Keemia ja meterjaliõpetuse mõisted 1 (0)

2.Aine ja mat.: Materjal on aine, mille töötlemisel ( kasutamisel ) ei toimu keemilisi reaktsioone ja  muutusi ( alumiinium pottidena). Aine on osake, mis omab massi ja mahtu. Nt: Kui alumiiniumitükid panna Kitti aparaati, toimub reaktsioon ja Al on aine. Kui kasut. Al akna valmistamiseks, on ta materjal. Aine võib esineda puhtana kui ka ühendites. Aine olekud – tahke, vedel, gaasiline. Klassifikatsioon toimub alati mingi kindla tunnuse alusel, sama ainet võib klassifitseerida eri tunnuste järgi, s.t. aine võib olla eri tunnustega ja kuuluda ssamaaegselt erinevatesse klassidesse. Tähistamine:1.a)Nimi ei anna infot aine päritolule, kasutamise ega omaduste kohta (kriit, vesi) b)Nimes sisaldub mingi info ( sooraud , seebikivi)c)Kaubanduslik nimi ei sisalda mingit infot (määrdeõlid, kiudained )2.Valemiga: a) empiiriline – analüüsiandmetes tuletatud valem, näitab aine elementaarkoostist ja elementide gruppide omavahelist suhet, erandjuhul näitab valem aine molekulaarkoostist (gaasid, vedelikud molekulvõrega). N2, CH4 b)struktuuri valem – näitab lisaks elementide ja elemendi gruppide suhtele, kuidas need on omavahel seotud. c)valem tähtede ja numbrite kombinatsioonina, mida saab identifitseerida käsiraamatute abil. Nt: E101-E199 on toiduvärvid d) nomenklatuursed nimetused – standardiseeritud on puhaste ainete nimetused, mis on välja töötatud org.-i JUPAC poolt. Nt: H2SO4 – tetraoksosulfaat(VI) vesinik .
3. Lihtaine koosneb ühe ja sama elemendi aatomitest (hapnik, osoon , raud, vesinik). Jaguneb puhasteks aineteks. Liitaine on aine, mida saab lagundada lihtsamateks uuteks aineteks (vesià vesinik+hapnik). Liitaine ehk keemilise ühendi koostisesse kuuluvad erinevate ainete aatomid . Liitained jagunevad org. ja anor. aineteks. Ainet nimet. puhtaks, kui ta sisalda lisandina teisi aineid (puhas aine on 99,999%-ne). Materjal on aine, mille töötlemisel ei toimu keemilise reaktsioone ja muutusi. Homogeenses segus on keemiline koostis ja struktuur igas ruumiosas ühesugune (õhk, lahused ). Heterogeenne segu koosneb kahest erinevas homogeensest osast, koostis ja struktuur on selles segus ebaühtlane. Faas on heterogeense süsteemi üks homogeenne osa, eri faase eraldab eripind . Reaktsiooni kiirus on ainete muundumise kiirus keemilises reaktsioonis. Reaktsiooni kiirust mõõdetakse reageerivate ainete kontsentratsioonide muutusega ajaühikus. Reaktsiooni kiirust mõjutavad:1)hetero- ja homogeenses keskkonnas: a)temperatuur b)kontsentratsioon
c)gaaside ja aurude korral nende rõhk
2)lisaks heterogeenses keskkonnas d) faaside kokkupuutepinna suurus  e)reaktsioonisaaduste difusioonikiirusf) 2-aatomiliste gaaside dissotsiatsioonienergiast
4. Aine valem –l. Keem.reakt. leiab aset kas kahe aineosakese vahel (need peavad kokku puutuma ; nt. H2+Cl2à2HCl) või ühe ja sama aineosakese sees (lagunemisrea; nt. C2H6à2CH3). Klassifitseerimine käib mitmete tunnuste järgi, kuid olulisem on o.-a. järgi: a) kui reaktsioonil muutub vähemalt ühe elemendi aatomite o.-a., nimet. reakts .-i redoksreaktsiooniks; b)elemendi o.-a. ei muutu – lõpuni minevad reakts.-id (nt. põlemisr.-id) ja lõpuni mitteminevad e. tasakaalureaktsioonid. Reaktsioonid jagunevad ka nii: liht-ja liitreak.-id, pööratavad ja mitte pööratavad reakts.-id, paralleelsed r.-id, järjestikused r.-id, seostatud r.-id, ahelr.-id, fotokeemilised r.-id. Keemilise reaktsiooni võrrand on keemilise reakts.-ni üleskirjutus, mis sasaldab reakts.-i lähteainete ja saaduste keemilisi valemeid ning näitab reakts.-is osalevate ainete moolide arvu. Võrrandi koostamisel tähistavad sümbolid aatomeid. Võrrandi vasakule poole kirjut. Lähteainete valemid, peale võrdusmärki vasakule  poole aga reakts.-i saaduste valemid. 2H2+O2à2H2O. Võrrand peab olema tasakaalus. Koostamisel tuleb arvestada massi jäävuse seadust. Võrrandite põhjal tehakse keemiliste reaktsioonidega seostuvaid arvutusi.
5.Ainete ja mat. iseloom.: Sertifitseerimine on vajalik, et saada täpselt vajaolev partii ainet. Sertifitseerimine: a)agregaatolek normaalrõhul ja toatemperatuuril  (tahke, vedel, gaas ) b) värvus- silmale nähtava spektri ulatuses c)tahke aine korral osakeste kuju, suurus ja pinna iseloomustus d)vedelike puhul viskoossus erinevatel temperatuuridel e)tihedus f)sulamis- ja keemistemp. g)koostiselementide või –ainete ja lisandite sisaldused
h)lisainfo (tuleohtlikkus, eripind, hoidmistingimused) Gaaside ja aurude korral: a)sulamis-, keemis-, tahkumis-, veeldumistemperatuu
6. Aatom Molekulidena esinevad kõik gaasilised ained (O2, N2, NH3), paljud vedelikud (vesi, alkoholid) Valem on elementide sümbolitest koosneb avaldis , millega märgitakse keemilise ühendi kvalitatiivset ja kvantitatiivset koostist. Mool on aine kogus, mis sisaldab samapalju struktuurielemente kui on aatomeid 12g süsinikus. Faas on heterogeense süsteemi üks homogeenne osa, faaside vahel on piirpinnad, s.t. faasid võivad erineda üksteisest füüsikalise oleku, keemilise koostise või struktuuri poolest. Süsteem on ruumi osa, mis võib olla piiratud piirpindadega (suletud süst.) või mitte (avatud süst.). Avogadro arvuks nim. 1 moolis sisalduvate osakeste arvu NA=6,02* 1023 mol. Hapete ja aluste teooria: happed eraldavad prootoneid ja alused liidavad prootoneid. Kas aine on alus või hape , oleneb partnerist
7. Gaasi ja auru mõiste: Gaas on aine, mis tavatingimustel (rõhk 1 atm ja toatemp .il 18-23 0C) esineb täielikult gaasilises olekus. Aurud on gaasilises olekus olevad ained, mis tavatingimustel on kas vedelad ja/või tahked . Gaaside kõige iseloomulikumaks omaduseks on nende kokkusurutavus ja võime paisuda. Gaasi ruumala ühtib anuma ruumalaga, milles ta asub. Gaas avaldab anuma seintele püsivat rõhku, mis on kõikides suundades ühesugune. Gaaside seadused: normaaltingimused – P= 101325Pa =1 atm=760 mmHg;  T=273K ja 1 mol=22,4 dm3.Gaasi lihtsaim mudel ideaalne gaas – molekulide vahelised tõmbejõud puuduvad. Ideaalne gaas allub Mendelejev -Clapeyroni ja Gay-Lussaci võrranditele. Gaaside tihedus ehk ühe liitri gaasi mass leitakse valemiga r=M/22,4, kus r on gaasi tihedus (g/l) ja M on molaarmass (g/mol). Gaaside tihedused suhtuvad teineteisesse kui molaarmassid. Ühe mooli gaasi ruumala norm. tingimustel on 22,4 l. Kriitiline temperatuur on temperatuur, millest kõrgemal ei saa gaasi veeldada ilma rõhu kasvamiseta. Kriitiline rõhk on rõhk, mille korral gaas on nii gaasilises kui ka vedelas olekus, s.t. vedela ja gaasilise oleku vahel on tasakaal. Kõiki gaase ja aure on võimalik viia vedelasse olekusse rõhu tõstmise ja temp.i alandamisega ja sealt edasi tahkesse olekusse rõhu alandamise ja temp.i tõstmisega. Osarõhk on selline rõhk, mida vaadeldav komponent omaks, kui ta antud temp.il üksi täidaks kogu segu ruumala. Gaaside segude korral saab arvutada segu rõhu ja massi liites kokku erinevate gaaside rõhke ja masse . NB! Segude korral ei saa liita erinevate gaaside ruumalasid.
8.Vedeliku mõiste jne.: Vedelikud on ained ja materjalid, mis voolavad raskusjõu mõjul. Vedelikud võivad olla puhtad ained, erinevate puhaste vedelate ainete segud , mõne tahke aine lahus vedelas aines. Aurumine – vedeliku osakestel on kõikidel erinev kin. energia; osakesed, milledel on suurem kin. energia eralduvad vedeliku pinnalt gaasilisse olekusse ja see protsess ongi aurumine ehk aurumine on aine üleminek vedelast olekust gaasilisse. Aurumine on endotermiline protsess Kui auru(de) kontsentratsioon gaasi faasis on konstantne , siis auru(de) osarõhku nim. küllastunud auru rõhuks (nt. benseenil 26,1 0C-l 100,0 mmHg; elavhõbe 20,0 0C on 0, 0012 ). Keemine – kui küllastunud auru rõhk saab võrdseks keskkonnaks oleva atmosfääri rõhuga, hakkavad vedeliku molekulid üle minema gaasilisse olekusse ka vedeliku mahu seest (vedeliku osakesed lähevad üle gaasilisse olekusse mitte ainult vedeliku pinnalt, vaid ka seest). Kondenseerumine on aine üleminek gaasilisest olekust vedelasse või tahkesse. Kond. algab, kui gaasi rõhk muutub gaasi jahutamise või kokkusurumise tulemusena võrdseks küllastunud auru rõhuga antud temp.il või sellest suuremaks . Kond.-ne võib toimuda gaasilise ja vedela või tahke faasi lahutuspinnal. Kui gaasilises olekus olevad osakesed lähevad vedelasse olekusse tahke aine/materjali pinnal, siis seda vedelikku nim. kondensaadiks (nt. vee kondensaat on kaste, tahkes olekus härmatis ). Tahkumine – aine üleminek vedelast faasist tahkesse. Vedelik tahkub harilikult kristallidena kas tervikuna (puhta aine t.) või osaliselt. Kõiki vedelaid aineid on võimalik temp.i alandamisega viia tahkesse olekusse.
9. Voolamine on vedeliku osakeste ühesuunaline liikumine raskusjõu mõjul üksteise ja pinna suhtes. Viskoossus on vedelike omadus takistada oma osakeste liikumist üksteise suhtes. Vis.-i määratakse vedeliku väljavoolamise kiirusega anumast läbi peenikest toru. Temp.i tõusuga viskoossus väheneb. Voolavus ja viskoossus sõltuvad osakeste vahelisest jõust, osakeste kujust , struktuurist ja massist. Viskoossused: vesi 20 0C-l 1,005cp; Hg 20 0C-l 1,554cp. Pindpinevus on jõud, mis mõjuv pinnaosakesele ja on suunatud vedeliku mahu sisse. Kui vedelik panna tahke aine pinnale, siis oleneb vedeliku käitumine kohesiooni ja adhesiooni jõududest, pindpinevusest ja tahke aine pinnaenergiast. Vedelik võib tahke aine tasasel pinnal laiali valguda, selle märjata või mittemärjata. Kui kohesiooni jõud on suuremad kui adhesiooni jõud, siis vedelik ei märga ja vastupidi. Nendest jõududest on ka tingitud vedelike liikumine kapillaarides ja pragudes. Kui vedelikmärgab kapil.-i või prao seina, siis vedelik tõuseb mööda pragusid ja kapil.-e üles. Tõusu kõrgus on võrdeline pindpinevusega ja pöördvõrdeline kapil.-i raadiusega . Nt: Kui kõrgele võib tõusta vesi – kui r=1mm, siis h=1.5cm; r=1mm, h=1,5m. Osmoos on lahusti molekulide ühesuunaline difusioon läbi poorse vaheseina, mis eraldab kaht erisuguse kontsentratsiooniga lahust. Osmoosi tagajärjel tekib osmootne rõhk, mis takistab lahusti difusiooni läbi poorse vaheseina. Kohesiooni jõud on osakeste vahel vedelikus faasi ajal. Adhesiooni jõud on vedeliku osakeste ja pinna osakeste vahel erinevate faaside vahel. Muutes neid jõude, saab muuta märgavust. Näited: et vesi märgaks vähe puitu, siis puit värvitakse; vesi ja vesilahused pinda ei märga.
10. Lahus on vähemalt kahe aine homogeenne segu, üks ainetest on lahusti teine lahustatav aine. Sarnane lahustab sarnast, s.t. lahusti molekuli omadused on sarnased lahustatava aine molekulide omadustega. Lahus võib olla gaasilises, vedelas või tahkes olekus. Vedelikus lahustunud gaasi nimet. vahuks. Vedelikus lahustunud tahket ainet nimet. suspensiooniks (pigmentvärvid, pinnas, tsemendisegud) ja emulsiooniks vedelikus segunenud mittelahustuva vedeliku segu ( vee emulsioon õlis on või). Iseloomustamine – lahustunud aine järgi jagatakse lahused: 1)küllastamata lahus – kui vedelasse lahusesse viidud väike kogus ainet selles veel lahustub; 2)küllastunud lahus – sisaldab lahustunud ainet hulgas, mis antud tingimustel võib maksimaalselt lahustuda. Sama aine lisamisel see enam ei lahustu. Aine lahustuvuse määrab küllastunud lahuse konsentratsioon.3)üleküllastunud – lahusesse viidud kristallike kutsub esile lahustunud aine kristallisatsiooni. Lahustatavat ainet on rohkem, kui on selle lahusti lahustatavus. Saadud lahus on ebastabiilne. Gaaside lahustuvus vedelikes suureneb rõhu tõstmisel, väheneb temp.i tõstmisel ja ka siis, kui vesi sisaldab lahustunud soolasid. Vedelike vastastikune lahustuvus suureneb temp.i tõusuga. Tahkete ainete lahustuvus suureneb temp.i tõusuga, kui lahustumisprotsess on endotermililne. Rõhk olulist mõju ei avalda. Vedelike keemisel lähevad selle molekulid üle gaasilisse olekusse kogu vedeliku mahu ulatuses. Aurumine toimub ainult vedeliku pinnal. Vedelik keeb siis kui küllastunud auru rõhk saab võrdseks atmosfääri rõhuga. Keemisel on vedeliku temp. konstantne niikaua, kuni vedelik on läinud gaasilisse olekusse. Edasisel soojendamisel hakkab suurenema auru rõhk ja temp. Lahused külmuvad alatai madalamal temp.il kui lahusti. Lahusti kohal on rõhk väiksem kui puhta lahuse kohal.
11. Rasklahustuva elektrolüüdi küllastunud lahuses tema ioonide kontsentratsioonide korrutis antud temp.il on jääv ja seda suurust nimet. lahustuvuskorrutiseks K. See konstant iseloomustab tasakaalu lahuses ja sademes oleva elektrolüüdi vahel. Temperatuuri tõstmine üldreeglina suurendab tahkete ainete ja vedelike lahustuvust. Gaaside puhul suureneb lahustuvus rõhu suurenedes, väheneb aga temp.i tõustes. Gaasid, millised reageerivad veega (HCl, NH3), võivad lahustuda vees oluliselt suuremal määral kui veega mittereageerivad gaasid (H2, O2). Ei ole olemas absoluutselt lahustuvaid ja lahustamatuid aineid. Aine vees lahustuvust võib anda g/l, mol/l. Ainete lahustamisomaduste kasutamine: 1) tahke aine puhastamine – tahkest ainest tehakse kõrgel temp.il küllastunud lahus, mille aeglasel jahtumisel lähevad lahustunud olekust tahkesse olekusse lahustunud ained; 2) heitvete puhastamisel lisatakse heitveele aineid, et osad toksilistest ainetest läheks üle sademesse ning sade, milles on toksilised ained, eraldatakse veest.
12. Loodusliku vee põhilised koostisained on: H2O, Ca2+, Mg2+, Fe3+, Na+, K+, HCO3 -, Cl-, SO42 -, H+, OH- ja muda , savi. Vett nimet. karedaks, kui ta sisaldab mitmesuguseid lahustunud lisandeid, peamiselt Ca ja Mg soolasid. Karedust väljendatakse katlakivi tekitavate Ca ja Mg soolade sisaldusega vees; karedust mõõdetakse milligrammekvivalentides 1 l vee kohta( mg-ekv/l). Karedust jaotatakse mööduvaks ja püsivaks kareduseks. Mööduvat karedust põhjustavaid vesinikkarbonaate eemaldatakse keetmisel . Püsiva kareduse põhjustavad CaCl2 , CaSO4 , MgSO4 , MgCl2, mis keetmisel ei kõrvaldu. Vett pehmendatakse kas termokeemiliselt või ioonivahetuse meetodit kasutades. Viimane meetod on tõhusam ja seda kasutat. rohkem; põhineb kationiitide kasutamisel. vee kuumutamisel üle 650C laguneb HCO3àH++CO32- ja veest sadeneb välja CaCO3, mis on katlakivi põhikomponent. Fe2+ ioone sisaldava vee (põhjavee) kokkupuutel õhuga tekib vees Fe(OH)2 sade ( punakaspruun ).2Fe2++ ½ O2+H2Oà2Fe3++2OH- . Raud(II)ioonide sisalduse vähendamiseks vees tuleks vesi juhtida läbi liivafiltri. Ohtlik on joogiveesüsteemides segada veekogude vett põhjaveega. Kui hapnikurikas jõevesi sega hapnikuvaese põhjaveega, saadakse vesi, kus on Fe(OH)2 sade.
13. Vesi dissotseerub vastavalt võrrandile: 2H2OàH3O++OH- ehk lihtsamalt H2OàH++OH-. Prootonite ehk vesinikioonide kontsentratsiooni, mis on võrdne hüdroksiidioonide kontsentratsiooniga, abil võib avaldada lahuse reaktsiooni [H+]=[OH-]=10-7 mol/l. pH-ks ehk vesinikeksponendiks nimet. vesinikioonide kontsentratsiooni negatiivset logaritmi, mida kasut. lahuste reaktsiooni avaldamiseks. pH=-log[H+]. Puhta vee pH on 7 (temp.il 250C). Vesilahuste pH diapasoon võib ulatuda 0...14, kus 0...6 on happeline lahus, 7 neutraalne ja 8...14 on aluseline. Kõige lihtsam viis lahuste pH määramiseks on kasutada indikaatoreid, mis on oma olemuselt kas alused või happed. Indikaatorid on kas paberitena või lahustena. Olenevalt prootonite kontsentratsioonist lahustes,nihkub nende dissotsiatsiooni tasakaal kas paremale või vasakule, mis avaldub indikaatori värvi muutuses.  pH arvutmine: a) pH=-log(6,2*10-3)
14. Happed on aine osakesed, mis loovutavad prootoneid (H2SO4à2H++ SO42 -), alus on osake, mis liidab prootoneid (OH-+H+àH2O). Kas osake on alus või hape oleneb partnerist: CH3COO (a)+ H2O(a)= CH3COOH (h)+OH(a); NH4(h)+H2O(a)àH3O+(h)+NH3(a). Happeid ja aluseid loetakse tugevateks, kui molekulid dissotseeruvad võimalikult täielikult. Tugevad happed on soolhape , lämmastikhape ; tugevad alused on NaCl. Nõrgad happed on äädikhape ; nõrk alus on ammoniaagi vesilahus . Prootonite konsentr.-i arvutamiseks teha vastupidine arvutus kui eelmises punktis.
15. Tahkeks nimet. neid aineid ja materjale , mis omavad avatud süsteemis kindlat kuju ja mahtu. Tahke aine normaaltingimustes ei voola. Tahke aine molekule ja ioone seovad omavahel tugevad jõud. Tahke aine ja materjali omadused määravad ära  selle aine keemiline koostis ja struktuur. Tahke aine eksisteerimise vormid on kristalne ja amorfne . Kristalsetel ainetel on kindel sulamis- ja tahkumistemp., füüsikalised omadused on erisuundades erinevad; aatomid ja nende grupid asetsevad korrapäraselt tasapinnati. Amorfsetel ainetel puudub kindel sulamis- ja tahkumistemp., füüsikalised omadused on igas suunas ühesugused; molekulide korrapäratu asetus. Praktikas esineb ka ained, mis on nii kristalsed kui amorfsed . Need on ainete segud (nt. klaas). Tegelik tihedus saadakse, kui mass jagatakse pulbri mahuga, millest on lahutatud pooride maht. Efektiivne tihedus saadakse kui pulbri mass jagatakse pulbri mahuga. Tahked ained jagatakse sisemise struktuuri järgi poorseks, kihiliseks, kiuliseks ja homogeenseks . Osakesed võivad olla: vaheldumisi positiivsed ja negatiivsed ioonid ( soolad ), molekulid (org. ained), neutraalsed aatomid (metallid). Rõhk tahkele ainele erilist mõju ei avalda. Tahke aine (kristalne) sulab jääva rõhu korral kindlal temp.il, sulamistemperatuuril, mis ühtib aine tahkumistemp.iga.
16. Röntgenfaasianalüüsi kasutatakse ainete eksisteerimisvormi kindlaks tegemisel (kristalne, amorfne, nende segu). Rönt.analüüsiga on võimalik määrata kristallainete kristallvõre tüüpi, millised osakesed on kristallvõre sõlmpunktides ja selle alusel koostada kristallaine mudel. Iga aine omab ainult talle iseloomulikku d väärtust ja reflekside intensiivsuse omavahelist suhet, mille saabki antud uuringul difraktogrammilt välja lugeda. JOONIS! Uuritava aine proov peab olema pulbriline, mis on pressitud ja mille osakeste läbimõõt on 500mm. Pulbrite osakeste läbimõõt on 100-500mm. Pulbriliste materjalide puhul eristatakse eripindu:1) üldine eripind – välispind + sisepind; iseloomustatakse m2/l; 2) sisemine eripind – pooride pind. Poorid jaotatakse läbimõõdu järgi: a)mikropoor 50nm. Pulbrite autoadhesioon on osakeste iseeneslik omavaheline liitumine, mille kutsuvad esile molekulaarjõud (van der Waalsi ja kohesiooni), elektrilised jõud (on tingitud laengute omavahelisest mõjust), kapillaarjõud (mõjuvad siis, kui pulbris on vedelikku, agregaadi tekkeks vajalik), magneetilised jõud ja mehaanilised jõud. Agregaadiks nimet. nõrkade sidemetega primaarsete osakeste kogumit; neid on võimalik suhteliselt lihtsalt lõhkuda kasutades meh. segamist või ultraheli . Aglomeraadid tekivad agregaatides kuumutamise teel ja side osakeste vahel on tugev. Pulbrite fraktsioonilist koostist osakeste suuruse järgi määratakse sõelumisel:1) mikroskoopia – skanneeriva elektronmikroskoobi all loetakse osakeste arv vastavas suuruse vahemikus; 2) sedimentatsioon – osakeste settimise kiiruse järgi vedelikus. Nt: fraktsiooniline koostis %: >1,0mm – 20%; 0,8-1,0mm – 15%; 0,4-0,8mm – 20%; 7 aluseline keskkond; 2)tugev hape ja nõrk alus – NH4+H2OFNH3+H3O  pH