Keemia eksam 2011 (5)

1.Elemendi ja lihtaine mõisted ja nimetused ning nende mõistete õige kasutamine praktikas. Süsteemsuse olemus ja süsteemse töötamise vajalikkus inseneritöös. Näiteid praktikast. Milline on süsteemne materjalide korrosioonitõrje?
Element – Keemiline element ehk element on aatomituumas sama arvu prootoneid omavate (ehk sama aatomnumbriga) aatomite klass.Teise definitsiooni järgi on keemiline element aine, milles esinevad ainult ainult ühe ja sama aatomnumbriga aatomid .
Lihtaine - Lihtaine on keemiline aine, mis koosneb ainult ühe keemilise elemendi aatomitest. Lihtaines võivad elemendi aatomid olla isoleeritud või moodustada mitmest ühesugusest aatomist koosnevad molekulid. Näiteks kloor ja fluor esinevad ainetena Cl2 ja F2,
Süsteemsus – Kõik keemilised tehis - ja looduslikud protsessid kujutavad endast süsteemi, milles on ained, kemikaalid , seadmed , keskkond ja mõjutegurid. Näited:
Etanooli valmistamine. Koosneb tooraine (kartul, teravili) kasvatamisest,
tootmistehnoloogiast, töötajatest ning aparatuurist.
Õlle valmistamine. Koosneb teravilja (oder, nisu, rukis jt.) sordi valikust ja kasvukoha
valikust, linnaste valmistamisest, õlle valmistamise tehnoloogiast ja säilitamise viisist.
Eluslooduste seisukohalt peamiste elementide – s.t. C, P ja N ühendite loodusliku
ringkäigu süsteem.
Praktikas uuritakse väga paljude ainete ja materjalide ning nähtuste omadusi mingis
keskkonnas ja mingitel tingimustel. Kui jäetakse määratlemata süsteem, kus vastav
aine või materjal või nähtus asub ning ilmneb, või tehakse seda ekslikult, saadakse
eksitavad või valed tulemused, millised võivad viia väga tõsiste tagajärgedeni.
Rajatiste ja ehitiste projektid on vastava reaalse süsteemi mudelid. Kui projektis
jäetakse mõni süsteemi kuuluv nähtus kas üldse käsitlemata või käsitletakse
ebapiisaval tasemel, võivad tagajärgedeks olla avariid, õnnetused, konstruktsioonmaterjalide
hävimised jm.
KONKREETSEID NÄITEID
Ühes puidukuivatis oli valitud konkreetsesse süsteemi mittesobivad konstruktsioonmaterjalid :
alumiiniumisulam ja roostevaba teras AISI 304. Mõlemad korrodeerusid üsna kiiresti sedavõrd palju, et vastavad konstruktsioonid tuli välja vahetada.
Kahes Tallinna suurelamus valmistati kuuma vee süsteem tsingitud terastorudest.
Tingituna ebaõigest kasutusrežiimist tekkisid korrosiooni tulemusena ühes majas torudesse esimesed augud 1,5 aasta, teises 5 aasta pärast. Mõlemal juhul tuleb kas torustik välja vahetada või ehitada teise põhimõttega kuuma vee süsteem.
Roostevaba terasest kuuma vee katel . Arvestamata jäeti roostevaba terase korrosiooni
spetsiifika ning suitsugaasi torudesse tekkisid korrosioonist põhjustatud augud paari aasta jooksul.Kõigi nende näidete juures võib algpõhjuseks lugeda ebakvaliteetset projekti: nimelt puudub enamikes ehitus- ja rajatiste projektides osa „Materjalide korrosioonitõrje“.
Selle osa koostamine ei ole vastavate seadusandlike dokumentide alusel kohustuslik.
2. Aine ja materjali mõiste, nende eksisteerimise füüsikalised olekud tavatingimustel, rõhu ja temperatuuri mõju nende olekule ja püsivusele .Millest sõltuvad ainete ja materjalide kõik omadused ? Ainete ja materjalide klassifikatsiooni skeemi algus keemia valdkonnas. Konkreetsed näited kõikide mõistete ja omaduste juurde.
Aine on osake, mis omab massi ja mahtu, võib esineda nii puhtana (suhteline mõiste) kui ka ühendites, nt prooton, neutron , elektron .
Materjal on aine, mille töötlemisel ( kasutamisel ) ei toimu keemilisi muutusi (nt alumiiniumpotid).
Tavatingimused: 20 ºC (293 K) ja 1 atm (101325 Pa). Kõik ained, mis on tavatingimustel vedelas olekus, on võimalik üle viia tahkesse olekusse, kuid mitte kõiki gaasilisse olekusse (temp tõustes ja rõhu langemisel osad ained lagunevad); tavaolekus tahke aine võib viia vedelasse olekusse, aga mitte kõiki gaasilisse olekusse. Samuti on aineid ja materjale, mis eksisteerivad ainult kahes olekus ( parafiin – vedelikuks kuid vähesel määral gaasiliseks; jood läheb kiiresti gaasiliseks).
Millest sõltuvad ainete ja materjalide kõik omadused? Füüsikal. omadused sõltuvad osakeste massist ja nende ,,kokkupakitusest“ (tihedus), keemilise sideme tüübist ja struktuurist (kõvadus, sepistatavus, venitatavus, sulamis- ja keemistemp ), laetud osakeste liikumisvõimest ( elektrijuhtivus ) jne. Keemilised omadused sõltuvad elektronide paigutusest aatomis (elektronskeemist), keemilise sideme tüübist, struktuurist ja energiamuutustest.
Ainete ja materjalide enamkasutatav klassifikatsioon , ainete ja materjalide tähistamine praktikas: Klassifitseerimine toimub alati mingi tunnuse alusel, sama ainet võib klassifitseerida eri tunnuste järgi, st. aine võib olla eritunnustega ja kuuluda samaaegselt erinevatesse klassidesse. Ainete ja materjalide tähistamine: 1)NIMI a)Nimi ei anna infot aine päritolu, kasutamise ega omaduste kohta (kriit, vesi); b)Nimes sisaldub mingi info ( sooraud , seebikivi ); c)Kaubanduslik nimi ei sisalda mingit infot (määrdeõli, kiudained ); 2)VALEM: a) Empiiriline – näitab aine elementaarkoostist ja elementide gruppide omavahelist suhet, erandjuhul näitab valem aine molekulaarkoostist (gaasid, vedelikud, molekulvõrega tahkised, nt N2 ja CH4) Tahke ioonvõrega ainetel molekule ei ole; b)Struktuuri valem – näitab lisaks elementide ja elemendi gruppide suhtele, kuidas need on omavahel seotud; c)Valem tähtede ja numbrite kombinatsiooniga. Näiteks:El00-E199 toiduvärvid; d)Nomenklatuursed nimetused on standardiseeritud puhastele ainetele JUPAC poolt H2SO4 (tetraoksosulfaat(VI) vesinik ). Lisaks keemilisele tähestikule kasutatakse mitmeid numbrilisi koode, milledest tähtsamad on CAS ja EINEKS registrite numbrid . (CAS – Chemical Abstract Services (kemikaali (aine) reg nr andmebaasis , EINEKS–European Invention of Existing Commercial Chemical Substances) – on kemikaali (aine) reg. nr Euroopa kaubanduslike ainete loetelus. CAS reg nr omistatakse ainele kui see lisatakse andmebaasi, igale CAS nr vastab üks ja ainult üks aine. CAS nr järgi saab Interneti kaudu kätte ka selle kemikaali ohutuskaardi.
3. Liht- ja liitaine , puhta aine, materjali, homogeense ja heterogeense segu mõisted. Vastavad näited. Reaktsiooni kiiruse mõiste, mõõtmine. Millised tegurid ja kuidas mõjutavad reaktsiooni kiirust homogeenses, millised heterogeenses süsteemis?
Lihtaine hapnik O2, osoon , raud Fe, süsinik (ühe sama elemendi).
Liitaine- ühendid, mitu erinevat elementi. H2O, NaCl.
Puhas aine - Puhas aine on kindla koostisega aine, koosneb ainult ühe aine osakestest, põhiainet on 99,9999% (lisandeid on 0,0001%).
Materjal- aine, mille töötlemisel (kasutamisel) ei esine arvestatvaid keemilisi muutusi (nt: alumiinium pottidena, metallid, looduslikud ja sünteetilised kivimid, pooljuhid). Homogeenses segus on süsteemi (segu) keemiline koostis ja struktuur süsteemi mistahes osas ühesugune.
Heterogeenne segu või süsteem koosneb kahest või enamast kas keemilise koostise või struktuuri poolest erinevast homogeensest osast (faasist).
Faas on heterogeense süsteemi üks homog. osa. Faasid võivad erineda üksteisest füüsikalise oleku (tahke, vedel, gaas ), keemilise koostise või struktuuri poolest, s.t. faaside vahel on piirpinnad.
Süsteem on ruumi osa, mis võib olla piiratud piirpindadega (suletud süsteem) või mitte (avatud süsteem).
Keemilise reaktsiooni kiirus – ajaühikus ruumalaühiku kohta tekkinud reageerinud aine hulk. Mõõdetakse reageerivate ainete kontsentrasiooni muutusega ajaühikus.
Reaktsiooni kiirus oleneb: 1)homogeenses süsteemis: a)temperatuurist (temp. kasvades reaktsiooni kiirus kasvab - van’t Hoffi reegel: temperatuuri tõusu 100 võrra kasvab reaktsiooni kiirus 2-4 korda), b)kontsentratsioonist (konts. kasvades reaktsiooni kiirus väheneb, sest vahele tekib aine, mis segab edasist reaktsiooni (nt: betoon õhus)), c)gaaside ja aurude korral nende rõhust. 2)heterogeenses süsteemis: a,b,c + d) faaside kokkupuutepinna suurusest (suurendad pinda siis kiirus suureneb), e)reaktsiooniproduktide difusiooni kiirus faaside kokkupuutepinnalt nende sügavusse, f)2-aatomiliste gaaside dissotsiatsioonienergiast. Näiteks: A+B=AB, v=k*[A]*[B], kus k- reaktsiooni kiiruskonstant ja [A], [B]- reageerivate ainete kontsentratsioonid mol*dm-3. Keemilise reaktsiooni kiirus n jääva temperatuuri puhul võrdeline reageerivate ainete kontsentratsioonide korrutisega: mA+nB=pC, v=k*(A)m *(B)n (üldjuhul).
4. Ainete valemite mõiste ja seletus.
Ainete valemite mõiste ja seletus: 1)empiirilises valemis on esitatud iga elemendi aatomite
lihtsaim suhe ühendis. See ei näita iga elemendi aatomite koguarvu kovalentses või keemilise
sideme tüüpi ühendis. 2)molekulivalem (gaasid, vedelikud, molekulvõrega tahkis , nt N2, CH4).
Molekulivalem kujut. lihtaine või ühendi ühe molekuli koostist ja näitab, milliseid elemente
molekul sisaldab ja milline on iga elemendi aatomite arv molekulis, kuid ei näita keemilise sideme tüüpe molekulis. 3)lihtsustatud struktuurivalemis on näidatud aatomite rühmade (nt
karboksüülrühm) järjestus molekulis ja keemil. sideme tüüp nende aatomite rühmade vahel
(näidatud kriipsukestena). 4)täielik struktuurivalem näitab molekulis aatomite paigutust üksteise suhtes. Valemis on märgitud ka kõik molekulis esinevad sidemed.
Keemiline reaktsioon on muundumine , mille tulemusena muutuvad aine keemil. omadused või moodustub uus aine. Keemilisel reaktsioonil tekivad lähteainetest saadused. Keemiline reaktsioon on protsess, kus tekib uus aine. Keemilisel reaktsioonil katkeb vähemalt üks ja tekib juurde vähemalt üks keemiline side erinevate elementide vahel. *Kahe erineva aine osakeste vahel:
1)2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O; 2)MgCO3+2HCI= MgCl2 +H2O+CO2;
3) CuSO4 + Zn=ZnSO4+Cu; 4)CuO+ H2SO4= CuSO4+H2O; 5)2SO2+ O2=2SO3
*Sama aine osakeste sees ( lagunemisreaktsioon ): 1) NH4Cl =NH3+HC1; 2)CaCO3= CaO+CO2;
3)2NaHCO3= Na2CO3+H2O+CO2
Klassifitseerimine käib mitmete tunnuste järgi, kuid olulisem on oks-astme järgi: a) kui
reaktsiooni käigus muutub vähemalt ühe elemendi aatomite oks. aste, nim. reaktsiooni
redoksreaktsiooniks; b) kui elemendi oks. aste ei muutu, nim. seda liitumis-, asendus- vm reaktsiooniks.
Keemilise reaktsiooni üleskirjutis sisaldab reageerivate ainete ja reaktsiooni saaduste keemil. valemeid ning näitab reaktsioonis osalevate ainete moolide arvu N:2H2+O2=2H2O.
Koostamise üldpõhimõtted: 1)võrrandi vasakule poole kirjutatakse lähteaine valemid, paremale saaduste valemid. Võrrandi pooli eraldab pöördumatu reakts korral või =, pöörduva reakts korral; 2)võrrand tuleb tasakaalustada, st elemendi aatomeid on võrrandi vasakul ja paremal pool võrdselt; on tavaks kirjutada gaasina eralduva aine valemi järele ↑ ja sademena eralduva aine järele ↓.
Praktikas kasutamine: fotokeemia – valgustamine, kiirguskeemia – kiiritamine, katalüüs.
5. Ainete ja materjalide iseloomustamise printsiibid nende pakenditel ja saatedokumentidel. Sertifikaat , mõiste kahesugune sisu, vastavad näited. Millised on vesilahuste peamised omadused, milledega iseloomustatakse neid sertifikaadis?
Looduslikus vees on Ca2+ + Mg2+ sisaldus 5,2 mmol/dm3, HCO3 – sisaldus 4,0 mmol/dm3, kui palju võib moodustuda katlakivi viiest kuupmeetrist veest (katlakivi koostiseks võtta CaCO3)?
Pakendid ja/või saatedokumendid peavad iseloomustama aine valmistajat, ainet, selle koostist, kasutustingimusi, kasutamise eesmärki, võimalikke kõrvalmõjusid. Pmst kõike aine kohta peab pakend või saatedokument ütlema. Ära peavad olema märgitud ka aine mingid iseloomulikud omadused, mis ei liigitu eelnevate asjade alla. Nt. Mürgise aine korral oleks mõistlik märkida – ohtlik.
Vesilahuste peamised omadused sertifikaadis on välimus, värvus, olek, pH, kontsentratsioon, strateegilised temperatuurid (sulamis-, keemis- jne), tihedus, viskoossus , riskid (põleb, plahvatab)
6. Aatomi, elektroni, molekuli, iooni, valemi, mooli, faasi ja süsteemi mõisted ja sisu, näited. Hapete ja aluste teooria, hapete ja aluste tugevuse ja reaktsioonivõime mõiste, näited. pH mõiste, näited. pH arvutamine prootonite kontsentratsioonist ja vastupidi.
Aatom - keemilise elemendi väikseim osake, mis koosneb positiivse laenguga tuumast ja seda ümbritsevast elektronkattest. Tal on elemendile omased keemil. omadused. Elektron - negatiivse elektrilanguga püsiv elementaarosake . Molekul - lihtaine või ühendi väikseim osake, mis eksisteerib iseseisvalt ja samal ajal säilitab selle elemendi keemil. omadused. Ioon - elektriliselt laetud osake, mis tekib siis, kui aatom loovutab või liidab ühe või mitu elektroni, et moodustada stabiilselt väliselektronkihti. Jagunevad katioonideks ja anioonideks. Ainete valemite mõiste:
1)Empiiriline valem nt ühendisse kuuluvate aatomite arvu vahekorda vähimate täisarvudega, ka elementide gruppide omavahelist suhet. CH3Br, C6H6, H2C. Erandjuhul väljendab valem ainult molekulide koostist: N2, CH2, Hcl
2)Struktuurivalem lisaks elementide ja elementide gruppide suhetele näitab ka kuidas need on omavahel seotud.
Mool - aine hulga SI ühik. Aine hulk, mis sisaldab 6,02*10²³ mistahes aine osakest. Avogadro arv - osakeste arv ühe mooli kohta, mis võrdub 6,02*10²³ 1/mol. Süsteem - ruumi osa, mis võib olla piiratud piirpindadega(suletud süsteem) või mitte piiratud(avatud süsteem). Homogeenses süsteemis või segus on süsteemi (segu) mistahes osas keemiline koostis ja struktuur ühesugune. Heterogeenne süsteem või segu koosneb kahest või enamast kas keemilise koostise või struktuuri poolest erinevast homogeensest osast(faasist). Faas- ühtlane piirpindadega eraldatud süsteemi osa. Faas on heterogeense süsteemi üks homogeennne osa. Faasid võivad erineda üksteisest füüsikalise oleku, keemilise koostise või struktuuri poolest s.t et faaside vahel on piirpinnad. Hapete ja aluste tugevuse määrab hapete ja aluste dissotsatsiooni määr. Tugevad alused ja happed on täielikult dissotseeruvad. Nõrkade korral on see osaline. Hapete ja aluste tugevusest sõltub nende reaktsiooni võime. pH- iseloomustab vesinikioonide sisaldust lahuses. Näiteks NaOH pH on 25*C juures 14,0, Naatriumfosfaadi pH on aga 12,0. Soolhappe pH on 1,0.
7. Gaasi ja auru mõiste, nende üldised omadused ning nende omadusi väljendavad põhiseadused (normaaltingimused, tiheduste väljendamine ja määramine, mooli ruumala, kriitiline temperatuur ja rõhk, käitumine rõhu ja temperatuuri muutumise korral, segude iseloomustamine , osarõhud).
Gaas – aine, mis normaalrõhul ja toatemperatuuril on täielikult gaasilises olekus. Ideaalne gaas – mudelgaas, milles kõik osakesed mono - osakestena , täielikult kokkusurutav . Aurud – gaasilises olekus olevad ained, mis tavatingimustes on kas vedelas või tahkes olekus. Gaaside kõige iseloomulikumaks omaduseks on nende kokkusurutavus ja võime paisuda. Gaasidel ei ole kindlat kuju, nad täidavad anuma, võttes selle kuju. Gaasi ruumala ühtib anuma ruumalaga, milles ta asub. Ruumala sõltub toatemperatuurist ja rõhust. Gaas avaldab anuma seintele püsivat rõhku, mis on kõikides suunades ühesugune. Gaaside seadused – matemaatilised suhted gaaside temperatuuril rõhu ja ruumala vahel. Gaaside käitumist iseloomustatakse kriitilise temperatuuri ja rõhuga. Sublimatsioon – kõiki gaase ja aure on võimalik viia rõhu tõstmisel ja temp alandamisel vedelasse ja tahkesse olekusse. Kriitiline temp- temp. millest kõrgemal ei saa gaasi veeldada rõhu suurendamisega. Kriitiline rõhk - HK-rõhk, mille korral gaas on nii vedelas, kui gaasilises olekus, s.t. vedela ja gaasilise oleku vahel on tasakaal. Kui muuta temperatuuri ja rõhku, siis saab gaase ja aure vedelasse ja sealt edasi tahkesse olekusse viia. Sellest järeldub, et neil on sulamis-, keemis- ja veeldumis-temperatuur. Normaaltingimused: P= 101325Pa =1atm=760mmHg, T=273K=0*C. Osarõhk- rõhk, mida vaadeldav komponent omaks, kui ta antud temperatuuril üksi täidaks kogu segu ruumala. Clapeyroni võrrand: PV=nRT(R=8,314 J/K*mol), Lussaci võrrand: P0*V0/T0=P1*V1/T1. Tihedus on suurus, mis on võrdne ruumala ühikus olevate osakeste arvuga. Tihedus on ka mass ruumala ühikus =m/v (=kg/m3). Tihedust saab arvutada teades gaasi või auru ja tema massi, saame arvutada mitu mooli gaasi on. Moolide arvust leiame osakeste arvu ja konsentratsiooni ning siis tiheduse. Ühe mooli gaasi või auru ruumala norm. tingimustel on 22,4dm3. Kehtib seoses moolide arvu ja suurusega n=V/22,4dm3/mol. Veeauru kogust õhus väljendatakse kahel viisil: a) Absoluutne niiskus (g H2O/m3) b) suhteline niiskus (%). Suhtelist niiskust õhus arvutatakse kahel viisil: 1)Tegelik veeauru rõhk temperatuuril tX / Küllastatud veeauru rõhk samal temp-l*100=% 2) Tegelik veeauru sisaldus temp. tX [g H2O/m3]/ Maksimaalne veeauru sisaldus samal temp-l [g H2O/m3]*100=%. Tempil., mille juures õhus olev veeaur kondenseerub (kaste, härmatis), nim. kastepunktiks. Veeaur kondenseerub siis, kui veeauru osarõhk õhus ületab küllastatud veeauru rõhu antud tingimustel, s.o. temp-l ja rõhul. Kastepunkt - on temp., mille juures atmosfääri tavarõhu (ca 95-105 kPa) korral moodustub kondensaat . Rõhu kastepunkt - on temperatuur, mille juures tavarõhust erinevate rõhkude juures hakkab õhus olev veeaur kondenseeruma. Enamasti vajalik arvutada rõhku, mille juures õhu komprimeerimisel hakkab veeaur kondenseeruma ja kui palju moodustub kondensaati. Kondensaadi koguse( hulga) arvutusvõrrand tuleneb Boyle `i- Mariotte seadusest:(1) pH2O / Püld=VH2O / 100, mille järgi veeauru osarõhu suhe üldrõhku on võrdne veeauru osaga 100-s mahuühikus õhus. Kui võrrandi mõlemaid pooli korrutada 100-ga, võrdub veeauru osarõhk õhus (gaasisegus) protsentides veeauru sisaldusega mahuprotsentides õhus või gaasisegus. Kuna õhu komprimeerimisel veeauru mahuprotsent ei muutu seni, kuni veeaur ei kondenseeru, tuleneb võrrandist (1): pH2O / Püld=pH2O,küll / Püld, kompr. Selle võrrandi abil saab arvutada rõhu, mille juures hakkab komprimeeritavas õhus sisalduv veeaur kondenseeruma. Õhu kokkusurumisel suureneb üldrõhu suurenemisega ka veeauru osarõhk õhus, sest veeauru osarõhu osa suurus ei muutu. Üldrõhul, mille juures veeauru osarõhu suurus ületab küllastatud auru rõhu suuruse sellel tempil, hakkab veeaur kondenseeruma.
Gaaside seadused: Boyle-Mariotte-Gay-Lussaci võrrand : pV/T=p1*V1/T1,
Clapeyroni võrrand : pV=nRT
8. Väävelvesiniku (H2S) iseloomulikud omadused, leidumine tehis- ja looduskesk-konnas, moodustumise kemismid. Väävelvesinikust põhjustatud ohud inseneriasjanduses.
Väävelvesinik (divesiniksulfiid) tekib looduses ja tehissüsteemides peamiselt väävli aatomeid sisaldavatest ainetest väävlibakterite toimel. H2S on äärmiselt toksiline gaas:
Kontsentratsioonil >1000 ppm seiskub kohe hingamine .
Kontsentratsioonil 800 ppm saabub 50%-l inimestel surm 5 min jooksul.
Kontsentratsioonil 0,0047 ppm tunneb 50% inimesi mädamuna lõhna.
Keskmine H2S sisaldus õhus on 0,0001 – 0 0002 ppm.
H2S tekkimise ja kogunemise kohad:
Põhjavee šahtkaevud ja mineraalvee allikad, sest bakterid toodavad SO4-st H2Si.
Kanalisatsioonikaevud ja –trassid avatud keskkonnas ning hoonete ja rajatiste all.
Kommunikatsioonikanalid ja –kaevud avatud keskkonnas ning hoonete ja rajatiste all.
Nafta ja naftasaaduste mahutid. Heitvete mahutid.
Väävelvesinikust põhjustatud ohud inseneriasjanduses:
On olemas bakterid, millised toodavad H2S-st väävelhapet. Seetõttu võib H2S olemasolu süsteemis kiirendada kõikide konstruktsioonimaterjalide korrosiooni, millised ei ole vastupidavad H2SO4 toimele (süsinikterased, betoonid , alumiinium, tsink , vask, jt.).
9.Süsinikdioksiidi (CO2) iseloomulikud omadused, leidumine tehis- ja looduskeskkonnas, moodustumise kemismid. “Tootmine“ ja kasutamine. Süsinikdioksiidist põhjustatud ohud inseneriasjanduses.
Omadused: CO2 on värvusetu ja lõhnatu gaas. Ta ei põle ega toeta põlemist (seepärast kasutatakse teda tulekustutamisel). Maitsetu. Õhust 1,5 korda raskem.
Leidumine: Õhus leidub mahuliselt 0,03% CO2. Ta moodustub hingamisel, põlemisel, käärimisel, mädanemis- ja kõdunemisprotsessidel.
Laboratoorselt saadakse teda kaltsiumkarbonaadist hapete toimel:
CaCO3+ 2HCl => CaCl2 + H2CO3 ; H2CO3 => H2O + CO2
CO2 looduslikud varud asuvad eeskätt vulkaanilistel aladel. Siin on CO2 isegi maapinnal või on maardlate kättesaamiseks puuritud puuraugud.
Kasutamine:

Tulekustutid on täidetud vedela CO2- ga või naatriumvesinikkaarbonaadi lahuse ja väävelhappe ampulliga ( NaHCO3 ja H2SO4 omavahelisel reageerimisel tekib CO2)

Tugeval jahutamisel tardub CO2 tahkeks , jääga sarnaseks massiks nn „kuiv jää“, mida rakendatakse toiduainete (jäätis) säilitamiseks.

Toiduainetehnoloogias kasutatakse CO2 paljude jookide gaseerimiseks.

Ühtlasi saab seda kasutada joogivee desinfitseerimiseks ning heitvee neutraliseerimiseks.
Süsinikdioksiid kahjustab betooni kuna moodustab niiskusega kokkupuudutel happe.
CO2 + H2O = H2CO3
Hape söövitab ka metalli.
10. Veeaur õhus. Absoluutne niiskus, suhteline niiskus. Kondensaat, selle tekkimise põhjused õhus olevast veeaurust ja kondensaadi koguste arvutusskeemid: kondensaadi kogus – 1. kui muutub nii õhu rõhk kui temperatuur; 2. kui rõhk ei muutu, aga alaneb temperatuur; 3.kui temperatuur ei muutu, kuid suureneb õhurõhk.
Veeauru kogust õhus väljendatakse kahel viisil:
Absoluutne niiskus on ühes kuupmeetris gaasis leiduva vee(auru) mass grammides (g/m3). Maksimaalne võimalik absoluutne niiskus sõltub gaasi temperatuurist: mida külmem on gaas, seda vähem mahutab see veeauru ja vastupidi.
Absoluutset niiskust saab leida järgmise valemiga:
kus mw on veeauru mass grammides, Va on gaasi ruumala (1 m3)
Suhteline ehk relatiivne niiskus on õhus leiduva veeauru koguse ja selles õhuosas samadel füüsikalistel tingimustel maksimaalselt sisalduda võiva veeauru koguse suhe. Relatiivset niiskust võib defineerida ka kui füüsikalist suurust, mis näitab, millise osa moodustab absoluutne niiskus sellest niiskusest, mis antud temperatuuril küllastaks. Suhtelist niiskust väljendatakse protsentides. Mida soojem on õhk, seda enam saab ta sisaldada veeauru. Õhu jahtumisel, näiteks õhtul, hakkab suhteline õhuniiskus seega suurenema.
Suhtelist niiskust õhus arvutatakse kahel viisil:
Tegelik veeauru rõhk temperatuuril tx
küllastatud veeauru rõhk samal temperatuuril x100 = %
Tegelik veeauru sisaldus temperatuuril tx
Maksimaalne veeauru sisaldus samal temperatuuril x100 = %
Temperatuuri, mille juures õhus olev veeaur kondenseerub (kaste, härmatis), nimetatakse kastepunktiks. Veeaur kondenseerub siis, kui veeauru osarõhk õhus ületab küllastatud veeauru rõhu antud tingimustel, s.o. temperatuuril ja rõhul.
Kondensaadi koguse (hulga) arvutusvõrrand tuleneb Boyle`i-Mariotte seadusest:(1) pH2O / Püld=V H2O/ 100, mille järgi veeauru osarõhu suhe üldrõhku on võrdne veeauru osaga 100-s mahuühikus õhus. Kui võrrandi mõlemaid pooli korrutada 100-ga, võrdub veeauru osarõhk õhus (gaasisegus) protsentides veeauru sisaldusega mahuprotsentides õhus või gaasisegus. Kuna õhu komprimeerimisel veeauru mahuprotsent ei muutu seni, kuni veeaur ei kondenseeru, tuleneb võrrandist (1): pH2O / Püld=pH2O,küll./Püld, kompr.. Selle võrrandi abil saab arvutada rõhu, mille juures hakkab komprimeeritavas õhus sisalduv veeaur kondenseeruma. Õhu kokkusurrumisel suureneb üldrõhu suurenemisega ka veeauru osarõhk õhus, sest veeauru osarõhu osa suurus ei muutu. Üldrõhul, mille juures veeauru osarõhu suurus ületab küllastatud auru rõhu suuruse sellel tempil, hakkab veeaur kondenseeruma.
Arvutusülesannete näited kodulehel Meeme loengute materjalid all.
11.Vedeliku mõiste ja üldised omadused: aurumine (küllastatud auru rõhu mõiste), lendumine , keemine , kondenseerumine (mõiste ja tingimused), kondensaat (mõiste), tahkumine (mõiste ja põhjused). Näited. Mis toimub tavatemperatuuridel vedelate lahustega (vedelik vedelikus , tahke aine vedelas lahustis ) kinnises ja avatud süsteemis (aururõhud, lendumine, lahustunud tahke aine käitumine)?
Vedeliku mõiste ja üldised omadused.
Vedelik: On aine või materjal, mis voolab tavatingimustel raskusjõu mõjul; tekib gaaside jahutamisel ja kokkusurumisel ning tahkete ainete kuumutamisel; ei oma kindlat kuju, kuid omab kindlat mahtu. Kokkusurutavus on väga väike, selleks on vaja väga suurt rõhku. Aurumine: Aine üleminek vedelast olekust gaasilisse. Vedelas olekus on kõik osakesed kaootilises liikumises, seega kõigil osakestel teatud kin. energia. Osakesed, mille energia ületab piirväärtuse (omavaheline kokkutõmme), lähevad vedeliku pinnalt gaasilisse olekusse. Kui aurude kontsentratsioon gaasi faasis on konst , siis aurude osarõhku nim. küllastunud aururõhuks (pküll). Nt: H2O 20°C, siis Pküll = 17.5mmHg. Benseen 26.1°C, Pküll = 100mmHg. Keemine: Protsess, kus vedeliku osakesed lähevad üle gaasilisse olekusse mitte ainult vedeliku pinnalt, vaid ka vedeliku seest. Vedelik keeb , kui Pküll vedeliku pinnal saab võrdseks välisrõhuga. Puhas vesi keeb 1 atm 100°C, kui rõhk on kõrgem, siis kõrgem ka keemistemp. Keemisprotsessi ajal jääb temp samaks.
Kondenseerumine: Aine taasüleminek gaasilisest olekust vedelasse tahke aine pinnal. Kondensaat – kondens-protsessi produkt . Tahkumine: Vedela oleku muutmine tahkeks aine puhul, mis toatemp -l ja atmosf. rõhul on tahke.Vedelike lenduvus ühel ja samal temp-l sõltub nende vedelike keemistemperatuurist ja aurude difusioonikiirusest ümbritsevasse keskkonda. Lenduvusest saab rääkida ainult lahtises süsteemis.
Mida madalam on temp, seda suurem lenduvus: bensiin 3.5, tolueen 6.1, atsetoon 2.1.
Tahke aine vedelas lahustis: Absol. mittelahustuvaid aineid pole olemas. Rõhk oluliselt mõju ei avalda. Lahustuvus suureneb temp tõustes, kui lahustumisprotsess on endotermiline(∆H>0). Väheneb temp tõustes, kui lahustumisprotsess on eksotermiline (∆HFkoh märgav vedelik tõuseb mööda kapillaare üles, tõusu kõrgus on pöördvõrdeline kapillaari raadiusega (H=2χ/ρgr) 2) Fadh 0;
2) ioonide solvatatsioon (hüdratatsioon); selle protsessi tagajärjel eraldub soojust (eksotermiline protsess), ΔHs summaga : ΔHl = ΔKkr + ΔHs
Olenevalt ΔHkr ja ΔHs vahekorrast võib ΔHl omada positiivset või negatiivset väärtust. Kui aine lahustumisega kaasneb lahuse soojenemine, siis tähendab see, et solvatatsioonienergia ületab kristallvõre lagundamisel neelduva energia Hkr lahustumine eksotermiline (ΔHl Chatelier ' printsiibile nihkub temperatuuri tõstmisel tasakaal endotermilise protsessi suunas. Seega enamiku kristalsete ainete lahustuvus temperatuuri tõstmisel kasvab. Kuid mõningate ainete lahustuvus praktiliselt ei sõltu temperatuurist (NaCl, AlCl3 ) või isegi väheneb temperatuuri kasvuga Ca(OH)2, Li2SO4, Ca( CH3COO )2).
Kokkuvõtlikult väljendatakse printsiipi (le Chatelier’) järgnevalt: kui keemilise tasakaalu korral muutub mingi osapoole kontsentratsioon, temperatuur, ruumala või (kogu)rõhk, siis keemilise reaktsiooni tasakaal on vastassuunaline selle teguri muutusele.
15. Loodusliku vee koostis. Miks ja kuidas töödeldakse looduslikku vett ioonvahetajatega ja millistega? Millised keemilised protsessid toimuvad vee kuumutamisel üle 65°C? Mis toimub Fe2+ - ioone sisaldava vee (põhjavesi) kokkupuutel õhuga? Milline on kõige lihtsam raud(II)ioonide sisalduse vähendamise viis vees?
Loodusliku vee koostis - H2O, Ca2+, Mg2+, Fe3+, Na+, K+, HCO3-, Cl-, SO42 -, H+, OH- + tahked peendispersed ained ( muda , savi jne) ning mikroorganismid . Vee pehmendamiseks töödeldakse looduslikku vett ioonvahetajatega. Ioonvahetus – kare vesi lastakse läbi ioonfiltri, milles sisalduvad ioniidid (tahke teraline mass) eemaldavad vees leiduvad lisandioonid. On kahte tüüpi ioniite: kationiidid - eemaldavad vees leiduvad katioonid ning anioniidid - eemaldavad anioonid . Eemaldamine toimub ioonivahetuse kaudu: lahuses olevad Ca2+ või Mg2+ - ioonid asendatakse kationiidi koostises olevate H+-ioonidega (mis lähevad lahusesse). Samuti asendatakse kareda vee anioonid (HCO3-, SO42-, Cl-) anioniidi koostises olevate OH- -ioonidega. Niiviisi asendatakse karedust põhjustavad soolad järjestikku H+ ja OH- -ioonidega, mis moodustavad vee: H++OH- = H2O. Sellist demineraliseeritud vett kasutatakse laialdaselt nii laborites kui ka tööstuses. Vee kuumutamisel üle 65°C hakkab lagunema HCO3-→H++CO3²-. CO3²- edasisel reageerimisel Ca2+ -ga sadestub veest välja CaCO3, mis on katlakivi põhikomponent. CaCO3 kõrval on katlakivis veel Fe2O3 * nH2O ja CaMg(CO3). Põhjavee (Fe2+-ioone sisaldava vee) kokkupuutel õhuga: 2Fe2++0,5O2+H2O → 2Fe3++2OH- tekib Fe(OH)3 sade ( punakaspruun ). Kui see õhuga kokku puutunud vesi juhtida läbi liivafiltri, saab vähendada Fe2+ -ioonide sisaldust vees.
16. Vee kareduse mõiste kaasaegne sisu (seletus, näited). Vee kareduse mõiste(te) vananenud sisu ja vananemise põhjused. Kas mõisted vee karedus ja katlakivi on omavahel seotud? Kui on, siis kuidas?
Kaasaegne:
Vee karedus on tingitud Ca2+ ja Mg2+ ioonide sisaldusest vees.
Vananenud:
(üldkaredus, karbonaatne karedus, mööduv karedus)
Karedusega väljendatakse kaltsiumi, magneesiumi ja vesinikkarbonaatioonide üheaegset sisaldust vees.
Karedust, mida arvutatakse Ca2+ ja Mg2+ summaarse kontsentratsiooni järgi, nimetatakse üldkareduseks (ÜK). NB! Kui samas vees ei sisaldus ei HCO3- ega CO32 -, siis mitmete kirjandusallikate seisukohalt ei ole katlakivi tekke vaatenurgast ka üldkaredust!
Karedust, mida arvutatakse HCO3- ja CO32- kontsentratsioonide järgi, nimetatakse karbonaatseks kareduseks (KK). NB! Kui samas vees Ca2+ ja Mg2+ ei sisaldu, ei ole ka karbonaatset karedust!
Karedas vees, mis sisaldab nii HCO3- kui Ca2+ ja Mg2+ ioone, tekib kuumutamisel tahke faas – katlakivi – järgmise kemismi alusel:

• Vees sisalduvad vesinikkarbonaadid hakkavad kuumutamisel üle 65 oC lagunema
  

2HCO3-  CO32- + CO2 + H2O

• Sellest tingituna hakkavad kulgema järgmised reaktsioonid:
  

Ca2+ + 2HCO3-  CaCO3↓+ CO2 + H2O
Mg2+ + 2HCO3-  Mg(OH)2↓+ 2CO2
Reaktsioonide käigus tekkivat sadet nimetatakse katlakiviks.
Kare vesi raskendab pesemist ja suurendab pesemisvahendite kulu mitmesuguste rasklahustuvate orgaaniliste ühendite tekke tõttu:
2C17H35COONa + Ca2+  (C17H35COO)2Ca↓ + 2Na+
seep lahustumatu lubjaseep
Jäävkaredus on vee karedus, mis on põhjustatud erinevalt karbonaatsest karedusest kloriididest ja sulfaatidest, mis tasakaalustavad magneesium- ja kaltsiumioone. Vee kuumutamisel (millele jäävkareduse nimi ka tuleb) sellise vee karedus ei kao.
Mööduv (karbonaatne) karedus. Seda põhjustavad vees lahustunud Ca ja Mg vesinikkarbonaadid (HCO3-) ja karbonaadid (CO32-). Sellise vee karedus kaob vee keetmisel , ehk vesi muutub keemilise reaktsiooni käigus kaltsiumkarbonaadi ja magneesiumhüdroksiidi sadestumisel pehme(ma)ks.
Vananemise põhjus: ( oletus , ei ole kindel)
Ca2+ ja Mg2+ raskendavad pesemist ning suurendavad pesemisvahendite kulu. Samuti on Ca2+ ja Mg2+ vajalikud katlakivi tekkimiseks.
CO32- ja HCO3- on küll vajalikud katlakivi tekkimiseks, kuid ilma Ca2+ või Mg2+ ei oma nad kareduse seisukohalt mingit tähendust.
17. Vee dissotsiatsioon : prootonite kontsentratsioon, pH mõiste, vesilahuste pH väärtuste diapasoon . Kas ja kui, siis kuidas on võimalik määrata vesilahuste pH väärtusi? Millised on lahuste pH väärtused, kui: a) [H+] = 8,4 . 10 -3 mol / L; b) [H+] = 4,2.10 -12 mol/dm3
Vee dissotsiatsioon: 2H2O H3O+ + OH- , lihtsustatult: H2O H+ + OH-. Temp. tõusuga dissots . suureneb. Dissotsiatsioon – ioonideks lagunemine . pH iseloomustab vesinikioonide sisaldust lahuses. Neutraalses lahuses on vesinikioone ja hüdroksiidioone võrdselt. Mida rohkem on lahuses vesinikioone, seda happelisem ta on. Prootonite kontsentratsioon – kui prootoneid on rohkem, kui hüdroksiidioone, siis keskkond on happeline. Prootonite ehk vesinikioonide konsentratsiooni abil võib avaldada lahuse reaktsiooni, aga selle asemel võib kasutada vesinikioonide konsentratsiooni negatiivset logaritmi, mida nimetatakse vesinikeksponendiks: pH= -log[H+]. pH – vesilahustes võib pH diapasoon ulatuda 0-14; 0-6 on happeline, 6-8 on neutraalne ja 8-14 on aluseline.
Vesilahuste pH väärtusi on võimalik määrata mitmel viisil: a)indikaatorained (Lihtsaim viis pH määramiseks on kasut indikaatoreid, mis oma olemuselt on kas alused või happed. Olenevalt prootonite kontsentr-st lahustes, nihkub nende dissots tasakaal kas paremale või vasakule, mis avaldub indikaatori värvi muutuses): *indikaatoraine lahused – lisatakse tilkadena; täpsem meetod, kui paberiga. *indikaatorpaberid – indikaatorite lahusega immutatud ja kuivatatud filterpaber (kaasas värvuseskaala, lahuse tilga laskmisel paberile, tekib värviline laik, võrdlemine skaalaga). b)ioonselektiivsed elektroodid vastava mõõtaparatuuriga (pH- meetrid ) – täpsus kuni 1/100 pH. c)kodused vahendid – *piim (kui koaguleerub, siis happeline; kui näppude vahel libe, siis aluseline); *tee ekstrakt + lahus -> hele on happeline.
Lahuste pH väärtused: a) [H+]=8,410-3 mol/L => pH= -log 8,410-3= -log 8,4 +3= 2,0757... ehk: [H+] = 8,4 * 10-3 siis pH = -log(8,4 * 10-3) = 2,08 b) [H+]=4,210-12 mol/dm3 => pH= - log 4,210-12 = -log 4,2 +12= 11,3767... (e. 11.38)
18. Millised ained on happed, millised alused? Hapete ja aluste moodustumine. Näited! Milles seisneb hapete ja aluste tugevus ning reaktsioonivõime ? Tooge näited tugevatest ja nõrkadest hapetest ja alustest! Millised on prootonite kontsentratsioonid järgmistes lahustes: a) pH = 2,7; b) pH = 8,8; c) pH = 12,8?
Happed – ained, mille pH on alla 6 (prootonid > hüdroksiidioonid); osake (aine), mis loovutab prootoni H2SO4 2H+ + SO42-; HSO4 - SO42- + H+ Alused – ained, mille pH on üle 8 (prootonid Hapete moodustumine: hapnikhappeid saab vastavate oksiidide reageerimisel
Nt:H2O+SO3=H2SO4, vesiniksulfiidhape ja vesinik-halogeniidhapped on vastavate gaasiliste ainete vesilahused ja neid saadakse vesiniku reageerimisel veega H2 + Cl2 = 2HCl või vastavate soolade reageerimisel tugevama happega FeS+H2SO4=FeSO4+H2S.
Aluste moodustumine: aluseid võib saada oksiidide lahustamisel veega Na2O+H2O=2NaOH. Raskesti lahustuvate aluste saamiseks käsitsetakse soola lahuseid leelistega CuSO4+2NaOH = Cu(OH)2+Na2SO4.
Hapete ja aluste tugevuse mõõdupuuks on nende molekulide disotsieerumise määr või aste. Tugevate aluste või hapete molekulid on disotsieerunud 90-95% ulatuses, nõrkadel mõni protsent.
*Tugevad happed: soolhape , lämmastikhape ja väävelhape. Nõrgad: boorhape , äädikhape.
*Tugevad alused: naatriumhüdroksiid, kaaliumhüdroksiid. Nõrk: ammoniaagi vesilahus .
Hapete reaktsioonivõime oleneb happe prootonite loovutamise võimest ehk aktiivsusest – pingerida .
Kui a)pH=2,7, siis [H+]=102,7=501mol/l b)kui pH=8,8, siis [H+]=6,3*108,8mol/l c)kui pH=12,8, siis [H+]=6,3*1012,8mol/l
19. Millist ainet ja materjali nimetatakse tahkeks? Millega on määratud tahkete ainete ja materjalide kõik omadused? Tahke aine ja materjali eksisteerimise vormid, tegelik ja efektiivne tihedus (mis need on ja kuidas määratakse), materjalide makro- ja mikrosisestruktuurid ( poorsed , kihilised; kristalne , amorfne , klaasjas). Homogeensus ja heterogeensus tahkete ainete ja materjalide korral. Käitumise üldised seaduspärasused temperatuuri ja rõhu mõjul, näited.
Tahkeks nimetatakse ainet ja materjali, mis omab kindlat iseseisvat massi ja kuju. Tahke aine ei voola ning tema molekulide vahel mõjuvad tugevad jõud, nii et nad saavad üksteise suhtes ainult võnkuda. Tahkete ainete ja materjalide omadused sõltuvad nende keemilisest koostisest ning mikro - ja makrostruktuurist. Tahke aine ja materjal võib eksisteerida kristalsena või amorfsena.
Makrosisestruktuuri, so. palja silmaga nähtava struktuuri, alusel on võimalik vaadelda poorseid , kihilisi, kiulisi jms. materjale. Mikrosisestruktuuri alusel võib tahkeid aineid jaotada: kristalsed ja amorfsed, aga ka klaasjad. Kristalsetes ainetes paiknevad molekulid kindla korra järgi ning molekulide ümberpaiknemisi ( voolamist ) toimuda ei saa, küll aga võnguvad nad kindlate tasakaaluasendite ümber. Kristalsetel ainetel on kindel sulamis- ja tahkumistemperatuur ning nende füüsikalised omadused on anisotroopsed (eri suundades füüsikalised omadused erinevad). Amorfsetes ainetes kristallstruktuur puudub ning molekulid paiknevad korrapäratumalt, mistõttu amorfses aines võib toimuda väga aeglasi molekulide ümberpaiknemisi (voolamist), kuid ka seal on põhiliseks liikumisvormiks võnkumine. Amorfsetel ainetel puudub kindel sulamistemperatuur ning nende füüsikalised omadused on isotroopsed (ühesuguste füüsikaliste omaduste olemasolu sõltumata suunast ). Leidub ka materjale, mis on osalt amorfsed ja osalt kristallstruktuuriga – klaasjad materjalid. Tegu on ainetega, mis võivad minna amorfsest olekust üle kristalsele, seda kristalliseerumisprotsessi tulemusena.
Tegelik tihedus määratakse keha massi jagamisel tema pulbri mahuga, millest on lahutatud pooride maht. Efektiivne tihedus on sellise aine tegelik tihedus, millel puuduvad poorid. See määratakse pulbri massi jagamisel pulbri mahuga.
Tahked ained ja materjalid võivad olla: homogeensed – segu või süsteemi mistahes osas on keemiline koostis ja struktuur ühesugune; heterogeensed – segu või süsteem koosneb kahest või enamast, kas keemilise koostise või struktuuri poolest homogeensest osast (faasist).
Tõstes temperatuuri on võimalik muuta tahkete kehade kuju ning viia nad üle vedelasse või gaasilisse olekusse. Mõned ained aga temperatuuri tõstmisel ei muuda olekut, vaid lagunevad kaheks või enamaks muuks aineks. Temperatuuri muutmisel on võimalik muuta ka elektrijuhtivust (paljudel tahketel ainetel ja materjalidel elektrijuhtivus temperatuuri tõstmisel kasvab, samas metallidel temperatuuri tõustes elektrijuhtivus väheneb) ning osakeste vahelist sidemete tugevust. Rõhk oluliselt tahkiseid ei mõjuta, ent näiteks gaase on võimalik vastava rõhuga vedeldada.
20. Puistematerjalide ja pulbrite mõiste. Eripinnad. Pulbrite ja pooride klassifikatsioon keskmise läbimõõdu järgi. Pulbrite autoadhesioon, agregaadid ja aglomeraadid (mõisted ja moodustumise põhjused). Näited toodetavatest ja laialt tehnikas ja tavaelus kasutatavatest aglomeraatidest. Kuidas määratakse pulbrite fraktsioonilist koostist osakese suuruse järgi ja kuidas määratakse nende faasikoostist?
Puistematerjalid ja pulbrid on tahke aine või materjali eksisteerimise vormid. Kõigil on spetsiifilised omadused, mida tuleb arvestada nende kasutusel. Puistematerjalid – killustik , kruus, liiv; suurus>500m. Pulbrid- tsement, kriit, kips; osakeste suurus 100-500 m
Eripinnad – mõõdetakse [m2/g] ja eristatakse: *väline eripind (oleneb suurusest ja kujust); *sisemine eripind (avatud pooride seinad, osakeste vahele jääv pind); *üldine eripind (sisemine ja välimine kokku). Eripinnad on koos suurusega pulbrite olulisimad näitajad.
Klassifikatsioon läbimõõdu järgi: makropoor >50nm; mesopoor 2-50nm; mikropoor CaCO3+ CO2 + H2O ja Mg2+ + 2HCO3- -> Mg(OH)2 + 2CO2
Plahvatuste korral toimuvad ühinemisreaktsioonid redoksreaktsiooni skeemi järgi ja üheks komponendiks on õhus olev hapnik. Et toimuks reaktsioon, on vaja ergastada üks osake ja edasi toimub ahelreakts. Plahvatusreakts. toimub sekundi murdosa jooksul. Põhimõtteliselt on see suure energiahulga vabanemine osakeste vahelistest sidemetest väga väikese aja jooksul. Argielus kõige plahvatusohtlikumad süsteemid on: *süsteem aur-õhk - dietüüleeter,bensiin, atsetoon, metüülatsetaat, etanool , diklooretaan; *süsteem gaas-õhk – butaan, C3H8 , C2H2 , CH4, majapidamisgaas, NH3 ; *süsteem tolm-õhk – kivisüsi, tärklis, jahu, suhkur, väävel
25. Millised reaktsioonid on tasakaalureaktsioonid? Mõiste + näited. Katalüüs (mõiste,
klassifikatsioon, nt).
Tasakaalureakts on lõpuni mitteminev reaktsioon ehk pöörduv, st olek, kus reaktsiooni lähteainete ja saaduste kontsentratsioon ei muutu, kuna pärisuunalise reaktsiooni kiirus on võrdne vastassuunalisega, nt CO2+H2=CO+H2O; H+OH=H2O.
Tasakaalukonstant : K =K1/K2= [(C)p*(D)q] /[(A)m*(B)n], kus pärisuunaline v1=K1(A)m*(B)n, vastassuunaline v2.
Le Chatelier’ printsiip: tasakaalus süsteemi tasakaalu nihkumine toimub selles suunas, mis toimub vastu välisele muutusele. Nt:kui tõsta rõhku gaasilises süsteemis, siis nihkub tasakaal mahu vähenemise suunas. Tasakaalu nihutamiseks nim. tasakaalu parameetri (temp, konts, rõhk) muutmist : 1)kasutades ühe komponendi liiga 2)saaduse pidevat eemaldamist süsteemist 3)tingimuste muutmist. Nt: temp. muutumisel, muutub ka tasakaalu konstandi väärtus:
N2O4 = 2NO2 ; rõhu suurendamisel kaldub reakts. sinna, kus maht on väiksem: N2+3H2=2NH3.
Katalüüs on protsess, millega suurendatakse reakts kiirust lisaainete viimisega reakts segusse . Lisaained ehk katalüsaatorid ei võta reaktsioonist osa nii, et nad jääksid lõppsaadusesse, vaid moodustavad vahesaadusi: A + B + kat = Akat + B = AB + kat.
Klassifikatsioon: 1)homogeenne - katalüsaator samas füüsikalises olekus kui reakts lähteained nt:O2+2NO=2NO2 2)heterogeenne- katalüsaator ja reag. ained eri faasides , nt: ½02+S02=SO3. Inhibiitor – reaktsioonikiirust vähendav aine.
Promootor – lisandid, mis suurend katalüsaatori aktiivsust.
26. Difusiooni mõiste. Millest sõltub difusiooni kiirus? Difusiooni kiirus gaasides , vedelikes ja tahkes aines (kiiruste võrdlev hinnang). Difusioon looduskeskkonnas. Difusiooni kasutamine tootmisprotsessides (konkreetsed näited). Adsorptsioon . Adsorptsiooni isotermid , adsorptsiooni kasutamine praktikas.
Difusioon on osakeste spontaanne liikumine kõrgema kontsentratsiooniga piirkonnast
madalama kontsentratsiooniga piirkonda. Difusioon (lad.k. diffusio - laialivoolamine, levimine) - teineteisega kokkupuutuvate ainete vastastikune segunemine aineosakeste korrapäratu soojusliikumise ( Browni liikumise) tulemusena (ilma mehhaanilise sekkumiseta).
Difusiooni intensiivsus sõltub molekulide kineetilisest energiast.
Molekulaarse difusiooni liikumapanevaks jõuks on kontsentratsioonide erinevus ehk gradient .
Difusioon kulgeb kõige kiiremini gaasides, järgmisena vedelikes, kõige aeglasemalt tahketes ainetes.
Difusioon on looduses suht. tähtis. Nt. loomadel imbuvad toitained soolestikust verre või inimestel imbub hapnik läbi naha.
Tootmises nt. kui ühe metalli pinda katame teisega. Kroomime terast, siis paneme terase kroomipulbrisse ja kuumutame 1000*C juurde. Kroomipulber imbub terase pinnakihti (difusioon). Või keevitamine . Pmst ühe aine molekulide teise lükkamine – difusioon. Enamikes neis protsessides kasutatakse ka suurt temperatuuri kuna siis on difusioon kiirem (molekulide suurem kineetiline energia)
Adsorptsioon – süsteemi mingi komponendi isevooluline kogunemine faaside
(tahke-gaas, vedelik-gaas) eralduspinnale
Adsorptsioon on pinnanähtus, mille puhul vedeliku või gaasi molekulid kogunevad molekulaarsidejõudude (van der Waalsi jõudude) toimel tahke keha pinnale. Ainet, mida adsorptsiooni käigus eemaldatakse, nimetatakse adsorbaadiks; ainet või keskkonda, mille piirpinnal adsorptsioon toimub, nimetatakse adsorbendiks.
Adsorptsiooniisotermid - adsorbeerunud aine hulga sõltuvus tema kontsentratsioonist või osarõhust antud temperatuuril. Adsorptsioon läheneb piirväärtusele, kuna adsorbaadi osakesed katavad kogu pinna ja edasine sidumine pole enam võimalik.
Kromatograafia – analüüsimeetod, kus uuritav segu juhitakse läbi sobivat adsorbenti
sisaldava kolonni, milles segu komponendid jaotuvad adsorptsioonivõime erinevuste
tõttu piki kolonni tsoonidesse.
27. Millised reaktsioonid on redoksreaktsioonid? Kirjutage vähemalt 4 redoksreakt-siooni võrrandit. Millised ained on oksüdeerijad, millised redutseerijad ? Loetlege enamkasutatavaid oksüdeerijaid ja redutseerijaid. Milline nähtus on metallide korrosioon ? Millised protsessid leiavad aset metallide korrosioonil, näited?
Redoksreaktsioonid on reaktsioonid, mille käigus muutub elementide oksüdatsiooniaste. Redoksreaktsioonis toimuvad alati korraga oksüdeerumine ühe elemendi poolt ja redutseerumine teise elemendi poolt. Näited: Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2; Oksüdeerija – osakene (aatom, ioon, molekul), mis liidab elektrone: Cl2, O2, O3, Br2, H2O2,CrO3,MnO4-, NO3- . Redutseerija - osakene (aatom, ioon, molekul), mis loovutab elektrone: C, CO, H2, H2S, Na, K, Mg, Al, SO2, SO32 -. S + H2 -> H2S; 3Fe + 2O2 -> Fe3O4 ; 2Ca + O2 -> 2CaO; C + O2 -> CO2; 2K + H2SO4 -> K2SO4 Oksüdeerija – osakene(aatom, ioon, molekul), mis liidab elektrone : Cl2, O2, O3, H2O2, MnO4, kaaliumpermaganaat, Korrosiooniks nimetatakse materjalide keemilist, elektrokeemilist, bioloogilist või erosioonset hävinemist ümbritseva keskkonna toimel. Looduses: atmosfäär, vesi, vee ja atmosfääri liikumine. Tehiskeskkonnas: teised materjalid, kemikaalide lahused, gaasilised ained, aurud, temp. ja mehaanilised mõjutused. Metallid hävinevad üldjuhul elektrokeemilise korrosiooni tõttu. Korrosioonil asetleidvad protsessid: tehnikas kasutatavad metallid sisaldavad reeglina näiteks teisi metalle ja elektrolüüdi lahusega kokku puutudes tekivad galvaanielemendid neist metallidest, aktiivsema metalli pinnalt lähevad lahusesse selle metalli ioonid ja metall hävib. Näited: Cu-Fe: Fe - 2e- -> Fe2+; Cu:2H+ + 2e- ->H2; Al-Fe: Al - 3e- ->Al3+ ; Fe: 2H+ + 2e- ->H2. Korrosiooni klassifikatsioon: a)keemiline – materjal reag. mingi keskkonnas oleva ainega. Metalli korral: toimub kõrgetel temp-l reageerimisell gaaside ja aurudega ilma elektrolüüdi osavõtuta; erand: metalli korros kosmoses- temp abs 0 lähedal (korrodeerivaks aineks atomaarne vesinik); b) elektrokeemiline korros – kulgeb tavaliselt metallidel elektrolüüdi sulatise või selle lahuse osalusel; c)biokeemiline korrosioon – mikroorganismide osavõtul; d)erosioonkorrosioon – materjali pinnaosakeste eraldamine liikuva gaasi (õhu) või vedelike korral.
28. Tsingi korrosiooni seaduspärasused vees ja vesilahustes ning atmosfääris. Milline on tsingitud teraspleki ja tsingitud terasest konstruktsioonielementide korrosiooni kemism ja mehhanism ? Kuidas valmistatakse tsinkkatet metallidele? Milliste omaduste järgi hinnatakse tsingikihi kvaliteeti? Millest sõltub tsingikihi paksus terase kuumtsinkimisel?
Vesilahustest 20% -ses HNO3 -s korrodeerub kõige kiiremini. Arvestatav korrosioon ka äädikhappelahuses ja alkoholides. Vees: Mida karedam vesi, seda vähem mõjutab temp korrosiooni. Zn atmosfääris: kattub 2ZnCO33Zn(OH)2 – ga, kiht on hästi nakkunud, hästi tihe, ning seepärast kaitseb Zn-i. Vees on kate raskesti lahustuv. Atmosfääris on korrosiooni kiirus 0,13µm-0,012mm aastas. Kõige enam kasutatava Zn- pleki kihi (paksusega 25-30µm) vastupidavus Maa atmosfääris u 40 aastat. Zn vesilahustes – sarnaselt Al-ga omane pisteline korrosioon; amfoteerne (reag. nii hapete kui alustega). Tsingitud teraskonstruktsioonides on tsink n-ö protektorkaitseks, terase korrosioon algab alles siis, kui tsingi kiht on korrodeerunud . Galvaaniliselt kaetud tsingitud terasplekki võib kasutada ainult siseruumides. Välistingimustes tuleb kasutada kuumtsingitud terasplekki. Zn katete valmistamine ja nendega katmine : a) kuumtsinkimine - materjal (teras) asetatakse korra sulasse Zn-i, kihi paksus 46 kuni 400µm; b) kuumpihustus – pihustatakse kuuma sula Zn-i, kiht 2 kuni 300 µm; c)elektrokeemiline (galvaaniline)- anoodiks Zn, elektrolüüdiks Zn-soola lahus, kasut. väikeste esemete puhul, Zn-kate suht õhuke ja poorne ; d)difusioonmeetod – puhastatud detail koos Zn- pulbriga trumlisse. Ja tõstetakse temp. Zn sulamistemp. lähedale, pinnale õhuke Fe-Zn kiht; e)tsinkpulbervärviga katmine – väga peenike Zn- pulber , kuivanud värvikiht siis massi järgi 95% Zn. Tsingikihi kvaliteeti hinnatakse tema paksuse, poorsuse ja homogeensuse ehk ühtlase jaotumise järgi. Tsingikihi paksus varieerub terase ränisisaldusest ja kastmise ajast sõltuvalt 60-150 mikromeetrit.
29. Milline on kõige levinum pinnases asuvate gaasi magistraaltorude kaitsmisviis korrosiooni vastu ? Millised on kasutatud kaitsmisviisi ohud ? Milliseid materjale kasutatakse Nord Streami gaasitrassi rajamisel? Millised on seal korrosioonitõrje meetmed? Millised on kõige suuremad korrosiooniriskid? (Vastav teave otsida netist).
Levinuim kaitsmisviis korrosiooni vastu: Nad ehitatakse roostevabast terasest ja kaetakse tsingi-alumiiniumi sulamitega.
Kaitsmisviisi ohud: Oht roostevaba terasega - Eriti kõrge klooriidisisaldusega vees võib punktkorrosiooni esineda. Punktkorrosiooni risk on eriti suur, kui vees on lisaks kloriidile suur lubjasisaldus, see on nn. kare vesi. Sellisel juhul moodustub sade, nn. katlamuda, mille all on hapnik. See võib tekitada korrosioonikahjustusi.
Nord streami gaasitrassi rajamisel kasutatakse kõrgtugevat roostevaba terast. Torud kaetakse seestpoolt epoksüliimipõhise materjaliga . Kõnealuse kihi eesmärk on vähendada hüdraulilist hõõrdumist, parandades sealjuures voolamise tingimusi.
Korrosioonitõrje meetmed Nord Stream gaasitrassil: Korrosioonikaitse eesmärgil kaetakse torud pealtpoolt kolmekihilise polüetüleenkattega. Täiendav korrosioonikaitse tagatakse alumiinium- ja tsinkprotektoritega. Protektorid kujutavad endast kindlat ja iseseisvat kaitsesüsteemi lisaks korrosioonikaitsekihile. Torude välimine korrosioonikaitsekiht kaetakse rauamaaki sisaldava betoonist raskuskihiga. Betoonkihi peamine eesmärk on gaasijuhtme stabiilsuse tagamine merepõhjas, kuid samas annab see ka lisakaitse väliste objektide, näiteks kalapüügivahendite eest.
Kõige suuremad korrosiooniriskid: Vesi (Cl), torude vigastamine.
30. Milliseid protsesse nim elektrokeemilisteks? Konkretiseerige ja selgitage näidete abil põhilisi elektrokeemilisi protsesse (metallide tootmine, mõnede kemikaalide tootmine, metallide rafineerimine , galvaaniliste katete valmistamine, metallist katete eemaldamine detailidelt, detailide poleerimine).
Elektrokeemilised on protsessid, mille käigus tekib elektrivool või millised toimuvad elektrivoolu toimel.
Metallide tootmine: toodetakse sula halogeenidest (CaCl2) või vesilahustest (Fe, Cd, Co, Zn, Mn, Cu), nt Al toodetakse sulast Al2O3*nH2O + Na2AlF6
*krüoliit (70:30; t°>940°C; pinget 4,2-4,5V).
NaOH tootmine: NaCl vesilahus – 2NaCl + H2O =H2↑+ Cl2↑ +2NaOH;
Cl2 tootmine: sulatatud NaCl – 2NaCl (elektrolüüs) = 2Na + Cl2.
Kemikaalide tootmine: KMnO4; HClO4; H2O2; Cl2.
Metalli rafineerimine ehk metallide puhastamine - see meetod põhineb metalli ja lisandite elektrokeemiliste potentsiaali erinevusel. Võtame nt CuSO4 = elektrolüüt, puhastamata Cu- anood , puhastatud Cu- katood .
Galvaanielemendid on seadmed, milles keemiline energia muudetakse elektri-energiaks ehk keemiliste reaktsioonide tulemusena saadakse elektrivoolu.
Galvaaniliste katete valmistamine: so metallikihi sadestamine eseme pinnale elektrolüüsi teel. Kaetav ese asetatakse katoodina elektrolüüsi vanni, milles on kattemetalli sisaldav elektrolüüdilahus. Anoodiks on harilikult kattematerjalist plaat. Kui elektrolüüti läheb vool, sadestub esemele metallikiht
Detailide poleerimine: viimistlustöötlemine sileda pinna saamiseks. Kuna vool liigub eelistatult läbi teravike, siis need lahustuvad kõigepealt. Pinged on suuremad kui galv katmisel. Terase poleerimisel pinge nt 40-60V, tihedus 400-600 A/m2, elektrolüüdiks HClO4 lahus.
Katete valikuliseks eemaldamiseks kasutada sama süsteemi, mida katmiselgi, kuid vahetatatkse elektroodid - anoodiks detail, millelt kate eemaldatakse, katoodiks puhas eemaldatud metall. Katteid on võimalik eraldada suht selektiivselt, nt tinakatte eemaldamine teraselt, hõbetatud vasest hõbeda eraldamine.
PIKEMALT :
Elektrokeemiliste protsesside korral on tegemist elektriga, laetud osakeste (ioonide ja elektronide) tekkimise ja liikumisega.
Alalisvoolu juhtimisel läbi soolade sulatistest või vesilahustest, hakkavad seal olevad ioonid kindlasuunaliselt liikuma vastaslaenguga elektroodide suunas.
Näiteks sulatatud NaCl elektrolüüs:
NaCl sulatamisel kristallivõre laguneb ioonideks NaCl = Na+ + Cl-
Positiivselt laetud naatriumioonid (katioonid) hakkavad elektrolüüsil liikuma negatiivsele elektroodile – katoodile. Katoodil liidab naatriumioon endaga elektroni ja muutub atomaarseks aatomiks: Na+ + e = Na. Katoodil toimub redutseerumine.
Negatiivselt laetud kloriidioonid (anioonid) liiguvad positiivsele elektroodile – anoodile. Anoodil loovutab kloriidioon elektroni ja muundub kloori aatomiks: Cl- - e = Cl. Anoodil toimub oksüdeerumine.
Elektrolüüsiprotsessis ioonid katoodil redutseeruvad, anoodil aga oksüdeeruvad.
Voolu juhtivasse keskkonda (lahusesse või sulatisse, mida nim elektrolüüdiks) asetatud kaks elektroodi: katood ja anood. Need ühendatakse alalisvoolu allikaga . Ioonid liiguvad elektrolüüdis vastavalt oma märgile vastasnimeliselt laetud elektroodile.
Katood on negatiivse laenguga, tal on elektronide ülejääk ja järelikult peavad katoodil toimuma alati redutseerimisprotsessid (elektronide liitumine). Anood on positiivse laenguga, tal on elektronide puudujääk ja anoodil peavad toimuma alati oksüdeerimisprotsessid (elektronide loovutamine ).
Metallide elektrokeemiline tootmine ja rafineerimine
Elektrokeemiliselt tasub toota aktiivseid metalle, mille tootmine tavaliste metallurgiliste võtetega, näiteks redutseerimine süsinikuga on tülikas või võimatu.
Metalle on võimalik saada nende ühendite lahuste ja sulatiste elektrolüüsil. Ilmneb omapärane nähtus- aktiivsemate metallide ühendite vesilahuste elektrolüüsil redutseerub katoodil eeskätt vesi ning eraldub vesinik, metall aga jääb ioonina lahusesse. Seda võtet kasutatakse NaOH ja Cl2 tootmiseks, mõlemad on keemiatööstuses ülivajalikud ained.
Laialt on levinud metallide elektrolüütiline puhastamine ehk rafineerimine. See on lihtne ja mugav aga võrdlemisi kallis. Anoodiks on toormetall, mis on saadud tavaliste metallurgiliste võtetega ning sisaldab palju lisandeid, lahustub ning sadestub uuesti vaba metallina katoodile. Tingimusi on alati võimalik reguleerida nii, et lisandid kas sadestuvad anoodi alla elektrolüüsinõu põhja või siis jäävad lahusesse, kust neid hiljem keemiliste või elektrokeemiliste võtetega kätte saab. Nii on võimalik suurtes kogustes saada väga puhtaid metalle. Suurem osa vasest, mida tööstus kasutab, on rafineeritud elektrolüütiliselt.
Galvaanilised pinnakatted
Galvanotehnika puhul on metallikihiga kaetav ese katoodiks, anood võib olla samast metallist või inertsest voolu juhtivast materjalist, elektrolüüdiks on vastava metallisoola lahus. Galvonotehnika puhul on tähtis, et kattekiht oleks ütlane, tihe ja tugev. Galvanotehnika jagatakse galvanosteegiaks ja galvanoplastiks. Galvanosteegia põhieesmärgiks on korrosioonikindla, ilusa ja õhukese, aluspinnaga väga tugevalt seotud kaitsekihi saamine. Galvanoplastika ülesandeks on esmalt vormi võtmine galvaanilisel teel. Galvanoplastikas võib kihi paksus olla mitu millimeetrit. Galvanosteegia puhul peab kaetav ese olema metallist, galvanoplastika puhul võib vormi võtta elektrit mittejuhtivalt esemelt, kui ta enne katta õhukese voolu juhtiva kihiga . Galvanoplastika eeliseks muude vormivõtmise meetodite ees on see, et seda tehakse toatemperatuuril, eset ei ole vaja mehhaaniliselt töödelda ning ka keerulise kujuga esemetest saab võtta väga täpse vormi.
31. Elektroodide mõisted ja tüübid elektrokeemias. Elektroodi standardpotentsiaali mõiste, kuidas seda määratakse ja millest oleneb selle suurus? Järjestage standardpotentsiaalide suurenemise järjekorras puhtad Fe, Zn, Sn, Al ja Cu. Milline on kontaktkorrosioon? Millised on praktikas tüüpilised kontaktkorrosiooni toimumise kohad? Kuidas tõrjuda kontaktkorrosiooni?
Elektrood on mittemetalse keskkonnaga kokkupuutes olev juht, mis ühendab keskkonna elektriahela teise osaga. Elektroodi ülesandeks on voolu juhtimine keskkonda või sellest välja, aga ka elektrivälja tekitamine, mistõttu on elektrood tavaliselt metallist ja sihipärase kujuga. Inertne elektrood elektolüüsi ajal ei muutu (ei lahustu, nt plaatinaelektrood). Aktiivne elektrood on tavaliselt metall-elektrood, millega elektriseerimise ajal toimub keemiline muundumine (lahustub).
Standardpotentsiaal (E°) on galvaanielemendi emj, milles üheks elektroodiks on vesinikelektrood, teiseks uuritav elektrood. Uuritava elektroodi potentsiaal saadakse võrdlemise teel vesinikelektroodi potentsiaaliga, mille väärtus loetakse nulliks. Standardpotentsiaali arvutamine: E = E°H+ - E°X, kus E°H+ > E°X. Standardpotentsiaali suurus oleneb metalli ioonide konstruktsioonist lahuses. Järjestus: Al(-1,66V), Zn(-0,76V), Fe(-0,44V), Sn(- 0,14V), Cu(0,34V).
Kontaktkorrosioon on korrosioon eri metallide kokkupuutekohtades (ei tohi ühendada
otseselt Al ja Cu elektrijuhtmeid, messingit terasega, vahetus kokkupuutes ei tohi olla Cu ja teras-veetorud, tuleb vältida vase pinnalt voolava vee sattumist Al, Fe ja Zn pinnale).
Liigid: ühtlane, laiguline, pisteline, keevitatud juures, pilu -, hõõrde-, kontakt-, kiht-, kihtide vaheline, kristallide vaheline ja sisene, väsimus.
Kontaktkorrosiooni vältimine: kasutada samast materjalist neete, polte või isoleerida
(ümbritsevast keskkonnast). Toimida järgmiselt: 1)panna vahelüliks polümeersest materjalist torud 2) ühendada mõnest sulamist torudega, et vähendada potentsiaalide vahet.
32. Millest olenevad reaalsed elektroodide potentsiaalid ( Nernsti võrrand ja sellest tulenevad järeldused). Elektrokeemilise korrosiooni kemism. Millest oleneb elektrokeemilise korrosiooni kiirus? Selgitage, mis on metallide korrosioonis anoodi-piirkond ja mis katoodipiirkond? Millistel põhjustel need tekivad(moodustuvad)?
Nernsti võrrand: E = EMeo+RT/nF*ln[CMe n+], kus R - 8,314 J/kmol; T - temperatuur; n - üleminevate elektonide arv; F – Faraday arv (96485 C/mol);
Kui T=298K, siis EMe = E°Me + 0,059 / n*ln[CMe n+].
Järeldused: 1) on võimalik valmistada galvaanielement , millede elektroodid on ühest ja samast elektroodi materjalist, elektrolüüt on sama, konsentratsioon on sama, kuid elektroodidel on erinev temperatuur. Sellist elementi nim. temperatuuri galvaanielemendiks; 2)on võimalik valm. galvaanielement ühest ja samast elektroodimaterjalist, samal temp-l, kuid erineva konsentratsiooniga elektrolüüdi lahuses. Seda galvaanielementi nim. kontsentratsiooni galvaanielemendiks.
Elektrokeemiline korrosioon ehk galvaaniline korrosioon on seotud galvaanielementide tekkega. See toimub siis, kui kaks erinevat metalli, näiteks raud ja vask, on kontaktis elektrolüüdilahusega. Galvaanielemendid tekivad ka tehnilistes metallides, mis sisaldavad lisandeid, samuti siis, kui tehniline metall puutub kokku elektrolüüdiga.
Elektrokeemiline korrosiooniprotsess toimub elektolüüdi lahuse või sulatiste toimel. Seisneb galvaanielemendi moodustumisel pinnal ja pinnaosa, milline on anoodiks, hävib. Anoodiks on detail ja katoodiks erinevad elektrolüüdi lahused (erinevate omadustega oksiidikihid).
Korrosiooni kiirus näitab ajaühikus korrodeerunud metalli massi pindalauhiku kohta (m/m2).
Tavaliselt sisaldavad metallid teiste metallide intermetalliliste ühendite või teiste ühendite lisandeid.
Põhimetalli pinnal toimub enamasti metalli anoodreaktsioon, lisandi pinnal aga katoodreakts, st anoodipiirkonnas toimuvad anoodreaktsioonid (metall seob endaga elektrone, muutudes
Negatiivse(ma)ks); katoodipiirkonnas aga katoodreaktsioonid (metall loovutab oma elektrone anoodile, muutudes ise seejuures positiivse(ma)ks). Anoodipiirkonnaks on korrodeerunud metalli pind ja katoodipiirkonnaks on korrodeerunud puutumata metalli pind.
33. Puhaste metallide ja praktikas kasutatavate sulamite pingerida, nendes sisalduva
informatsiooni analüüs. Galvaanipaari mõiste, nende saamine (tekkimine).
Vastus: (ei ole kindel kas vastus on õige, vastuse võtsin praktikumist nr.5)
Metallelektroodide rida, järjestatuna E◦ ( standartne redokspotentsiaal) kasvu järgi, nimetatakse metallide pingereaks.
Li, Rb, Cs, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Sc, Be, Al, Ti, Mn, Nb, Ta, Zn, Cr, Fe, Cd, Co,
Ni, Mo, Sn, Pb, H2 Bi, Cu, Ag, Rh, Hg, Os, Pd, Ir, Pt, Au
Pingereas vesinikust eespool on aktiivsed metallid, mis reageerides lahjendatud mitteoksüdeerivate hapetega (HCl, HBr, H2, SO4), tõrjuvad happest vesiniku välja.
Mida enam vasakul pingereas on metalli sümbol, seda kergemini loovutavad selle metalli aatomid elektrone ja lähevad üle ioonidena lahusesse või moodustavad pinnale mõne ühendi ning seda raskem on tema ioone redutseerida tagasi metalliks. Negatiivsema potentsiaaliga metall tõrjub välja temast positiivsema potentsiaaliga (suurema E◦ väärtusega) metalli tema soola lahusest või sulatisest
Elektrolüüdid on ained, mille lahused või sulatised juhivad elektrit. Kui elektrolüüdi
lahuses või sulatises (soolade, aluste, hapete lahustes, aga ka niiskes õhus või pinnases)
on kokkupuutes kaks erinevat metalli, siis tekib nn galvaanipaar. Anoodiks on nega -
tiivsema potentsiaaliga metall, katoodiks aga positiivsema potentsiaaliga metall.
34. Millised järgmised metallide sulamite grupid on süsinikterase suhtes anoodideks, millised katoodideks: pronksid (Cu sulamid Sn, Si jm); tsink, tsink + legeerivad lisandid; alutsink; alumiinimumi sulamid; roostevabad terased 301, 304, 310, 410, 430; messingid (Cu-Zn sulamid).

pronksid – C-teraste suhtes katoodiks (hävib C-teras kui anood)

tsink, tsink+legeerivad lisandid – C-teraste suhtes anoodiks (hävib tsink)

alutsink – C-teraste suhtes anoodiks. (hävib alutsink)

alumiinimumisulamid – C-teraste suhtes anoodiks (hävivad Al-sulamid)

roostevabad terased – C-teraste suhtes katoodiks (hävib C-teras)

messingid – C-terase suhtes katoodiks (hävib C-teras)
35. Millised eelmises punktis loetletud metallide sulamid on passiveeritud roostevaba teraste mark 301, 304, 201, 286, 316L suhtes galvaanipaarides anoodiks, millised katoodiks ?
Roostevaba passiveeritud teras on oluliselt suurema korrosioonikaitse võimega kui tavaline roostevaba teras. Antud toote suhtes on anoodiks: Zn, Zn + legeerivad lisandid, Alutsink, Al sulamid, Roostevabad terased.
?? Katoodiks on pronksid ja messingud süsinikterase suhtes. Ei tea, kas ka passiveeritud roostevaba terase suhtes. Kui pakkuda, siis võiks olla: pronksid on katoodiks ja messingid anoodiks. POLE KINDEL.
36. Millised soolad hüdrolüüsuvad ja kuidas? Nende vesilahuste pH-de piirkond (kirjutage vastavad reaktsioonivõrrandid)! Kuidas määratakse vees HCO3- sisaldust? Kui palju tekib katlakivi, kui Ca2+ + Mg2+ sisaldus on 1,2 mmol/dm3 ja HCO3- sisaldus 1,8 mmol/dm3, 5 m3-st veest, kui katlakivi koostiseks võtta CaCO3?
Soolade hüdrolüüs on neutralisatsioonireaktsiooni pöördprotsess. Tugeva happe ja tugeva aluse neutralisatsioonireaktsioon kulgeb lõpuni ja tekkinud sool ei allu hüdrolüüsile. Kui soola tekitanud komponentidest (happest või alusest ) on üks komponent nõrk ja teine tugev (nt. NH4Cl, KCN), siis hüdrolüüsub sool vähesel määral. Suuremal määral hüdrolüüsuvad soolad (nt. NH4CN), mille hüdrolüüsil tekib kaks nõrka elektrolüüti. Täielikult hüdrolüüsub nt. Al2S3.
Vesilahuste pH-de piirkond:
A) Tugeva aluse ja nõrga happe sool (MA-soola valem, A- -soola anioon ).
A- + H2O ↔ MA + OH- , milles MA-nõrk hape, pH>7 (aluseline keskkond)
nt. NaCH3COO + H2O = CH3COOH + OH-
B) Tugeva happe ja nõrga aluse sool (MA-soola valem, M+-soola katioon ).
M+ + 2H2O ↔ MOH + H3O+ , milles MOH-nõrk alus, pH [Zn(NH3)2]Cl2+ 2Mn(O)OH. Protsess kestab seni, kuni suurem osa tsinkkestast on lahustunud ja pasta hakkab läbisöövitatud kesta aukudest välja valguma. See näitab, et elektrood on oma aja ära elanud. Leclanche’i elektroodi tööpinge on 1,5 V, mahtuvus ja tööiga on väikesed. Leclahche’i ja teisi galvaanielemente kasutataksegi väikese võimsusega tarbjate jaoks (taskulambid, elektrilised kellad, väikesed arvutid jne).
39. Milline protsess on elektrolüüs? Elektrolüüsi printsipiaalne aparatuur ja põhiparameetrite suurusjärgud. Mis on lagunemispinge ja mis on ülepinge? Millest olenevad nende suurused? Milliseid aineid toodetakse elektrolüüsi abil (näited)?
Elektrolüüs on protsess, milles toimub alalisvoolu läbijuhtimine elektrolüüdi lahusest või sulast elektrolüüdist. Protsessis katioonid liiguvad neg-le elektroodile (katood), mille pinnal muutub nende oksüdatsioniaste ja anioonid liiguvad pos-le elektroodile (anood) ja pinnal muutub mõne aniooni koostises oleva aatomi oksüdatsiooniaste ehk anoodilt võetakse elektroode ja antakse katioonidele elektrone. Kui aatom on laetud, eraldub katoodil vesinik, anoodil aga hapnik.
m=M*I*t/z*F, kus F - Faraday const (ühe mooli prootonite arv: 9,6487*104C/mol), I- voolu tugevus (A), t - aeg (sek), z -osakeste laeng;
Printsipiaalne aparatuur - juhtmed , elektroodid, elektrolüüt, alalisvoolu allikas, vann. Lagunemispinge: (Elag) on elektroodidele antav pinge, mille juures algab elektrolüüs. Lagunemispinge on tavaliselt 940°C, pinge 4,2-4,5V)
3)leeliste ja raskevee tootmine
4)vesinikperoksiidide jt peroksoühendite saamine
40. Mida käsitlevad ja formuleerige Faraday seadused? Kuidas viiakse läbi elektrokeemilist oksüdeerimist. Miks alumiiniumi kui materjali oksüdeeritakse? Miks on enamikel juhtudel saadav oksiidikiht värviline?
Faraday 1. seadus: Elektrolüüsil eraldunud aine mass on võrdeline voolutugevusega (I) ja elektrolüüsi kestvusega (t) – st. elektrolüüti läbiva elektrihulgaga (I*t).
Faraday 2. seadus: Võrdsete elektrihulkade (I*t) mõjul elektrolüüsil eraldunud erinevate ainete masside m1 ja m2 suhe võrdub vastavate ioonide molaarmasside ja ioonlaengute jagatise suhtega .
Summaarne valem on esitatav kujul , kus F on Faraday konstant ehk ühe mooli prootonite kogulaeng (F=9,6487*104 [C/mol]). I – voolutugevus amprites, t – aeg sekundites ja z – osakeste laeng.
Elektrokeemilisel oksüdeerimisel on anoodiks vaadeldav materjal või keha ning tema pinnale tekitatakse selle sama metalli või sulami oksiidikiht. Seda tehakse elektrivoolu laskmisel läbi vaadeldatava materjali, mis on anoodiks. Selle tulemusena moodustuvad positiivsed ioonid, mis reageerivad elektrolüüdis oleva veega ja moodustavad oksiidikihi .
Kõige enam oksüdeeritakse alumiiniumi, kuna oksüdeerimata Al ei pea looduskeskkonnas eriti kaua vastu – põhjuseks on atmosfääris alumiiniumi pinnale tekkiv poorne Al(OH)3 kiht, mis ei kaitse materjali sügavamaid kihte korrosiooni eest. Seetõttu tekitatakse alumiiniumpindadele paks oksiidi kiht, et ta oleks vastupidavam. Selleks kasutatakse kahte meetodit: a) tekitatakse alumiiniumi pinnale värvitu oksiidikiht, mida töödeldakse värvainelahusega, mis adsorbeerub oksiidi osakeste pinnale. Võib valmistada mistahes värvi, ent väike püsivus ja värvumine ei ole ühtlane. b) värvaine on juba elektrolüüdi sees, sellest tingituna moodustub ühtlase värvusega kiht. Suur püsivus, ühtlase värvusega kiht, ent väike värvivalik.
41. Milline nähtus on korrosioon? Metallide korrosiooni klassifikatsioon kulgemise kemismi- mehanismi järgi. Kirjeldage (joonistage) korrosioonikahjustuste ilmingud, kuidas klassifitseeritakse korrosiooni ilmingute järgi? Kuidas vältida (vähendada) kontaktkorrosiooni? Selgitage, milline on metallide korrosioonis anoodipiirkond ja milline katoodipiirkond?.
Korrosiooniks nimetatakse materjalide keemilist, elektrokeemilist, bioloogilist või erosioonset hävinemist ümbritseva keskkonna toimel. Looduses: atmosfäär, vesi, vee ja atmosfääri liikumine. Tehiskeskkonnas: teised materjalid, kemikaalide lahused, gaasilised ained, aurud, temp. ja mehaanil mõjutused.
1)keemiline korrosioon – toimub kõrgematel temp-del reageerimisel gaaside ja aurudega ilma elektrolüüdi osavõtuta. Nt: raua korrosioon kuivas õhus. Kõrgemal temp. tekib raua pinnale oksiidikile (FeO, Fe203 , Fe304), mis on poorne ja habras, sisaldab lõhesid ning on
rauapinnaga nõrgalt seotud. Seepärast jätkub korrosiooniprotsess seni kuni kogu metall on
korrodeerunud. Keemiline korr. kujutab endast metalli vahetut ühinemist keskkonna mingi ainega, nt õhuhapnikuga (4Fe+3O2=2Fe2O3). Keemilisele korrosioonile alluvad küttekolde restid, sisepõlemismootori klapid , silindrid, gaasi väljavoolutorud.
2)elektrokeemiline korr - toimub metallidel elektrolüüdi lahuste osalusel, tekib galvaanielement: kui kaks erinevat metalli on kontaktis elektrolüüdilahusega Nt:
1)Cu-Fe: anoodil Fe-2e=Fe2+ ja katoodil 2H+ +2e=H2
2)Fe-Al: anoodil [Al(OH)3] Al-3e=Al3+ ja katoodil (Fe) 2H++2e=H2
3)erosioon ehk mehhaaniline korrosioon - seisneb aine ja materjali osakeste ärakandes liikuvate vedelike või gaasi voogude poolt.
4)bioloogiline korrosioon - mikroorganismid toodavad ühendeid (happeid), mille toimel metall korrodeerub või nad vajavad elutegevuseks antud metalli ioone.
Korrosioonikahjustuste ilmingud:
elektrokeemiline korr. - ühtlane (teras), laiguline (teras), pisteline
(torud, milles liigub kuum vesi), piirpinna korr, pilu (metallkonstrukts.), hõõrdekorr, kontakt (hävib met, mille potentsiaal on negatiivsem), kihtkorr, kihtide vaheline (tõmmatud torud, valtsitud metallilehed), kristallide vaheline, kristallide sisene, väsimuskorr (tekib metallis, mis on erineva suunaga mehhaaniliste koormuste all);
kõrgtemperatuurne korrosioon - oksiidne , sisemine oksüdeerumine. Kontaktkorrosiooni vältimine: kasutada samast materjalist neete, polte või isoleerida ümbritsevast kk-st.
Kuidas vältida (vähendada) kontaktkorrosiooni? Anoodi- ja katoodipiirkond?
Nt ei tohi ühendada otseselt Al ja Cu el-juhtmeid, messingit terasega, vaskveetorusid terasest veetorudega.
Toimida järgmiselt:
1)panna vahelüliks polümeersest materjalist torud;
2) ühendada mõnest sulamist torudega, et vähendada potensiaalide vahet.
Piirkonnad: Põhimetalli pinnal toimub enamasti anoodreakts, lisandi pinnal aga katoodreakts, st anoodipiirkonnas toimub anoodreaktsioon (metall seob endaga elektrone, muutub neg-ks);
katoodipiirkonnas aga katoodreaktsioonid (metall loovutab oma elektrone anoodile, muutudes ise seejuures positiivseks ).
Anoodipiirkonnaks on korrodeerunud metalli pind ja katoodipiirkonnaks on korrodeerunud puutumata metalli pind.
42. Raua ja raua sulamite korrosiooni seaduspärasused vees ja vesilahustes (pH, O2 ja Cl - mõju) ning atmosfääris (SO2 ja tolmu ning suhtelise niiskuse, temperatuuri ja terase legeerivate lisandite mõju). Kuidas korrodeerub tsingitud ja tinatatud teras ning alutsink sulamiga kaetud teras, vastus illustreerige vajalike skeemide ja reaktsioonivõrranditega
Vees ja vesilahustes: Korrosiooni kiirus järsult tõuseb pH12,5. Korrosiooni kiirendajad on Cl-ioonid ja O2, merevee pritsete piirkonnas on korrosiooni kiirus kõige suurem. Teras on raua sulam. Atmosfääris: Korrodeeruva metalli pinnale tekib niiskuskelme, milles on lahustunud õhuhapnik. Harilikult muutub niiskuskelme elektrolüüdiks, kuna selles on lahustunud mitmed õhus leiduvad gaasid, metall korrodeerub. Tekkinud mikrogalvaanielementide paaris Fe-C ja Fe-sementiit on puhas raud aktiivsemaks elektroodiks ehk anoodiks. Korrosiooni kiirendavad tolmu osakesed ja õhuniiskus > 20%, samuti SO2. Temperatuuri tõusuga korrosiooni kiirus kasvab lineaarselt. Cu lisand vähendab korrosiooni kiirust 3-4x.
Raua võib katta elektrokeemiliselt mõne teise metalliga (Zn,Sn,Cr,Cu,Ag,Au,Pt,Pd jt) või metallide sulamitega. Kuna tsingi potentsiaal on raua potentsiaalist negatiivsem, oksüdeerub galvaanipaaris tsink. Seejuures tekib Zn(OH)2, mis reageerib õhus leiduva CO2-ga ja tsingi pinnale tekib tihe Zn(OH)2*xZnCO3 kiht, mis kaitseb tsingi pinda.
Kui tsingi kate on vigastatud , kaitseb ta rauda, sest ta on anoodiks ja raud
katoodiks, seega hävineb (läheb ioonideks) tsink, mitte aga raud, mille pinnal toimub vaid hapniku redutseerumine või sõltuvalt keskkonna happesusest vesinikueraldumine H++2e−=H2.
Skeem 6.3 (Keemia ja materjaliõpetuse kuuendast laboratoorsest tööst)
Tinakattega on lood vastupidi, sest tina potentsiaal on raua potentsiaalist positiivsem ja tinakatte vigastamine hoopis kiirendab raua roostetamist– anoodiks on raud. Katoodireaktsioon on siin sama ja toimub tina, kui passiivsema metalli, pinnal.
Alutsink sulamiga kaetud-reaktsioon peaks kulgema esialgu Al-Zn paaris, kus hakkab oksüdeeruma Al, kuna ta on negatiivsema potentsiaaliga kui Zn, kuid reakstioon on suhteliselt aeglane, sest Al on kaetud oksiidikihiga atmosfääris. Alles peale Al täielikku oksüdeerimist hakkab anoodiks Zn ja katoodiks Fe, nagu ka esimese näite puhul.
43. Milliste meetoditega kaitstakse metalle korrosiooni vastu (loetlege ja kirjeldage)?. Kus leiab aset pilukorrosioon? Milline on kemism ja tõrje meetodid? Kuidas eristada välimuse järgi galvaaniliselt tsingitud terasplekki teistest plekkidest?
Korrosioonitõrje printsiibid:
1) Pinna isoleerimine katetega
a)värvid
b)polümeerid (PVC, kumm )
c)metallid kantud peale kastmisega sulasse metallii (Zn, Sn, Ag);
d) metallid kantud peale galvaaniliselt (Cu, Ni, Au, Co, Sn, Pb, Cr, Zn, Au-Ni);
e) metallid kantud peale pihustamisega kõrgel temp-l normaalrõhul,
f) metallid, kantud peale elektriväljas vaakumis, galvaaniliselt, pihustatult
g)emailid
h)keraamilised katted (TiC, TiN, Al2O3, Cr7C3);
2) protektorkaitse – anoodi koostis: Mg-Al-Zn; Nt(maa sees torustikule kinnitatakse aktiivsemast metallist plaadid, samuti laevadel)
3)metalli pinnale tekitatakse mõne ühendi kiht - oksiid , kromaadid;
4)katoodkaitse välise vooluallika abil (C-terasest mahuti ühendatakse (-)klemmiga (sadamarajatised)
5)anoodkaitse - pinnale moodustub positiivne oksiidi kiht (kasutatakse roostevaba terase korral, ühendatakse (+)klemmiga);
6) inhibiitorid – lisatakse värvidesse NaNO2* NaNO3
. 7)kaitsemäärded
8)korrosioonitõrje kuiva õhuga
Pilukorrosioon
toimub kahe metalli kinnituskohtades metallkonstruktsioonis, kus pinnad on jäänud puhastamata. Selle ärahoidmiseks tuleks pinnad hoida puhtana, katta inhibiitoritega või kasut katoodkaitset.
Pilukorrosioonile mõjub nt voolav vesi, mis sööb kinnituskohti.
Kaasaegsed värvimise meetodid:
*Pihustusmeetod:
1)madalsurve (autod, mööbel). (-): suured värvikaod ja värviudu moodustumine;
2)kõrgsurve – 20-400 atm rõhul olev värv lastakse välja väikesest avast. (laevad, mahutid,
ehitised, sillad)
*Pulbermeetod: elektrostaatiline pihustamine , keevkiht ja elektrostaatiline keevkiht
1)elektrostaatilised:
a) värvi pihustamine – värv valatakse pöörlevale kettale (40000p/min).
Tsentrifugaaljõu mõjul tekib värviudu, mis lastakse läbi elektrivälja (osakesed saavad laengu) värvitavale esemele. Värv jaotatakse pinnal ühtlaselt. Värvi kasutamise aste 60-95%
b)pulbri pihustamine – kasut. seeriatoodete värvimisel. Värvikile paksus 50-200μm. Värvi kasut. aste 100%.
2)kuumpihustus – värv või lakk kuumutatakse 50-80*C. Kantakse peale kas madal- või kõrgsurvemeetoditega.
44. Alumiiniumi korrosiooni seaduspärasused vees ja vesilahustes (pH mõju), lämmastikhappes (kontsentratsiooni mõju), orgaanilistes vedelikes (temperatuuri ja kontsentratsiooni mõju) ja atmosfääris (atmosfääri tüübi ja oksiidikihi paksuse mõju). Millised reaktsioonid kulgevad alumiiniumi kokkupuutel raua ja vasega?
Vees ja vesilahustes: Alumiinium on kõige stabiilsem pH 5-8 juures. Korrosiooni kiirus suurim 20%lise HNO3 lahuses, stabiilne 10%-lises. Reageerib paljude orgaaniliste ainetega.  Atmosfääris: Looduskeskkonnas on Al vastupidavus suhteliselt väike. Korrosioonikindluse tõstmiseks valmistatakse Al pinnale 25mm Al2O3 kiht. Looduslik oksiidikiht on ebapiisav korrosiooni tõrjeks (6-10µm). Anodeerimine 2 meetodil: 1)valmistatakse värvitu kiht. 2)valmistatakse värviline oksiidikiht (töödelda pinda värvainega / värvaine lisada elektrolüüti)
Reaktsioonid: Fe-Al¯: anoodil [Al(OH)3] Al-3e=Al ja katoodil (Fe) 2H+ +2e=H2;      
Cu-Al¯: anood Al-3e=Al3+ kat:(Cu)+ 2H +2e=H2.
45. Katoodkaitse, mõiste ja realiseerimise viisid. Kuidas kaitstakse elektrokeemiliselt terasest ja alumiiniumist konstruktsioone magedas vees, merevees , pinnases. Kodumasinate elektrokeemilise korrosioonitõrje objektid ja viisid. Näiteid.
Terase tsinkimine : 1)Zn pulbervärv – kasutatakse väga peenikest pulbrit , kuivand värvikihi massist Zn 95%. Vastupidavus korrosioonile on hea, aga terast kaitsvad omadused on kehvad. 2)kuumtsinkimine – hapetega puhastatud metallid või materjalid kastetakse tsingiga või tõmmatakse läbi sula Zn-i. Zn sulamistemp on 419,6C, tsinkimisvanni temp. on 462C. Kate valmistatakse paksusega 40-400µm, vastupidavus korrosioonile ja terast kaitsvad omadused on väga head. 3)kuumpihustus – puhastatud detailile või konstruktsioonile pihustatakse sula Zn, selleks kasutatakse Zn pulbrit või traati , mis sulatatakse gaasi või kaarleegis. Võib saada 2 kuni 300µm paksust kihti. Vastupidavus korrosioonile ja terast kaitsvad omad. väga head.
4) elektrokeemiline (galvaaniline) katmine – detail on katoodiks, anoodiks on Zn, elektrolüüdiks on Zn-soola lahus. Kasutatakse rohkem väikeste detailide katmiseks, kate on suht õhuke. Vastupidavus korros-le on halb, kuid terast kaitsvad omadused on väga head. 5)difusiooni meetod – puhastatud detailid pannakse koos Zn pulbriga trumlisse, trummel pannakse pöörlema ja kuumutatakse Zn sulamistemperatuuri lähedale. Pinnale moodustub õhuke Fe-Zn kiht. Vastupidavus korrosioonile on hea ja terast kaitsvad omad. on väga head.
Al reageerib alkoholidega . Praktiliselt puhastes alkoholides keemistemperatuuril hävineb Al peaaegu täielikult. Alkoholide kasutamisel ei saa kasutada Al-aparatuuri.
HNO3-korrosioon selles oleneb konstruktsioonist. Kõige kiiremini hävineb Al 20% HNO3-s ja kõige vastupidavam on Al 90-100% lises NHO3-s või suurema kontsentratsiooniga kui 100%. Viimane on suitsev lämmastikhape. Tööstusest välja lastaval Al on pinnal 6-10 µm paksusega Al2O3 kiht (see moodustub kokkupuutel õhuga). Al vastupidavuse tõstmiseks tekitatakse elektrokeemiliselt oksiidide kiht Al pinnale- 25 µm. Al-detail on anoodiks. Oksiidide kiht valmistatakse kahel viisil:
1)oksiidide kiht saadakse värvusetu; 2)oksiidi kiht on värviline; a)värvitu oksiidi kihiga detail kastetakse (pritsistakse) värvaineid sisaldavasse lahusesse
b)elektrolüüsil: lahus sisaldab värvaineid, sest kiht on läbinisti ühtlaselt värvunud. Al vastupidavus atmosfääris on nõrk(eriti Balti mere piirkonnas) näide: 10 aastat vees olnud alumiiniumist nurkprofiil (tekkis kihile korrosioon).
46. Anoodide mõiste, materjalid ja kasutamise printsiibid metallide elektrokeemilises korrosioonitõrjes.
Kui elektrolüüdi lahuses või sulatises (soolade, lahuste, hapete lahustes, aga ka niiskes õhus või pinnastes ) on kokkupuutes kaks erineat metalli, siis tekib nn galvaanipaar. Anoodiks on negatiivsema potentsiaaliga metall, katoodiks aga positiivsema potentsiaaliga. Anoodkaitse - pinnale moodustub pos. oksiidi kiht (kasut. roostevaba terase korral, ühendatakse (+)klemmiga). Elektrokeemilist meetodit saab kasutada seal, kus saab tekitada vooluringi:

protektorkaitse

katoodkaitse

anoodkaitse
47. Kuidas valmistatakse galvaanilisi katteid (millistest ainetest valmistatakse, milline on protsessi skeem ja protsessi orienteeruvad põhiparameetrid)? Mis on ülepinge ja mis lagunemispinge? Kuidas valmistatakse pindasid ette igasuguste katete pealekandmiseks (puhastamise meetodid, fosfatiseerimine, aktiveerimine)?
Galvaaniliste katete valmistamine: so metallikihi sadestamine eseme pinnale elektrolüüsi teel. Kaetav ese asetada katoodina elektrolüüsi vanni, milles on kattemetalli sisaldav elektrolüüdi lahus. Anoodiks on harilikult kattematerjalist plaat. Kui elektrolüüti läheb vool, sadestub esemele metallikiht.
Galvaanilisel katmisel on kaetav element katoodiks ja kattematerjal anoodiks.
Elektrolüüdi lahus, kus seda katmist läbi viiakse peab sisaldama kattematerjali ioone. Saadava galvaanilise katte omadused sõltuvad: a)elektrolüüdi koostisest, kontsentratsioonist, temp.-st ja pH-st; b)voolu tihedusest (A/m2) ja ajast.
Orienteeruvad põhiparameetrid on: U=10-30V ja 400-600 A/m2
Lagunemispinge (Elag) – on elektroodile antav pinge, mille juures algab elektrolüüs.
Ülepinge () – on lagunemispinge süsteemis moodustunud galvaanielemendi e.m.j. vahe (=Elag – E galv.el.) - e.m.j (elektromotoorjõud). Enne katmist puhastada .
Jagatakse: 1)Üldine puhastamine a) eraldamine sooladest: pesemine vee või auruga; õlide ja rasvade eraldamine: kasutatakse leeliste (NaOH) lahust või hapete lahustega; 2) Rooste eraldamine: a) leekpuhastusega 150*C juures kasutatakse vanade ja paksude värvikihtide eraldamiseks, b) liivapritsiga või veejoaga, c)mehaaniliselt kaabitsaga (terashari, kaabitsad) d)hapetega töödeldes (pastad või happed); 3) Pinna ettevalmistamine värvimiseks: a)Fosfaatimine, b)kromaatimine: pinnale moodustatakse kromaadikiht.
Sama jutt teisest kohast, vbla arusaadavam (kõiki asju selles pole, eelmine jutt ka läbi lugeda): Galvaaniline katmine toimub elektrivälja keskkonnas. Detail paigutatakse elektrolüüdi vanni. Detail on katood ja vann või lisaelektrood on anood. Elektrolüüdiks on sadestatava metalli soolad. Elektrolüüti lisatakse elektrijuhtivust tõstvaid aineid, happesust reguleerivaid aineid, katoodi polariseerivaid aineid ja pindaktiivseid aineid. Katte paksus sõltub elektrolüüti läbivast elektrihulgast, kattematerjali tihedusest, voolutihedusest katoodil ja elektrolüüsi kestvusest. Keeruka kujuga esemeid ei ole võimalik ühtlaselt katta. Katte ühtlus sõltub elektrolüüdi elektrijuhtivusest. Enne katte pealekandmist puhastatakse esemed mehaaniliselt, keemiliselt ja elektrokeemiliselt. Kaetavad pinnad peavad olema siledad ilma kriimudeta. Rasvasele pinnale metallkate ei teki. Elektrokeemilisel töötlemisel eralduvad pinnalt rasvad ja õlid kõige paremini. Keemilisel töötlemisel kasutatakse peamiselt leeliselisi või orgaanilisi lahuseid. Kui metalli pind on kaetud roostega kasutatakse pinna puhastamiseks söövitamist. Musti metalle söövitatakse väävel- või soolhappe vesilahustega. Oksiidid lahustuvad soolhappes paremini. Alumiiniumisulamite söövitamisel kasutatakse 5-10% soolhappe vesilahust. Vahetult enne elektrolüüsiprotsessi metalli pind dekapteeritakse e. täiendavalt söövitatakse, et pind parema nakkumise saavutamiseks aktiveerida.
48. Molaarmassi mõiste sisu, mõõtühik. Kuidas määratakse(arvutatakse) molaarmassi. Hüdrofoobsed ja hüdrofiilsed pinnad. Millest oleneb tahke aine pinna märgamine vedelike poolt? Mis on märgamise kriteeriumiks? Kas on võimalik mõjutada tahke aine pinna märgamist vedelike poolt? Kui on, siis kuidas, kui ei, siis miks? Ioonvahetajad.
Molaarmass – molaarmass M on ühe mooli mass grammides (g/mol). Võrdub arvuliselt aine molekulmassiga (või aatommassiga). Nt: vee molaarmass M(H2O)=18 g/l.
Hüdrofiilsed pinnad (ained) – märguvad paremini veega kui süsivesinikega. Vee ja aine vastasmõju suur. Hüdrofoobsed pinnad (ained) – märguvad paremini süsivesinikega kui veega. Vee ja aine vastasmõju väike (puudub). Hüdrofobisaator – aine, mis muudab tahke aine pinnaveega vähem märguvaks kui süsivesimikega e muudab hüdrofiilse pinna kas osaliselt või täielikult hüdrofoobseks. Märgamine oleneb pinna ja vedeliku vahelisest vastasmõjust. Märgamise kriteeriumiks on: a) vedelik märgab tahket ainet:0100°.Mida puhtam on vesi, seda kiiremini Zn korrodeerub. Mida karedam on vesi, seda aeglasem on korr, sest Ca-ioonid mood Zn-pinnale kaitsvate ühendite kihi. Looduslikus vees tekib Zn pinnale aluseline karbonaat , mis on teise struktuuriga, poorsem, mis ei kaitse Zn nii hästi kui õhus tekkiv oksiid (teine joonis)
57. Raua ja rauasulamite korrosiooni seaduspärasused atmosfääris, vees ja vesilahustes. Vastused anda graafiliselt!
58. Milliste omaduste järgi hinnatakse tsinkkatte omadusi terasel? Võrrelge erinevate meetoditega saadud katete omadusi.
Ühildumine terasega, vastupidavus korrosioonile, terast kaitsvad omadused, vastupidavus mehaanilistele mõjudele, piirangud ehitusdetailidele, kuju muutumise oht, kontrollivõimalused, algsed kulutused, hoolduskulud, sobivus värvimiseks.
Kõige parem meetod on kuumtsinkimine, kõik kriteeriumid on (väga) head. Kuumpihustusel on ühildumine terasega väga halb ja algsed kulutused on suured, kontrollivõimalused halvad. Head küljed on minimaalne kujumuutus väikesed hoolduskulud ning sobivus värvimiseks.
Elektrokeemilisel katmisel on ühildumine terasega ja vastupidavus korrosioonile väga halb, kulud on suured. Terast kaitsvad omadused on head ja kuju ei muuda.
Difusioonimeetod on pisut kehvem kui kuumtsinkimine, neg. on see, et piirangud ehitusdetailidele on suured.
Zn-pulbri kasutamisel on ühildumine terasega väga halb, terast kaitsvad omaduse ja kontrollivõimalused halvad. Vastupidavus korrosioonile on hea ja kuju eriti ei muuda. Kõikide meetoditega valm. katted sobivad värviga katmiseks ja vastupidavus mehaanilistele mõjudele on head.
59. Terase korrosiooni seaduspärasused pinnases ja merevees ning pinnase ja atmosfääri ning vee ja atmosfääri piirpinnal. Milliseid korrosioonitõrje meetmeid tuleks sellistel juhtudel kasutada?
Terase korrosiooni seaduspärasused pinnases ja merevees: Pinnase aineline koostis ja struktuur moodustab keerulise heterogeense süsteemi tahkest, vedelast ja gaasilisest faasist. Sellest tingituna sõltub metallide korrosiooni kiirus ja korrosiooni tüüp suuremal/vähemal määral peamiselt 14-st pinnase omadusest: 1. Pinnase tüüp (nt liiv, paas, liiv-paekivi, tolmliiv, savi, huumus , turvas, rannamaa jm) 2. Pinnase asukoht (nt perioodiliselt vee all olev maa) 3. Pinnase struktuur ( puutumatu looduslik maa / liigutatud maa) 4. Pinnase homogeensus (metall on sama tüüpi / eri tüüpi pinnasega maas ) 5. Maa eritakistus (mida suurem, seda väiksem korr) 6. Vee sisaldus (mida suurem, seda suurem korr) 7. pH (mida suurem, seda väiksem korr) 8. üleüldine happelisus kuni pH-ni 7,0. 9. redokspotensiaal pH=7,0 juures (maa omadus õhku läbi lasta, mida rohkem laseb läbi, seda vähem korr) 10. Ca- ja Mg-karbonaatide sisaldus (mida rohkem, seda väiksem korr) 11. Väävelvesiniku ja sulfiidi sisadlus 12. Süsi ja koks (on / ei ole lähedal) 13. Kloriid (Cl-) – kiirendab korrodeerumist 14. Sulfaat (SO42-) – kiirendab korrodeerumist.
Iga omadust hinnatakse punktidega. Mida suurem punktisumma kokku tuleb, seda väiksem on korrosioon. Atmosfääri ja pinnase kokkupuutekohas võivad pinnasest välja tulevates metallkonstruktsioonides moodustuda galvaanipaarid, mille tulemusena ses konstruktsiooni osas on metalli hävimine kõige kiirem. Näiteks terasposti maasse panemisel on õige betoon pinnase tasapinnast kõrgemaks valada, et teras pinnaga kokku ei puutuks ega korrodeeruma ei hakkaks.
Pinnases paiknevad igasugused torustikud, ankrud jne. Mõjufaktorid on igasugused lahused ja gaasid- peamiselt O2, CO2 ja väävelvesinik. H2S on eriti kahjulik, sest väävelbakter võib toota sellest väävelhapet. CH4 on bioloogilise lagunemise produkt on biogaasi koostises ja see tekib prügimägedes. Atmosfääri ja pinnase kokkupuutekohas võivad pinnasest välja tulevates metallkonstruktsioonides moodustuda galvaanipaarid. Nt: Süsinikterase ja tsingi korrosiooni kiirustest Soome pinnases: Teras: Soos 0,09mm/aasta, liivas 0,12mm/aasta ja savis 0,16mm/aastas ning tsink: soos 0,03 mm/aasta; Liiv 0,003 mm/aasta ja savis 0,014 mm/aastas. Loetelust järeldub, et pinnases olevate tsingitud teraskonstruktsioonides algab terase korrosioon siis, kui tsingi koht on korrodeerunud. Loetelust on näha, et kõige intensiivsema korrosiooni korral hävib tsink kümme korda aeglasemalt kui teras.
Merevees on näiteks süsinikterase vertikaalse konstruktsiooni elemendi korrosioon kõige suurem veepiirist natuke kõrgemal ja allpool. Seega oleks otstarbekas kaitsta konstr . osa, mis 1-1,5 m veepinnast kõrgemal ja 1-1,5 madalamal. Pinnasel on korrosioon kõige suurem maapinna läheduses.
Korrosioonikaitseks on võimalused:
1.Pinna isoleerimine katetega. (nt värvid) 2. Metalli katmine korrosioonikindla metallikihiga 3. Protektorkaitse. 4. Katoodkaitse. (galvaanipaar, elektrolüüs) 5. tuleb alustada materjali valikuga.
60. Tasakaalureaksioonid raua ja raua sulamite karastamisel kuumutamise -jahutamisega redutseerivas keskkonnas (2 kõige tähtsama reaktsiooni võrrandit).
Karastamiseks nimetatakse metallide ja nende sulamite termilist töötlemist kuumutamise ja sellele järgneva kiire jahutamisega, karastamise eesmärk on enamasti kõvaduse suurendamine
Fe3C+CO22CO+3Fe 3Fe+CH4=Fe3C+2H2
61..Kemikaalide tähistamine tehnilistes, juriidilistes ja kaubanduslikes dokumentides .
Ainete ja materjalide tähistamine:
1. NIMI:
1.1) Nimi ei anna infot aine või materiali päritolu, kasutamise ega omaduste kohta (kriit, vesi)
1.2) Nimes sisaldub mingisugune info selle aine kohta (sooraud, seebikivi)
1.3) Kaubanduslik nimetus. Reeglina ei sisalda mingisugust infot (määrdeõli, kiudained).
2. VALEM:
2.1) Empiiriline – näitab ühendisse kuuluvate aatomite arvu vahekorda vähimate täisarvudega, ka elementide gruppide vahelist suhet (nt. N2 ja CH4);
2.2) Struktuuri valem – näitab lisaks elementide ja elemendi gruppide suhtele, kuidas need on omavahel seotud;
2.3) Valem tähtede ja numbrite kombinatsiooniga - saab nii ainet või materjali kui ka nende koostist identifitseerida vastavate käsiraamatute või Interneti otsingumootorite abil. (nt. El00-E199 toiduvärvid);
2.4) Nomenklatuursed nimetused - on standardiseeritud puhastele ainetele JUPAC poolt H2SO4 (tetraoksosulfaat(VI)vesinik).
Lisaks keemilistele tähistustele kasutatakse juriidilistes ja tehnilistes dokumentides mitmeid numbrilisi tähistusi (koode), milledest tähtsamad on CAS ja EINEKS.
CAS – Chemical Abstracts Service (kemikaali (aine) reg. nr. andmebaasis),
EINECS - European Invention of Existing Commercial Chemical Substances – on kemikaali (aine) reg. nr. Euroopa kaubanduslike ainete loetelus.
CAS registri number omistatakse ainele kui see lisatakse andmebaasi, igale CAS numbrile vastab üks ja ainult üks aine. CAS numbri järgi saab Interneti kaudu kätte ka selle kemikaali ohutuskaardi.
62.Kemikaalide ohutuskaardid : mis need on, milleks neid kasutatakse ja milline on nende kohustuslik sisu
Ohutuskaart on igal ainel antud aine iseloomustamiseks.
Sellel on kirjas info aine kohta, mida peab teadma:
1)nimi, sünonüümid, valmistaja nimi; 2)koostis – keemiline, CAS, EINECS; 3)ohtlikkus – omaduste kirjeldus jm vajalik; 4)esmaabi viisid kemikaali sissehingamisel , allaneelamisel ja sattumisel nahale; 5)tegutsemine tulekahju korral 6)õnnetuste vältimise abinõud ( kaitsevahendid , seadmed); 7)käitlemine ja hoiustamine 8)mõju inimesele ja isikukaitsevahendid 9)füüsilised ja keemilised omadused 10)püsivus (stabiilsus) ja reaktsioonivõime 11)terviserisk 12)keskkonnarisk 13)jäätmekäitluse viis 14)veonõuded 15)reguleerivad õiguaktid 16)muu teave.
63. Millised on tüüpilised kontaktkorrosiooni kohad ehitistes, rajatistes ja kommunikatsioonides? Milliste viisidega saab vältida kontaktkorrosiooni ja vähendada kontaktkorrosiooni kiirust? Näited praktikast (Cu – Fe, Cu – Al, Cu – Zn, Al – Fe jt.).
Kontaktkorrosiooni tüüpjuhud: Cu-Fe (kuivas ei juhtu midagi, kuid välistingimustes kontaktis vask ja raud) ja Fe-Al (kontaktis raud ja alumiinium). Nii terasplekk kui alumiiniumplekk hävib vahetult vaskneedi ja raudpoldi ümber. Lubamatu on kasutada välitingimustes detailide kinnitamiseks Al-st tõmbeneete, ka Al-st detailide kinnitamiseks, sest tõmbeneedil tõmbevarras on terasest ja viib needi kui sellise hävimiseni. Tõmbeneedid on needis kinnitusvahend (katuseehitamisel). Peab kasutama terasest tõmbeneete. Kontaktkorrosiooni vältimine: tuleb kasutada samast materjalist neete, polte või isoleerida ümbritsevast keskkonnast. Nt ei tohi ühendada otseselt Al ja Cu elektrijuhtmeid, messingit terasega, vaskveetorusid terasest veetorudega. Kaitsta saab: 1) panna vahelüliks polümeersest materjalidest torud; 2) ühendada mõenest sulamist torudega, et vähendada potentsiaalide vahet.
64. Milliseid korrosioonitõrjeid tuleb kasutada uute ehitiste, rajatiste, kommunikatsioonide ehitamisel ja vanade renoveerimisel? Meetmed esitada kasutamise järjekorras.
Tähtsamad korrosiooni vastu võitlemise vahendid:
1. Korrosioonikindlate sulamite kasutamine.
Teras muutub korrosioonikindlaks mitmete legeerivate metallide mõjul. Kõige tuntum on kroom (10-30%) sisaldav nn. roostevaba teras. Terase korrosioonikindlust suurendavad veel räni-, nikli-, titaani- ja mangaanisisaldus.
2. Korrosioonikindlate metallkatete kasutamine.
Metalli pind kaetakse korrosioonikindlama värvilise metalli kihiga. Kaitsekiht kas tekitatakse elektrolüüdiliselt (kroomimine, nikeldamine, hõbestamine, kuldamine), sulametalli sisse kastmisel (tinatamine, tsinkimine) või pihustamisel (alumineerimine). Kroomimist (auto iluliistud) ja väärismetallidega katmist rakendatakse ka dekoratiivsel eesmärgil.
3. Mittematalsete katusekatete kasutamine.
Sel juhul isoleeritakse metalli välispind ümbritsevast keskkonnast õli-, värvi-, laki- või emailikihiga. Värvi- ja lakikihid annavad esemele dekoratiivse välimuse ja kaitsevad korrosiooni eest. Tõhusa korrosioonikindlusega on kuumuskindlad emailkatted.
Betooni hooldamine ja korrosioonitõrje

betooni kaitsmine CO2, H2O, Cl- sissetungimise eest pinnakatetega

betooni poorsuse vähendamine ja tugevuse suurendamine pooride täitmise teel

betooni leelistamine uuesti

armatuuri elektrokeemiline kaitse

Cl- väljaviimine betoonist elektrokeemiliselt

armatuuri kaitse ihibiitorite viimisega betooni
Punkt 10. Keemia kodukal eksamiaegade lehel mingi link ...