Keemia aluste KT3 (0)

Tartu Ülikool - Keemia - Keemia alused

1 Hindamata

Esitatud küsimused

Millest on põhjustatud vee karedus ?
Mis on katlakivi ?
Millised neist on hapete anhüdriidid ?
Mis on ooleum ja milleks seda kasutatakse ?
Milliste ühenditena d-metallid enamasti looduses esinevad ?
Millist d-elementi leidub looduses peamiselt puhtal kujul ?
Miks d-elementidel võib olla ühendites erinevad oksüdatsiooniastmed ?
Millistel d-elementidel on ühendites ainult üks oksüdatsiooniaste ?

“Keemia alused” 3. kontrolltöö
Küsimused, mis on toodud kaldkirjas, ei tule kontrolltöösse, kuid võivad esineda eksamiküsimustes.
Tudeng peab teadma erinevate rühmade elementide peamiste ühendite nimetusi, oskama kirjutama ühendile vastavat keemilist valemit või vastupidi. Tudeng peab oskama kirjutama erinevate rühmade elementide peamiste ühendite tekkereaktsioone ning neid tasakaalustama.

Tähtsamad perioodilised seosed aatomite omadustes. Selgitage, kuidas muutuvad aatomiraadius , ionisatsioonienergia, elektronafiinsus, elektronegatiivsus ja polariseeritavus perioodilisustabelis .
Aatomiraadiused vähenevad perioodis vasakult paremale ja rühmas kasvavad ülevalt alla. Aatomi raadius väheneb perioodilisuse tabelis vasakult paremale ja suureneb ülevalt alla. Igas uues perioodis lisanduvad uued elektronid järjest välimistele elektronkihtidele, mis asuvad aina kaugemal tuumast ja seetõttu suureneb raadius ülevalt alla. Vasakult paremale väheneb raadius, sest siis suureneb elektronegatiivsus, mis tõmbab elektrone tugevamingi tuuma suunas ja seetõttu on aatom kompaktsem.
Ionisatsioonienergia- esimesed eionisatsioonienergiad I kasvavad perioodis vasakult paremale ja rühmas vähenevad ülalt alla. Elektronide väljalöömine. Järgmises perioodis langeb tagasi madalamale väärtusele ja hakkab uuesti tõusma jne.
Ionisatsioonienergia on energia, mis kulub elektroni eelmaldamiseks aatomist. Ionisatsioonienergia väheneb tüüpiliselt rühmas ülevalt alla, kuna väliskihi elektronid asuvad tuumast järjest kaugemal ja on seetõttu tuumaga nõrgemalt seotud. Vasakult paremale liikudes suureneb elektronegatiivsus, mistõttu on elektronid tuumaga tugevamini seotud ja nende eemaldamiseks kulub rohkem energiat. Teine ionisatsioonienergia on alati kõrgem kui esimene, eriti veel, kui elektron tuleb ära võtta sisemisest elektronkihist. Positiivse laenguga aatomilt negatiivselt laenguga elektroni on raskem ära võtta kui neutraalse laenguga aatomilt.
Elektronafiinsused E on suurimad tabeli paremas ülanurgas ( flour , hapnik).
Elektronafiinsus on energia, mis eraldub või neeldub, kui elektron lisandub aatomile. Suureneb tabelis ülesse paremale floori suunas.
Aatomite elektronegatiivsused kasvavad perioodis vasakult paremale rühmas vähenevad ülevalt alla.
Aatomite polariseeritavus vähenevad perioodis vasakult paremale ja rühmas kasvavad ülalt alla. Anioonid on polariseeritavamad kui vastavad aaomid tänu oma suuremale raadiusele. Polariseerivad omadused on intensiivsemad väikese raadiusega ioonidel.

Selgitage inertpaari efekti mõne näite abil.
Inertpaari efekt on omadus moodustada ioone, mille laeng on kahe võrra väiksem valentselektronide arvust.
Õhus kuumutamisel moodustab tina tina(IV)oksiidi, aga plii aatom moodustab kõigest plii(II)oksiidi, kui ta asub IVA rühmas. In 4d10 5s2 5p1 seda ühte on lihtsam loovutada ja jääbki siis kas In+ või In3+
samamoodi on Ga’ga.
In: 4d105s25p1 In+, In3+
Tl: 5d106s26p1 Tl+, Tl3+
Annavad elektrone ära, kuna tahavad ioone moodustada.

Selgitage, kuidas muutuvad elementide keemiline aktiivsus, metallilised /mittemetallilised omadused, happelis- aluselised omadused ja redutseerimisvõime/oksüdeerimisvõime rühmas ülalt alla ning perioodis vasakult paremale.
Keemiline aktiivsus. Metallidel muutub keemiline aktiivsus rühmas ülevalt alla,
mittemetallidel vastupidi. See on seotud elementide metallisuse ja
mittemetallilisusega.
Metallilised-mittemetallilised omadused. Rühmas ülevalt alla tuuma ja
väliselektronkihi vaheline külgetõmme nõrgeneb ning väliskihi elektron võib
kergemini eralduda. Metallilisus suureneb rühmas ülevalt alla, mittemetallilisus
vastupidi.
Aktiivsete metalliliste elementide oksiidid on tugevalt aluseliste
omadustega, vähemaktiivsete metalliliste elementide oksiidid on
enamasti nõrgalt aluseliste omadustega.
Mittemetalliliste elementide oksiidid on enamasti happeliste omadustega
(v.a üksikud erandid).
Elementide metalliliste omaduste nõrgenedes ja mittemetalliliste
omaduste tugevnedes oksiidide aluselised omadused nõrgenevad ja
happelised omadused tugevnevad.
Mida enam vasakul metall pingereas asub, seda:
suurem on ta keemiline aktiivsus, seda kergemini ta oksüdeerub, loovutab elektrone.
suurem on ta redutseerimisvõime;
raskemini redutseeruvad metallioonid.
Pingerea iga metall tõrjub kõik temast paremal asuvad metallid nende soolade lahustest välja.
Näide: Zn + HCl  ZnCl2 + H2
lahja H2SO4 ja sulfaadid väga nõrgad oksüdeerijad, oksüdeerimisvõime kasvab
happesuse suurenemisega
Metallid (aatomi väliskihil elektrone suht. vähe) käituvad keemilistes reaktsioonides alati redutseerijana. Hapnik ja halogeenid (väliskihil elektrone suhteliselt palju) käituvad eelkõige oksüdeerijatena.

Selgitage diagonaalset seost perioodilisussüsteemis näidete abil.
Igal rühmal on oma iseloomulik valentskihi elektronide jaotus, mis määrab paljuski
elemendi omadused
– iga rühma esimene element erineb järgnevatest rohkem kui need omavahel
– diagonaalsed seosed
Perioodilisussüsteemis lahutab metalle mittemetallidest diagonaal, mis kulgeb boorist (B) polooniumini (Po). Joone peale jäävad elemendid on poolmetallid ehk metalloidid; üles paremale jäävad mittemetallid . Mõnikord esineb diagonaali - suunaline sarnasus,
näit. paarid Li - Mg, Be - Al, B - Si
Põhjused: sarnasused sisemiste orbitaalide täitumisel

Selgitage perioodilisi seoseid näidete abil hüdriidide omadustes. Kirjeldage soolataolisi, metallilisi ja molekulaarseid hüdriide ning kirjutage nende tasakaalustatud tekkereaktsioonid.
Kõik pea-alarühmade elemendid (v.a.väärisgaasid) moodustavad vesinikuga binaarseid ühendeid
– hüdriidi valem on seotud pea-alarühma numbriga
• Tugevalt elektropositiivsed ( leelis - ja leelismuld ) metallid moodustavad soolataolisi
hüdriide, kus vesinik on hüdriidioonina, H-.
Ioonilised on leelis- ja leelisemuldmetallide hüdriidid, nt KH ja CaH2. Ioonilised hüdriidid on kõrge sulamistemp tahked kritallilised ained ehk soolad . Esimese rühma s-elementide hüdriidid on nagu enamik nende elementide halogeniide NaCl struktuuriga. Keemilises mõttes käituvad ioonilised hüdriidid aluseliste ühenditena. KH+HOH=KOH +H2
Metallilised hüdriidid on elektrijuhid, metalse läikega ja evivad ka teisi metallilistele ainetele iseloomulikke omadusi. Vastavad metallilised ühendid tekivad siis, kui valentstsoonis saavutatakse teatav elektronide konts. Ti2H, TiH, TiH2. Metallilised hüdriidid moodustuvad mõnede delementide kuumutamisel vesinikus. Nad on
mustad, pulbrilised ja elektrit juhtivad. Kuumutamisel või happe toimel hüdriid laguneb ja eraldub vesinik. Metallilisi hüdriide uuritakse vesiniku transpordi ja säilitamise eesmärgil.
Mittemetallid moodustavad molekulaarseid hüdriide, mis koosnevad diskreetsetest
molekulidest.– Nad on sageli lenduvad.– Nad on sageli Brønstedi happed . Kovalentsete ühendite hulka kuuluvad hüdriidi vesinikust vähem elektroneg-te mittemetalliliste elementidega, nagu SiH4, BH3. Keemilistelt omadustelt on mittemetallide h-id happelised ühendid. SiH4+4HOH= H4SiO4 +4H2
6. Selgitage perioodilisi seoseid näidete abil oksiidide omadustes. Kirjeldage aluselisi, amfoteerseid ja happelisi hüdriide ning kirjutage nende tasakaalustatud tekkereaktsioonid.
Kõik elemendid (v.a väärisgaasid) moodustavad hapnikuga binaarseid ühendeid –
oksiide . Madala I-ga metallilised elemendid moodustavad ioonilisi (aluselisi) oksiide, mis reageerivad veega ja annavad leelise . Vahepealse I-ga elemendid moodustavad
amfoteerseid oksiide, mis ei reageeri veega, kuid lahustuvad nii aluselistes kui happelisteslahustes. – d-elementide oksiidide happelised omadused varieeruvad sõltuvalt metalli oksüdatsiooniastmest.• Paljude mittemetallide oksiidid on gaasilised .
Enamik neist on Lewis 'i happed jamoodustavad happelisi vesilahuseid, neid
nimetatakse happeanhüdriidideks.
Aluselistest h-dest mood leelised, happelistest happed. Aluseliste h-de erinevus happelistest avaldub nende omavahelisel reageerimisel: LiH+BH3=Li[BH4]. See reakts võib toimuda ainult mittevesilahustes (nt eetris). Liitiumhüdriid annab kompleksi koostisesse H-, on el-paari doonoriks, BH3 aga liidab selle ja on seega aktseptor . Aluseliste h-de reageerimisel veega mood alused CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2 ja happeliste h-de reag veega tekivad happed B2H6 + 6H2O 2H3BO3 + 6H2 OKSIIDIDE puhul SO2 + H2O H2SO3 ja CaO + H2O Ca(OH)2.
Amfoteerse ühendina võib vaadata nt AlH3, mis reaktsiooni teistest partneritest olenevalt on kas el-paari doonoriks (aluseline ühend) või aktseptor (happeline ühend):

AlH3+3BH2=Al[BH4]3aluseline ja 2. KH+AlH3=K[AlH4]happeline
Amfoteersed ühendid võivad reageerida nii happeliste kui aluseliste ühenditega
ZnO + HCl ZnCl2 + H2O
alus
2NaOH + ZnO + H2O  Na2[Zn(OH)4] hape
Seega esineb amfoteerne ühend alusena kui tema koostises olev elektropositiivsem element moodustab soola katioonina Xn+; happena kui elektropositiivsem element on kompleksimoodustajaks.
7. Vesinik: leidumine, lihtaine saamine, omadused ja kasutamine.
Lihtsaim võimalikum aatom. Universumis levinuim element (~89%). Sageli ei paigutata teda perioodilisustabelis kindlasse rühma (võiks olla 1. või 17./VIIA rühm).
Maal on teda suhteliselt vähe: vesi, fossiilsed kütused. Suur vesiniku sisaldus päikeses ja psüsteemis. Planeetidest on kõige H-rikkam atmosfäär Jupiteril. Saamine laboratoorselt: metallid enne vesinikku reageerivad hapetega (Zn ja Fe)(HF, H2SO4)
Zn(s) + 2H(aq)+ → Zn2(aq) + H2(g) tööstuses vt slaidilt
Vesinik on värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas .•Vesinik on väga väikese tihedusega –0,089 g/l • Kondenseerub alles 20 K juures. Vesiniku molekulil kõige väiksem aatom- ja molekulmass ning sellest tingitult ka kõige suurem liikumiskiirus (difusioonkiirus).
Tavatingimustes ja madalal temp on väheaktiivne, toatemp reageerib vaid flouriga.
Kasutusalad: õhupalli täitegaasina, aastas toodetakse 3·108 kg.
– Pool sellest kulub ammoniaagi sünteesiks.(ka vesinikkloriidi, süsivesinike, alkoholide sünteesis lähteaine).
– Kolmandik metallide hüdrometallurgiliseks
ekstraktsiooniks: Cu2(aq) + H2(g) → Cu(s) + 2H(aq) (redutseerijana metallimaakidest metallide tootmine)
– Margariini tootmine (taimsed ja loomsed rasvad (õlid) muudetakse tahketeks, mis on aluseks)
Orgaanilises sünteesis rakendatakse seda hüdrogeenimisreaktsioonidel. Vesiniku-.hapniku põleti leegis toodetakse ja töödeldakse kvartsklaasi ja sulat metalle. Vedelat H2 kasut raketikütusena ja kosmonautikas.
8. Vesiniku olulisemad ühendid (hüdriidid ja oksiidid): kirjutage nende tasakaalustatud tekkereaktsioonid.
Olulisemad ühendid on vesi ja vesinikperoksiid H2O2saamine: BaO2+H2SO4=BaSO4 (nool alla)+H2O2. Valguse käes või katalüsaatorite toimel laguneb: 2H2O22H2O+O2. Tugev oksüdeerija nii happelises kui aluselises kk-s 2KI+H2O2I2+2KOH võib esineda ka redutseerijana.
9. Leelismetallid (Li, Na, K): leidumine, lihtainete saamine, omadused ja kasutamine.
Perioodilisussüsteemi 1. rühma liikmed leelismetallid ( liitium , naatrium, kaalium ,
rubiidium, tseesium ja frantsium) on väga sarnaste omadustega. Leelismetalliaatomite valentskihi elektronkonfiguratsioon on ns1. Leelismetallide omadused tulenevad nende madalast ionisatsioonienergiast.Keemilise aktiivsuse (kõige reakts võimelisemad) tõttu esinevad looduses ainult ühenditena. Lito - ja hüdrosfääris on levinumad Na- ja K-ühendid, teiste leelismetallide ühendid on palju haruldasemad. Tähtsamaks esinemiskujuks looduses on halogeniidid ( kloriid , sulfaat , silikaat, fosfaat ). L-metalle saadakse vastavate soolade või leeliste elektrolüüsil (tugevad redutseerijad ) 2NaCl  2Na+Cl2 või 4KOH4K+2H2+2O2. Kaaliumi saamine vt slaidilt.
Leelismetallid on pehmed ja hõbehalli värvusega metallid. Side leelismetallides on nõrk, neile on iseloomulikud madalad sulamis- ja keemistemperatuurid ning väike tihedus.Sulamistemperatuur kahaneb rühmas ülalt alla: tseesiumi sulamistemperatuur on vaid 28 ºC. Madala ionisatsioonienergia tõttu esinevad leelismetallid ühendites ühelaenguliste katioonidena. Leelismetallid on tugevad redutseerijad: redutseerivad vett; sulanaatriumi kasutatakse tsirkooniumi ja titaani tootmiseks nende kloriididest.(vt slaid). Leelismetallid loovutavad oma valentselektroni
ka lahustumisel vedelas ammoniaagis, andes sinise lahuse, mis koosneb solvateeritud
elektronidest ja metallikatioonidest. Kõrgematel kontsentratsioonidel on lahus
pronksikarva ja juhib hästi elektrit.Kasutatakse orgaaniliste ühendite redutseerimiseks.Leelismetallid reageerivad otse enamike mittemetallidega. Leelismetallide ja hapniku vahelise reaktsiooni valdav produkt varieerub rühmas allapoole liikudes. Iooniline ühend on stabiilsem siis, kui katiooni ja aniooni raadiused on lähedased.Liitium annab valdavalt oksiidi Li2O . Naatrium on suurem ja annab peroksiidi Na2O2. Kaalium annab superoksiidi KO2. Kasutusalad vt slaididelt
10. Kirjeldage leelismetallide reageerimist veega. Kirjutage tasakaalustatud reaktsioonivõrrand.
Kaaliumsuperoksiidi KO2 kasutatakse suletud süsteemides (allveelaevad, kosmoseraketid, gaasimaskid) hingatava õhu regenereerimiseks (vee ja CO2 sidumiseks). 4KO2(s) + 2H2O(g) → 4KOH(s) + 3O2(g)
KOH(s) + CO2(g) → KHCO3(s) või 2Na+2H202NaOH+H2 Veest eraldub leelismetallide toimel vesinik; alates kaaliumist, leelismetallid ja vesinik süttivad. Moodustuvadi hüdroksiide (MOH) nim leelisteks, mis on tugevaimad alused.
11. Kirjeldage leelismetallide reageerimist mittemetallidega (sh hapnikuga). Kirjutage tasakaalustatud reaktsioonivõrrandid. Kuidas saadakse naatriumoksiidi Na2O ja kaaliumoksiidi K2O?
Reageerivad väga energiliselt paljude mittemetallidega. Perioodilisussüsteemi esimese rühma tüüpvalemi ja o-a I järgi peaksid leelismetallid moodustama oksiidi M20. Tegelikult moodustab metalli otsesel reageerimisel hapnikuga niisuguse oksiidi ainult liitium. 4Li+O22Li2O. Teised leelismetallid moodustavad peroksiidi või hüperoksiidi. 2Na+O2Na2O2 või K+O2KO2. Peroksiidid ja superperoksiidid on ioonilised ühendid, mille struktuuris esinevad vastavalt peroksiidioonid [O2]2- ja superoksiidioonid [O2]-. Reageerimisel lämmastikuga moodustuvad nitriidid (6Li+N22Li3N), süsinikuga karbiidid (2Li+2CLi2C2) ja halogeenidega vastavad halogeniidid (2Na+Cl22NaCl või 2K+Br22KBr). Na oa-le I vastavat oksiidi Na2O saadakse hapniku vajakul või Na sulatamisel naatriumperoksiidiga või naatriumhüdroksiidiga: 4Na+O22Na2O või Na2O2+Na2Na2O või 2NaOH+2Na2Na2O +H2. ????kaaliumoksiid
12. Leelismetallide olulisemad ühendid (NaCl, NaOH , NaHCO3, Na2CO3·10H2O, Na2CO3, KCl, KNO3, KO2): nende kasutamine ja kirjutage nende tasakaalustatud tekkereaktsioonid.
NaCl naatriumkloriid ehk keedusool - inimkond kasutanud toidulisaainena ja konservimisainena aastatuhandeid. Liha, kala, kapsaid ja seeni säilitati soolatult. Kasut ka suures mahus kloori ja naatriumhüdroksiidi tootmiseks. 2Na+Cl22NaCl
NaOH naatriumhüdroksiid ehk seebikivi , sööbenaatrium- kasut kui odavat lähteainet naatriumsoolade tootmiseks, vedelkütuste töötlemisel, seebi keetmisel . Saadaks NaCl vesilahuse elektrolüüsil. 2Na+H2O2NaOH+H2 või 2NaCl+2H2o2NaOH+H2+Cl2
NaHCO3 naatriumvesinikkarbonaat aka söögisooda- kasutatakse küpsetuspulbrite koostises taigna kergitusainena.( NH4HCO3 +NaClNaHCO3+ NH4Cl ) NaCO3+H2O=NaHCO3+NaOH
Na2CO3·10H2O naatriumkarbonaati ehk pesusoodat (kristallhüdraat, -sooda) on kasutatud pesupulbrite koostises vee pehmendajana, veevaba karbonaat NaCO3 leiab suures mahus kasutamist klaasitööstuses. Tähtis pesemisaine ja klaasitooraine. 2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O
KCl kaaliumkloriid aka sülviin on tähtis kaaliumväetis ja lähteaine teiste kaaliumühendite saamiseks. 2K+Cl22KCl
KNO3kaaliumnitraat, arginimetusega kaaliumsalpeeter leiab rakendamist liitväetisena, musta püssirohu ning pürotehniliste segude valmistamisel, klaasitööstuses ja toiduainete konservimisel. Saadakse lämmastikhappe või nitroosgaaside reageerimisel kaaliumühenditega (K2CO3, KCl) ????
KO2 kaaliumsuperoksiid ehk kaaliumhüperoksiid tekib kaaliumi põlemisel õhus või hapnikus K+O2KO2. Kaaliumsuperoksiidi ja naatriumperoksiidi sugu kasut õhu regenereerimisseadmeis väljahingatud õhust CO2 sidumiseks ja asendamiseks hapnikuga, näiteks allveelaevas, lennukikabiinis jm.
13. IIA rühma metallid (Be, Mg, Ca, Ba): leidumine, lihtainete saamine, omadused ja kasutamine.
Berüllium (Be)- elemendina vähelevinud, olles litosfääris 47. kohal, maagid looduses haruldased , kuulub haruldaste metallide hulka. Saadakse BeCl2 elektrolüütilisel redutseerimisel. Või nt BeF2 +2K2KF+Be. Be saamisel metallotermiliselt on lähteaineks berülliumhalogeniidide ja metalliflouriidide (NaF) segu, mida reduts -takse magneesiumiga: BeF2+2NaF+2MgBe+2Na+2MgF2. Hallika helgiga hõbevalge metall. Eripäraks väike tihedus, alumiiniumist 1,5 ja rauast 4 korda kergem. Väikese tiheduse kõrval on sel suur kõvadus ja tugevus. Ühendid v mürgised, annab sageli kovalentseid sidemeid . Amfoteerne. Väikese tiheduse tõttu kasut satelliitide ja rakettide valmistamiseks, selle õhuke leht on röntgenkiirtele läbipaistev ja kasutat röntgenikiiretorude akendena. Be lisandid muudavad vase jäigemaks ja sulam leiab kasutust tööriistade valmistamisel.
Magneesium (Mg)- litosfääris levinud keemiline element (7.kohal), leidub samaplaju kui naatriumi. Keemilise aktiivsuse tõttu ei esine vabalt lihtainena, vaid ainult elemendina arvukate ühendite ja mineraalide koostises. Bioelemendina kuuluvad mg ühendid ka elusloodusse (Mg kuulub roheliste taimede klorofülli koostisesse), ka merevees v levinud metall. Metallilist magneesiumit toodetakse tema ühendite keemilise või elektrolüütilise
redutseerimise teel. MgCl2Mg+Cl2
– Keemilise redutseerimise korral saadakse dolomiidi lagundamisel MgO, mis pannakse
1200 ºC juures reageerima raua ja räni sulamiga. MgO +CMg+CO
– Elektrolüütilise meetodi korral sadestatakse mereveest Mg(OH)2, mis lahustatakse seejärel
soolhappe toimel ja elektrolüüsitakse. Magneesium on hõbevalge metall, mille pind
kattub õhus õhukese, kuid tiheda kaitsva oksiidikihiga. Magneesium on väikese tihedusega ja väga pehme. Tema sulamid seevastu on sageli kõvad ja tugevad ning leiavad laialdast rakendust lennukitööstuses ja ka autode juures. Magneesium põleb

80% sisust ei kuvatud. Kogu dokumendi sisu näed kui laed faili alla