Keemilised elemendid (0)

Keemilised elemendid
Loeng 3
02.03.2007
Keemiline element
Iga keemilise elemendi omadused sõltuvad aatomi tuumas olevate
prootonite arvust, mis võrdub aatomi järjekorranumbriga.
Elektronide hulk aatomis ja jaotus ümber tuuma, elektronkihtide arv,
nende täitumus elektronidega, elektronide hulk väliskihis ja ka sellele
eelnevas kihis jne
... määravad elementide ionisatsioonipotentsiaali,
elektronafiinsuse, elektronegatiivsuse, prootonafiinsuse,
reaktsioonivõime.
Looduses esinevad isoleeritud aatomitena ainult elemendid, mida
tuntakse väärisgaaside nime all (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)
Rühmad
8 rühma ülalt alla (aatomi väliskihis 1 kuni 8 elektroni), neist
erinimetus:
1A rühma elemendid Li, Na, K, Rb, Cs, Fr on leelismetallid (alkali metals)
2A rühma elemendid Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra on leelismuldmetallid
(alkaline earth metals)
6A rühma elemendid O, S, Se, Te, Po on kalkogeenid (chalcogens)
7A rühma elemendid F, Cl, Br, I, At on halogeenid (halogens*)
8A rühma elemendid He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn on vääris- ehk inerts- ehk
haruldased gaasid
On ka haruldased muldmetallid (lantaniidid jrk nr 58-71)
* NB!! * "haloon" atmosfäärikeemias on keemiline ühend, mis koosneb ainult
süsinikust, broomist, fluorist (ja harva ka kloorist). CBrF3 , CBr2F2
Teised rühmad
3A, 4A, 5A, 6A rühmadel ei ole erinimetusi
3A rühma elemendid - B, Al, Ga, In, Tl
4A rühma elemendid ­ C, Si, Ge, Sn, Pb
5A rühma elemendid ­ N, P, As, Sb, Bi
6A rühma elemendid ­ O, S, Se, Te, Po
PERIOODID
Kokku on 7 perioodi, mis jaotuvad 10 reaks
Perioodi number näitab elektonkihtide arvu aatomis, so kui kaugele
tuumast võivad elektronorbitaalid ulatuda ­ mida suurem number,
seda kaugemale
Perioodis vasakult paremale kasvab jrk nr ja koos sellega tuumalaeng
ning elektronide hulk aatomis
Mida suurem laeng tuumal, seda tugevamini on elektronid tuuma küljes
(Coulomb'i seadus)
METALLID
... on perioodilisuse tabelis vasakul; enamus elemente on
metallid.
Iseloomulik: läige, suur elektri- ja soojusjuhtivus, vesilahustes
esinevad katioonidena (Mn+).
I. 1) aktiivsed (Na, K, ... Ca, Ba,...)
2) vähemaktiivsed (Mg, Zn, Al, Mn, ....)
3) tarbemetallid ­ ehitusmetallid (Cr, Fe, Sn, Pb, Cu...)
4) mündimetallid (Ag, Au, Pt, Hg...)
II. s-metallid, p-metallid jne
Kromosoomsed metallid: Ti (sinine, punane, roheline), V (punane,
kollane), Mn (punane, roosa), Cr (punane, erkroheline), Fe
(punane pruun), Co (sinine,...)
Veel metallidest
Metallid on looduse lahutamatu osa.
Bioloogiliste protsesside jaoks organismis on
hädavajalikud Co, Cu, Mn, Mo, Zn.
(Kõrgel kontsentratsioonil on nad toksilised, sest võivad
akumuleeruda (koguneda ja püsima jääda) organismis).
Cd, Hg, Pb ­ ei teata veel vajalikkusest, kuid ekstra
mürgised elemendid.
Rasked metallid on metallid,
millede erikaal on suurem kui 5,5 g/cm3
Hg on raskeim vedelik (13,5 g/cm3 );
Os, Ir on raskeimad metallid (>22,6 g/cm3 )
Keemilised elemendid lihtainetena
116(?) teadaolevast keemilisest elemendist
standardtingimustes gaasilises olekus 11 elementi, neist
kuus on 8-nda rühma elemendid-väärisgaasid (He, Ne,
Ar, Kr, Xe, Rn) ja 5 ülejäänut on molekulaarsed gaasid
H2, N2, O2, F2, Cl2.
Ainult 2 elementi on standardolekus (25° C ja1atm) vedelas
olekus - Hg ja Br2.
(NB! räägime keemilise termodünaamika keeles)
Meteoroloogias STP ­ standard temperature (273 K) and pressure (1
atm)
Mõisteid (I)
Mool ­ aine hulga mõõt (ühikuks gramm-mool)
1mool süsiniku C aatomeid sisaldab 6,02.1023 C aatomit ja kaalub 12 g
1mool vee H2O molekule sisaldab 6,02.1023 H2O molekuli, kaalub 18 g
1mool SO42­ ioone sisaldab 6,02.1023 SO42­ iooni ja kaalub 96 g
Aatommass ­ süsinikuühikutes aatomi mass
Süsiniku 12C aatommass on 12 amü (amü - aatommassi ühik)
1/12 12C aatomi massist on võetud ühikuks
Absoluutne süsiniku aatomi mass on väga väike 1,993. 10­23 g
1/12(1,993. 10­23 g ) = 1 ühik = 1,66. 10­24 g
Mõisteid (II)
Ionisatsioonipotentsiaal (IP) ­ minimaalne energia, mis on vajalik
elektroni eemaldamiseks gaasilises olekus olevast aatomist
Na Na+ + e­ IP 5,1 eV (1 eV = 1,602x10­19 J)
8,17x10­19 J/aatomi kohta (xNA= 6,02x1023)
49,185x104 J/mool = 491,85 kJ/mool
(1 eV = 1,602x10­19 J ..... = 96,3 kJ/mool = ~100 kJ/mool)
Naatriumi aatomist (RNa = 1,86 ), mille tuumas on 11 prootonit, 12
neutronit ja tuuma umber 11 elektoni
tekib positiivne naatriumi katioon (RNa+ = 0,95 ), mille tuumas endiselt
11 prootonit, 12 neutronit, aga tuuma ümber ainult 10 elektroni
(suurus väheneb) RNa+ 0,95 Mõisteid (III)
Elektronafiinsus (EA) ­ energia, mis eraldub, kui aatomile gaasilises
olekus liitub elektron
Cl + e­ Cl­ EA = 3,5 eV
Kloori aatomist (RCl = 0,99 ), mille tuumas 17 prootonit, 18 neutronit ja
tuuma ümber 17 elektroni,
tekib negatiivne kloori anioon (RCl­ = 1,81 ), mille tuumas endiselt 17
prootonit , 18 neutronit , aga tuuma umber juba 18 elektroni (suurus
kasvab)
RCl­1,81 > RCl 0,99
Elektronegatiivsus (EN) ­ aatomi võime siduda elektroni, suhteline
EN = (IP + EA)/2
Liitiumi elektronegatiivsus on võetud ühiku aluseks (ENLi = 1).
Mõisteid (IV)
Prootonafiinsus (PA) on energia, mis eraldub prootoni H+ liitumisel ühendiga
Ammoniaak NH3 :
NH3 + H+ = NH4+ PA = 204,0 kkal/mool = ~8,84 eV
Vesi H2O:
H2O+ H+ = H3O+ PA = 164,7 kkal/mool = ~7,15 eV
(1 kal = 4,184 J )
CH3NH2 + H+ = CH3NH3+ PA = 214,7 kkal/mool
Me2NH + H+ = Me2NH2+ PA = 222,5 kkal/mool
Me3N + H+ = Me3NH+ PA = 227,2 kkal/mool
Elektronegatiivsused
L. Pauling (1901- 1994) võttis kasutusele
H He
2,1
Li Be B C N O F Ne
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Na Mg Al Si P S Cl Ar
0,9 1.2 1,5 1,8 2,1 2,5 3,0
K Ca Br Kr
0,8 1,0 2,8
Rb J Xe
0,8 2,5
1 2 3 4 5 6 7 8
Ioonraadiused
Negatiivse iooni raadius on suurem vastavast aatomraadiusest
R(-)>R(0)
Positiivse iooni raadius on väiksem vastavast aatomraadiusest
R(+)
Isoelektroonsed ioonid, milledel sama arv elektrone:
S2­ Cl­ Ca2+ Sc3+ Ti4+
nende ioonide raadiused vähenevad tuumalaengu suurenedes
Seatina (Pb)
Aatomnumber 82, aatommass 207, aatomraadius 1.81 Å
(Pb2+ ioonraadius 1,19 Å)
6-nda perioodi element; OA 4, 2; EN 2,33 Paulingu järgi
Mürgine: LPK = 0,05 mg/m3 8 tunni keskmine 40 tunnises töönädalas
100 mg/m3 pöördumatu kahju tervisele. (Me)2Pb; (Et)2Pb