kuni see hakkas halvasti lõhnama. Edasi 
keetis ta uriini pastaks, kuumutas selle kõrgel temperatuuril ja juhtis auru läbi vee. Tekkis valge 
vahaline aine, mis heledas pimedas-  fosfor . 
2.  Kes ja kuidas avastas vesiniku. Kirjutage reaktsiooni võrrandit. 
Henry Cavendish, kes isoleeris metallidest ja hapetest saadud "põleva õhu" (divesiniku) ning 
kirjeldas ja uuris seda põhjalikult. Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 ↑ 
3.  Keda peetakse kaasaegse keemia isaks ja miks? 
Joseph Black, ta taasavastas süsihappegaasi ning võttis kasutusele erisoojuse ja latentse soojuse 
( sulamissoojus , aurustumissoojus) mõiste. 
4.  Millega tegeleb keemia ja mis on keemia harud ( iseloomustage  neid)? 
Keemia tegeleb ainete ja nende muutuste, mis nendega toimuvad, uurimisega. Keemia harud: 
orgaaniline keemia- süsinikuühendite uurimine , anorgaaniline keemia- kõigi teiste elementide ja 
nende ühendite uurimine, füüsikaline keemia- keemia põhimõtete uurimine. 
5.  Keemia makroskoopiline ja mikroskoopiline tase ( näided ). 
Makroskoopilisel tasandil tegeleb keemia suurte ja nähtavate objektide omadustega, käsitledes 
muutusi, mis on hästi jälgitavad, nt. Kütuse põlemine, lehtede värvi muutumine sügisel. 
Mikroskoopilisel tasandil käsitleb keemia muutusi aatomite ümberorganiseerumise kaudu, nt. 
Magneesiumi ja hapniku aatomid moodustavad magneesiumoksiidi, tekib uus ainevorm, kuid 
aatomeid ei teki juurde ega kao. 
6.  Selgitage millest koosneb teaduslik meetod. 
Esimene samm on tavaliselt andmete kogumine, mille käigus toimuvad vaatlused ja katsed 
aineproovidega. Olles märganud seaduspärasusi, asutakse välja töötama hüpoteesi, selgitust. Kui 
korduskatsed toetavad hüpoteesi, hakatakse teooriat sõnastama.  Harilikult tõlgendatakse teooriat 
mudelina. 
7.   Aatomiehitus . Aatomi ehituse seosed perioodilisustabeliga. 
Aatom  koosneb positiivse elektrilaenguga aatomituumast, mida ümbritseb negatiivselt laetud 
elektronkate ehk elektronkest. Viimane jaguneb elektronkihtideks, mis omakorda koosnevad 
negatiivse elementaarlaenguga elektronidest. 
Perioodilisustabelist saame teada elemendi elektronide arvu elektronkihtidel, aatommassi suurust 
ning mis  metall  see aine on. Liikudes tabelis vasakult paremale ja alt üles suurenevad elementide 
mittemetallilised omadused ja vähenevad metallilised  omadused.Liikudes rühmas ülevalt alla 
suurenevad metallide keemilised aktiivsused. See on tingitud sellest, et elektronkihtide kasvades 
kaugeneb väline elektronkiht  aatomituumast ja nende külgetõmme väheneb.Liikudes rühmas alt 
üles suurenevad mittemetallide keemilised aktiivsused. See on tingitud sellest, et elektronkihtide 
vähenedes on seda tugevam side aatomituumaga. 
8. Ionisatsioonienergia- on energia, mis kulub elektroni eemaldamiseks üksikult aatomilt (või 
molekulilt). Teisiti öeldes on tegemist elektroni seoseenergiaga aatomis (või molekulis). 
9. Keemiline side- on viis, kuidas kaks või enam aatomit või iooni on aines omavahel seotud. 
10. Kovalentse sideme omadused. 
Ühiste elektronpaaride vahendusel aatomite vahele moodustuv keemiline side. 
Kovalentne side tekib ühiste elektronpaaride abil. Iga elektronpaari tekkeks on kaks võimalust: 
  Kumbki aatom annab ühe elektroni 
  Üks aatom (doonor) annab elektronpaari ja teine aatom (aktseptor) annab vaba orbitaali 
Ühiseid elektronpaare võib olla kuni kolm ( vastavalt üksikside, kaksikside ja kolmikside). 
Hea mudel kirjeldamaks mittemetallide vahelist sidet. 
11. Teised keemilise sideme liigid: Iooniline side, selle erinevus kovalentsest sidemest. 
 Iooniline side on ioonidevaheline keemiline side, mis tekib vastasmärgiliste laengutega ioonide 
elektrilise tõmbumise tulemusena. Erinevus: hea mudel, kui esinevad koos metall  ja mittemetall.  
Vesiniksideme olemus ja tekkimise tingimused; 
 Vesinikside on täiendav keemiline side, mille moodustab ühe molekuli negatiivse osalaenguga 
elektronegatiivse  elemendi (F, O, N) aatom teise molekuli positiivse osalaenguga vesinikuaatomiga. 
Vesiniksidemed tekivad peamiselt ainetes, milles vesinikuaatom on kovalentselt seotud tugevalt 
elektronegatiivse elemendi aatomiga. Side tekib kas kahe molekuli vahele (intermolekulaarne) või ühe 
molekuli eri osade vahele (intramolekulaarne). 
Vesiniksideme mõju aine omadustele, selle tähtsus  eluslooduses .  
Molekulide vahel esinevad vesiniksidemed põhjustavad ainete sulamis- ja keemistemperatuuri olulist 
tõusu, kuna nende lõhkumiseks on vaja kulutada täiendavat energiat. 
Vesiniksidemeid esineb nii anorgaanilistes (vesi, fosforhape) kui ka orgaanilistes (DNA, valgud) 
ühendites.  
 Metalliline side. 
Metalliline side ehk metalliside on keemilise sideme tüüp, mis moodustub negatiivsete vabade 
elektronide ja positiivsete metallioonide vastastikuse tõmbumise tulemusena metallis. 
Anorgaanilisete ühendite põhiklassid ja nende omadused. 
12. Metallid - Metallideks nimetatakse keemilisi elemente, millel on vabu elektrone ja mis tahkes 
olekus moodustavad niinimetatud metallilise võre, mis annab neile iseloomuliku metallilise läike, hea 
elektrijuhtivuse ning  soojusjuhtivuse  ja on ka enamikus hästi sepistatavad. 
13. Materjalide füüsikalised omadused: nimetage ja iseloomustage neid. 
   Kuumuskindlus - Kuumuskindluse all mõistetakse elektriisoleermaterjali võimet taluda 
lühiaegselt või kestvalt maksimaalset lubatavat temperatuuri, mille juures tema elektrilised ega 
mehaanilised omadused nimetamisväärsel ei halveneksid. 
   Külmakindlus - Külmakindlus määratakse paljudel elektriisoleermaterjalidel nagu kummidel, 
plastidel ja lakkidel, millistel  on kalduvus kaotada elastsus ning muutuda rabedaks. 
  Viskoossus- on vedelike omadus takistada oma osakeste liikumist üksteise suhtes. 
  Niiskuskindlus- Materjalide  kasutamisel  tuleb arvestada sageli tema niiskuvust erilistes 
keskkondades.  Mõningaid  materjale iseloomustab hüdrofoobsus - “immuunsus” niiskuse ja 
vee suhtes. Nad ei  märgu vaid tõukavad vee molekule endast eemale. 
14. Kuidas saab metallid liigitada lähtuvalt füüsikalistest omadustest (näided). 
  Tihedus:  kergmetallid , keskmetallid, raskemetallid 
  Sulamistemperatuur:  kerg -, kesk- ja rasksulavad metallid ( sulamid ) 
  Soojuspaisumine: metallide soojenemisel mõõtmed suurenevad, jahtumisel vähenevad 
   Soojusjuhtivus : Head soojusjuhid on  hõbe , vask ja  alumiinium  
   Elektrijuhtivus : head elektrijuhid: vask, alumiinium 
  Magnetism- Head magnetilised omadused on raual, niklil, koobaltil ja nende sulamitel. 
15. Raud ja rauasulamid (omadused, kasutamine, võrdlus). 
Raud on hõbevalge keskmise kõvadusega metall. Lisandid muudavad raua kõvemaks. Raud on 
plastiline, mistõttu seda on võimalik valtsida ning sepistada. See on hea soojus - ja elektrijuht.Raud on 
magnetiseeritav. Raua  kristallvõre  muutub eri  temperatuuridel .Raud on keskmise aktiivsusega metall 
(asub metallide pingerea keskel). Kuivas õhus ta hapnikuga ei reageeri, kuid niiskuses kattub kergesti 
roostekihiga. Mida lisanditevabam on metall, seda püsivam on ta korrosiooni suhtes. 
Rauda kasutatakse paljude erinevate asjade valmistamisel: sillad, sõjariistad, raudrelvad, laev, 
raudteed, naelad, nõelad jne. 
 Rauasulami omadusi mõjutab oluliselt süsinikusisaldus. Rauasulamit, milles on alla 2% süsinikku, 
nimetatakse teraseks, kui süsiniku sisaldus on 2–5%, siis on tegemist malmiga. Kõrvuti süsinikuga 
sisaldub terases ja malmis veel lisandina väävlit, räni, fosforit, mangaani jt elemente. 
Malmi kasutatakse tema hea vedelvoolavuse ja väikese külgepõlemise tõtu valusulamina (mootori 
plokk, korpused, kaaned jm.)Kuna teras on üsna habras materjal, tänu sisalduvale vesinikule, lisatakse 
erinevadi omadusi parandavadi lisandeid. (nt. masina-ja aparaadiosad) 
16. Vask ja vasesulamid (omadused, kasutamine, võrdlus). 
Vask on punaka värvusega, sepistatav, valtsitav ja traadiks tõmmatav metall. Ta on hea soojus- ja 
elektrijuht. Kuumutamisel õhus kattub vask musta värvusega vask(II)oksiidi  kihiga . Kuivas õhus on 
vask püsiv. Niiskes õhus tekib vaskesemete pinnale aja jooksul korrosiooniprotsessi tagajärjel pruuni 
või roheka värvusega paatinakiht. Rohekas paatinakiht, mida mõnikord näeme vanadel vaskesemetel, 
tekib väga aeglaselt. 
Vase kasutamine: elektrotehnikas, kaabli-, paljas- ja kontaktjuhtmete lattide, elektrigeneraatorite, 
telefoni- ning telegraafiseadmete ja raadioaparatuuri tootmiseks, näiteks trükimontaažis. Radiaatorid, 
masina-, auto-, ja traktoritööstuses ning keemiaaparatuuri valmistamiseks. 
Tähtsamad vase sulamid on pronks- vase sulam  tina, plii, alumiiniumi ja teiste elementidega. Pronksid  
jagunevad tinapronksideks ja tinavabadeks pronksideks. Pronksid  töötlemisviisi järgi jaotatakse 
survega töödeldavateks ja valupronksideks. Valupronks sisaldab 77% vaske, 11% alumiiniumi, 6% 
rauda ja 6% niklit. Pronks on laialdaselt kasutatav laevaehituses, sest ta ei korrodeeru merevees .   
ja  messing - e valgevaseks nim vase ja tsingi Zn (kuni 45%) sulamit. Messing, mis sisaldab vähem kui 
10%  tsinki  kannab nimetust tombak. Mida suurem on messingis tsingi sisaldus seda hapram ta on. 
Messingid jaotatakse survega töödeldavaks ja valu messinguks. Valumessing sisaldab näiteks  66% 
vaske, 23% tsinki, 6% alumiiniumi, 3% rauda.  Alumiiniumi, mangaani, nikli , räni vähene( kuni 1%) 
lisamine parendab messingite omandusi. 
 
17. Nikkel  ja niklisulamid (omadused, kasutamine, võrdlus). 
Nikkel on lihtainena hõbevalge, kollaka läikega plastne  metall. Ta on hästi  töödeldav , kuid juba 
vähesed lisandid, eriti väävel ja hapnik, halvendavad oluliselt mehaanilisi omadusi ja 
korrosioonikindlust. Keemiliselt on kompaktne nikkel väheaktiivne, õhus püsiv. Vee ja õhuniiskuse 
suhtes on nikkel püsiv.  
Kasutamine: keemiatööstuse seadmeid ja toiduainetetööstuses. Elektrolüütpindena teiste metallist 
materjalide puhul. 
Niklisulamid-  Parima korrosioonikindlusega on Ni-Cu sulamitest tuntud monelmetall, head omadused 
ilmnevad eriti merevees. Hea tugevus, sitkus, temp. Vastupidav. Ni-Cr tuntud eelkõige 
kuumuspüsivate materjalidena. 
Kasutamine: küttelemendid, merevees, reaktiivlennukid, kosmosetehnika. 
18. Alumiinium ja alumiiniumisulamid (omadused, kasutamine, võrdlus). 
Alumiinium on suhteliselt pehme, vastupidav, kerge, plastne ja hästi sepistatav metall mille värvus 
varieerub hõbedasest mattja hallini, olenevalt pinna karedusest. Alumiinium ei ole magneetiline ning 
süttib raskelt.Puhas alumiinium on suhteliselt hea nähtava valguse ning ülihea infrapuna kiirguse 
peegeldaja. Tänu oma korrosioonikaitsele on alumiinium üks väheseid metalle mis säilitab oma 
hõbedase läike pulbrina 
Alumiiniumi sulamid leiavad palju erinevat kasutust erinevates konstruktsioonides. Üks põhilisi 
alumiiniumi sulamite puudusi on nende tugevuse väsimine. Selle määratakse alumiinium 
konstruktsioonidele kindel eluiga, erinevalt näiteks terasest, mis potentsiaalselt võib olla igavene. 
Teine alumiiniumi puudus materjalina on selle soojustundlikus 
Kasutamine: autod, tarbeesemed, tänavavalgustid, elektriliinid. 
19. Magneesium  ja  magneesiumisulamid (omadused, kasutamine, võrdlus). 
Magneesium on hõbevalget värvi ja läikiv. Magneesium on keemiliselt küllaltki aktiivne, Magneesium 
on tugev  redutseerija  
Enamik magneesiumisulameid on ka suure soojusjuhtivuse ja elektrijuhtivusega ning vibratsioone 
summutavad. Magneesiumisulamite puuduseks võrreldes teiste metalliliste materjalidega on piiratud 
kasutatavus kõrgete temperatuuride ning niiske sooli sisaldava atmosfääri korral (vähene 
korrosioonikindlus ). Alumiinium on umbes 1,5 korda ja teras umbes 4,5 korda raskem. 
Kerguse tõttu sobivad magneesiumisulamid näiteks lennukite ja autode detailide ning kantavate 
seadmete (redelite, elektriliste tööriistade, mootorsaagide jms) valmistamiseks.Tähtis on ka hea 
töödeldavus (sepistatavus). 
20. Mittemetallid . 
Mittemetallid on väga mitmekesised . Nende omavahelised erinevused on palju suuremad kui 
metallidel. On nii gaasilisi, tahkeid kui ka üks tavatingimustes vedel aine ( broom ). On madala 
sulamistemperatuuriga pehmeid aineid, aga ka väga kõrge sulamistemperatuuriga ülimalt tugevaid ja 
vastupidavaid aineid ( teemant ). Mittemetallide värvused võivad olla väga erinevad. 
21. Alused- koosnevad metallioonist ja hüdroksidioonist (OH-). 
22. Happed - koosnevad vesinikioonist(H+) ja happejääkioonist 
23. Soolad - koosnevad metallioonist ja happejääkioonist 
24. Oksiidid- koosnevad kahest elemendist, millest üks on hapnik. 
25. Keemiline  reaktsioon  (liigitus, näited). 
Looduses, keemiatööstuses ja bioloogilistes protsessides kulgevad keemilised reaktsioonid jaotatakse 
kaheks: 
– reaktsioonid, milles reageerivate ainete aatomite oksüdatsiooniaste ei muutu 
– reaktsioonid, milles aatomite oksüdatsiooniaste muutub ( redoksreaktsioon ). 
Ühinemisreaktsioon  - tulemusel tekib liht- või liitainetest ühend: 
 
H2 + Cl2 = 2HCl 
Lagunemisreaktsioon -  saadusteks on aatomid või uued lihtained  
Cl2 = 2Cl 
Asendusreaktsioon  - lihtaine aatomid asendavad liitaine koostisse kuuluva teise elemendi aatomi 
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 
Vahetusreaktsioon  - kulgeb kahe liitaine vahel, kusjuures  tekib kaks uut liitainet: 
BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaCl  
Termodünaamika  
26. Termodünaamika I seadus- ehk energia jäävuse seadus ütleb: energia ei teki ega kao, vaid 
muundatakse mingiks teiseks vormiks 
27. Termodünaamika I seaduse matemaatiline avaldis . 
q = ∆U + w 
28. Protsessid püsival ruumalal ja rõhul, entalpia ,  soojusmahtuvus . 
Siseenergia muut on võrdne soojusefektiga konstantsel ruumalal. 
 
 Entalpiamuut on soojusefekt  konstantsel rõhul. 
Konstantsel rõhul on süsteemi entalpiamuut võrdne süsteemi poolt  neelatud (või eraldunud) soojusega. 
Endotermilise protsessi korral ΔH > 0 ja eksotermilise protsessi korral ΔH  Soojusmahtuvus – soojushulk, mis kulub keha temperatuuri tõstmiseks 1 ºC võrra kui temperatuuri 
tõstmine ei muuda aine agregaatolekut (keemilist koostist). 
 
29. Järeldused Hessi  seadusest, tekke- ja põlemissoojused. 
Hessi seadus võimaldab arvutada ka selliste reaktsioonide soojusefekte, mida reaalelus pole võimalik 
läbi viia. 
30. Termodünaamika II seadus, termodünaamiliselt  pöörduvad ja mittepöörduvad protsessid 
Ei ole võimalik selline protsess, kus kogu soojus muudetaks tööks ning pole võimalik kanda  soojust 
üle külmemalt kehalt soojemale ilma tööd tegemata.Isoleeritud süsteemi  entroopia kasvab ajas. 
31. Entroopia, tema avaldis pöörduvate ja mittepöörduvate protsesside korral, entroopia kasvu 
seadus 
Mittepöörduva (spontaanse) protsessi summaarne entroopia muut isoleeritud süsteemis on positiivne. 
∆S > 0 
Iseeneslike protsessidega kaasneb energia ja aine jaotuse korrapära kahanemine ehk siis korrapäratuse 
kasv. 
Termodünaamikas mõõdetakse korrapäratust entroopiaga S. Mida suurem on korrapäratus, seda 
suurem on ka entroopia. 
32. Entroopia leidmine isotermilistes protsessides ja temperatuuri muutumisel 
Temperatuuri tõusuga kaasneb süsteemi korrapära vähenemine, kuna molekulid hakkavad rohkem 
(energilisemalt, kiiremini) liikuma. 
33. Entroopia III seadus, absoluutse entroopia arvutamine standardtingimustes. 
Korrapärase kristallistruktuuriga puhta aine entroopia absoluutsel nulltemperatuuril on 
võrdne nulliga. See seadus annab aluse ainete absoluutsete entroopiate leidmiseks. 
34. Gibbsi   vabaenergia , reaktsiooni suuna ja tasakaalu kriteeriumid. 
Gibbsi energia (ΔG) on termodünaamiline potentsiaal, mis iseloomustab tööd, mida termodünaamiline 
süsteem suudab teha konstantsel temperatuuril ja rõhul. 
Kui reaktsiooni Gibbsi energia on negatiivne, toimub reaktsioon saaduste suunas, kui positiivne, siis 
lähteainete suunas ning kui Gibbsi energia on 0, siis reaktsioon on jõudnud tasakaaluolekusse ning 
reageerimine lõppeb. 
35. Gibbsi vabaenergia arvutamine. 
 
 
Keemiline tasakaal ja kineeteika 
Keemiline tasakaal on keemilise süsteemi püsiv olek, mis saabub pöörduva keemilise reaktsiooni 
kulgemise  tulemusena. 
Keemiline kineetika on füüsikalise keemia haru, mis tegeleb keemiliste protsesside kiiruste ja kulu 
uurimisega. 
36. Keemilise reaktsiooni tasakaal. 
Kui tingimused ei muutu, kulgevad reaktsioonid olekuni, kus vastassuunaliste reaktsioonide 
kiirused saavad võrdseks, ainete kontsentratsioonid enam ajas ei muutu ja ekkinud segus on sõltuvalt 
tingimustest rohkem või vähem kõiki reaktsioonis osalevaid aineid = TASAKAAL 
37. Keemilise tasakaalu ja reaktsiooni suuna kriteeriumid. 
Mida kaugemal on keemiline reaktsioon tasakaaluolekust, seda suurem on tema võime teha 
kasulikku tööd. Kui süsteem teeb tööd, siis tema töövõime väheneb, kuni saab tasakaaluolekus 
võrdseks nulliga. 
Reaktsioon toimub, kui 
ΔH0, suvaline T 
ΔH üks aine on jaotunud teises 
- 
Jämedispersne süsteem >10-6 m 
- 
Kolloiddispersne süsteem 10-9 ... (10-7) 10-6 m 
- 
Tõelised  lahused