Konspekt eksamiks (11)

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?
Keemiline element ehk element on aatomituumas sama arvu prootoneid omavate (ehk sama aatomnumbriga) aatomite klass.
Lihtaine on keemiline aine, milles esinevad ainult ühe elemendi aatomid , keemilises reaktsioonis ei saa seda lõhkuda lihtsamateks aineteks. Lihtaine valemina kasutatakse vastavate elementide sümboleid (üheaatomilised: Fe, Au, Ag, C, S; kaheaatomilised: H2, O2, F2, Cl2, Br2). Enamik elementidele vastavaid lihtaineid on toatemperatuuril tahked ained või gaasid.
Mõistete kasutamine: Segadust tekitavad mitmed asjaolud:
1) Aatomite liigil ja nendest moodustunud lihtainetel on enamikel juhtudel ühesugune nimi! (Erandid – hapnik moodustab osooni; süsinik moodustab teemanti, grafiiti , tahma .) Segadusse ajab näiteks lause: veri sisaldab rauda – kas veri sisaldab raua aatomeid sisaldavaid aineid, lihtaine raua pulbrit või mõlemaid? – tegemist on siiski raua aatomitega, mis on aine hemoglobiin koostises.
2) Nii puhaste ainete kui ainete segude koostise väljendamine teatud ühendite kaudu, milliseid konkreetne aine ei pruugi üldse sisaldada . Näitelause: kivim on aluseline kui SiO2 sisaldus on 45 – 52 % – Kivimites võivad Si aatomid olla mineraalis kvarts (valem on SiO2) ja paljudes silikaatides. Antud lauses 45 – 52% on summa kvartsi sisaldusest ja Si aatomite sisaldusest silikaatides, ümberarvutatuna SiO2-ks.
3) Ühel ja samal tähisel ja mõistel võib olla erinevates valdkondades sageli erinev sisu. Näide: Mõiste “aluselisus” – Keemias väljendab see mõiste OH– sisaldust, geoloogias aga Si aatomite sisaldust kivimites.
Süsteemsuse olemus: Süsteem on kas vahetult omavahel seotud ja üksteist mõjutavate või lihtsalt üksteist mõjutavate objektide ja nähtuste (tegurite) kogum.
Süsteemsuse olulisus inseneride jaoks: 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, mis 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. Näide:

• 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.
  
• Roostevaba terasest kuuma vee katel . Arvestamata jäeti roostevaba terase korrosiooni spetsiifika ning suitsugaasi torudesse tekkisid korrosioonist põhjustatud augud paari aasta jooksul.
  

Süsteemne materjalide korrosioonitõrje: põhineb sellel, et teostatakse põhjalikud uuringud materjalide ja nende omaduste kohta ning uuritakse, kuidas mõjutavad materjalid teineteist korrosiooni seisukohalt. Püütakse leida parim variant, et korrosiooni oht oleks minimaalne.
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, ta võib esineda nii puhtana kui ühendites. Näide: hapnik
Materjal on aine, mille töötlemisel ( kasutamisel ) ei toimu keemilisi reaktsioone ja muutusi (N: alumiiniumpott).
Aine olekud – tahke, vedel, gaasiline, aur. 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 (temperatuuri 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 – vedelikuna, kuid vähesel määral gaasilisena; jood läheb kiiresti gaasiliseks).
Ainete ja materjalide omadused sõltuvad nende elementkoostisest ja struktuurist. Füüsikalised omadused sõltuvad osakeste massist ja nende paiknemise tihedusest, 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. Struktuur muutub, kui aine muudab oma olekut.
Klassifikatsioon toimub alati mingi kindla tunnuse alusel, sama ainet võib klassifitseerida eri tunnuste järgi, s.t. aine võib olla eri tunnustega ja kuuluda samaaegselt erinevatesse klassidesse.
Klassifikatsiooni skeemi algus keemia valdkonnas: ??? (ei leidnud) kuid ma arvan, et kõige primitiivsem klassifitseerimisviis on liit- ja lihtmaterjal. Lihtmaterjalid on keerulise koostisega, kuid koostisosad ei eristu selgelt või on jaotunud juhuslikult, samuti ei erine need koostisosad üksteisest järsult mehaaniliste ja tehnoloogiliste omaduste poolest. Liitmaterjalid aga koosenvad mitmest(kõige sagedamini kahest) sootuks erinevate omadustega ainest. Üks tuntumaid liitmaterjale on raudbetoon . (võin rääkida ka agregaatolekutest – vedel, tahke, gaasiline)
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 koosneb ühe ja sama elemendi aatomitest (hapnik, osoon, raud, vesinik ). Ei saa lõhkuda. Enamik elementidele vastavaid lihtaineid on toatemperatuuril tahked ained või gaasid.
Ühend ehk liitaine koosneb kahe või enama elemendi omavahel seotud aatomitest (H2O, H2SO4, CO2, NaCl). Tal on koostiselementidega võrreldes teistsugused füüsikalised ning keemilised omad.
Puhas aine ei sisalda lisandeid.
Homogeenses segus on segu keemiline koostis ja struktuur segu mistahes osas ühesugune.
Heterogeenne segu koosneb kahest või enamast kas keemilise koostise või struktuuri poolest erinevast homogeensest osast (faasist).
Reaktsiooni kiirus on ainete muundumise kiirus keemilises reaktsioonis. Reaktsiooni kiirust mõõdetakse reageerivate ainete kontsentratsioonide muutusega ajaühikus. Reaktsiooni kiirust mõjutavad:
1) hetero - ja homogeenses keskkonnas – temperatuur, kontsentratsioon, gaaside ja aurude korral nende rõhk
2) heterogeenses keskkonnas – lisaks eelnimetatutele faaside kokkupuutepinna suurus, reaktsioonisaaduste difusioonikiirus ja 2-aatomiliste gaaside dissotsiatsioonienergia.
4. Ainete valemite mõiste, keemilise reaktsiooni võrrand ja nende seletused (sisu). Mis on keemiline reaktsioon , tooge vähemalt viis üheselt arusaadavat näidet. Milliseid reaktsioone nimetatakse redoksreaktsioonideks. Keemilise reaktsiooni võrrand (mõiste), selle koostamine ja kasutamine praktikas. Näited.
Ainete valemite mõiste ja seletus:
1) empiirilises valemis – esitatud on iga elemendi aatomite lihtsaim suhe ühendis. See ei näita iga elemendi aatomite koguarvu , kovalentse või keemilise sideme tüüpi ühendis.
2) molekulivalem (gaasid, vedelikud, molekulvõrega tahkis , nt N2, CH4) – kujutab 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 struktuurivalem – näidatud on aatomite rühmade (nt karboksüülrühm) järjestus molekulis ja keemilise 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 keemilised omadused või moodustub uus aine. Keemilisel reaktsioonil katkeb vähemalt üks ja tekib juurde vähemalt üks keemiline side erinevate elementide vahel.

Ühinemisreaktsioon: moodustub kahest või enamast lähteainest üks uus – H2 + Cl2  2HCl

Lagunemisreaktsioon: moodustub ühe aine lagunemisel ja tekib 2 või enam uut ainet – Cu(OH)2  Cu + H2O

Asendusreaktsioon : asendavad lihtaine aatomid ühendi koostises oleva elemendi aatomeid – Fe + CuSO4  Cu + FeSO4

Vahetusreaktsioon: moodustub kahest liitainest koostisosade vahetamise tulemusena, tekib 2 uut lihtainet – BaCl2 + Na2SO4  BaSO4 + 2NaCl

Redoksreaktsioonid: Klassifitseerimine käib mitmete tunnuste järgi, kuid oluliseim on oksüdatsiooni astmete järgi – kui reaktsiooni käigus muutub vähemalt ühe elemendi aatomite oksüdatsiooniaste, nimetatakse reaktsiooni redoksreaktsiooniks – 2H2 + O2  2H2O
Keemilise reaktsiooni võrrand: Keemilise reaktsiooni üleskirjutis sisaldab reageerivate ainete ja reaktsiooni saaduste keemilisi valemeid ning näitab reaktsioonis osalevate ainete moolide arvu. Näide: 2H2 + O2  2H2O.
Koostamise üldpõhimõtted:
1) võrrandi vasakule poole kirjutatakse lähteaine valemid, paremale saaduste valemid. Võrrandi pooli eraldab pöördumatu reakts korral  või , pöörduva reaktsiooni korral ;
2) võrrand tuleb tasakaalustada, st elemendi aatomeid on võrrandi vasakul ja paremal pool võrdselt; on tavaks kirjutada gaasina eralduva aine valemi järele nool üles ja sademena eralduva aine järele nool alla. 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? Loodusliku vees on Ca2+ + Mg2+ sisaldus 5,2 mmol/dm3, HCO3– sisaldus 4,0 mmol/dm3, kui palju võib moodustuda katlakivi viiest kuupmeetrist veest (katlakivi mmol koostiseks võtta CaCO3)?
Ainete ja materjalide partiide sertifikaatide tüüpsisu:

Agregaatolek normaalrõhul ja toatemperatuuril (20 – 25oC) (tahke, vedel, gaas ).

Värvus silmale nähtava spektri ulatuses.

Tahke aine/materjali korral: osakeste kuju, suurus ja suuruste jaotus (fraktsiooniline koostis), osakeste pinna iseloomustus.
Vedelike korral: viskoosssus erine-vatel temperatuuridel , lahuste korral kontsentratsioon, pH jm.

Tihedus

Sulamistemperatuur , keemistemperatuur

Koostis: kas elementide aatomite või puhaste põhiaineteainete sisaldus ning lisandainete sisaldus, %

Mitmesugune info, nagu: tule- või plahvatusohtlikus, hügroskoopsus, hoidmistingimused, säilivusaeg, kokkusobivad ja kokkusobimatud ained, jm.
Sertifikaat, mõiste kahesugune sisu ja näited:

on dokument, milles on kirjas konkreetse aine või materjali kõige olulisemad omadused ning nende määramise normdokumendid. Iga aine ja materjali pakendi ja partiiga peab olema kaasas ülalloetletud sisuga dokument. Plastid , kunstnahad, kemikaalid .

on dokument, mis antakse välja mingile tootele ( sertifitseerimise ) komisjoni poolt, ja milles on fikseeritud nõuded, millele peab vastama iga vastav toode või toote (ained, materjalid, esemed) partii. Selliseid sertifikaate toodetega kaasa ei anta . Valmis tooted(auto aku).
Vesilahuste peamised omadused - pH, kontsentratsioon, külmumistemp, elektrijuhtivus, värv lahuste puhul valguse neeldumine, küllastunud auru rõhk lahuse kohal jne. Sertifikaati märgitakse need tunnused, mis on antud aine kasutamise seisukohast olulised. Iseloom: vedelad on enamasti anorgaanilised kuid ka orgaanilised; võivad olla tuleohtlikud, toksilised ja kergesti lenduvad .
Ülesanne:
Antud: Lahend :
PK = 5,2 mmol/dm3 Ca2+ + 2HCO3  CaCO3 + CO2 + H2O
MK = 4,0 mmol/dm3 [Mg2+ + 2HCO3  Mg(OH)2 + 2CO2 – kui katlakivi koostiseks on Mg(OH)2]
VH2O = 5 m3 = 5000 dm3 ÜK = PK + MK = 5,2 + 4 = 9,2 mmol/dm3
MCa = 40,08 g/mol ÜK5 m3 kohta = 9,2 * 5000 = 46000 mmol = 46 mol
MMg = 24,31 g/mol ÜKgrammides = 46 * 40,08 = 1843,68 g
MCaCO3 = 100 g/mol mCaCO3 = 1843,68 * 100 / 40,08 = 4609,2 g
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 – elemendi väikseim osake, millel säilivad selle elemendi keemilised omadused, koosneb positiivse laenguga tuumast ja seda ümbritsevast elektronkattest.
Elektron – negatiivse laenguga (e–) aatomi stabiilne elementaarosake .
Molekul – elektriliselt neutraalne , st aine iseseisvalt eksisteeriv väikseim osake.
Ioon – on elektriliselt laetud osake, mis tekib siis, kui aatom loovutab või liidab ühe või mitu elektroni, et moodustada stabiilne väliselektronkiht. Jagunevad – katioonid ja anioonid .
Valem – on informatsioon ühendi keemilise koostise ja struktuuri kohta, milles kasutatakse elementide keemilisi sümboleid; jagunevad empiirilisteks ja struktuurilisteks. Empiiriline valem näitab aine elementaarkoostist ja elemendi ning elemendi gruppide omavahelist suhet, nt H2S. Struktuurivalem näitab lisaks empiirilisele ka kuidas need on omavahel seotud, nt O=C=O. Vt pilet nr 4
Mool – (mol) on aine hulga SI ühik, mis sisaldab samapalju struktuuri elemente kui on aatomeid 12 g C-s.
Faas – on kahe või rohkema olekuga ainete segu eraldi osa, neid eraldab piirpind . Nt liiva ja vee segu koosneb kahest faasist – tahkest faasist (liiv) ja vedelast faasist (vesi).
Süsteem – on omavahel seotud vastasmõjus olevate objektide terviklik kogum (suletud, avatud või poolsuletud), nt tasakaalureaktsioonis osalevad ained. Vt pilet nr 1.
Arheniuse teooria – happed on ained, mis vesilahustes dissotseeruvad ja annavad prootoni. Alused on ained, mis vesilahustes dissotseeruvad ja annavad OH– iooni. Rakendamine piiratud ainult vesilahustega.
Bronsted-Lowry teooria – happed võivad loovutada prootoni, alused võivad liita endaga prootoni. Alati eeldatakse prootoni ülekannet happelt alusele. Hapete ja aluste tugevuse määrab hapete ja aluste dissotsatsiooni (osaline või täielik lahustumine ioonideks) määr (dissotsiatsioonikonstant). Tugevad alused ja happed on täielikult dissotseeruvad. Nõrkade korral on see osaline. Dissotsiatsioonikonstant sõltub väga oluliselt keskkonnast (lahustist), kus reaktsiooni läbi viiakse, seetõttu võib ühes lahustis tugeva happena käituv aine olla teises lahustis suhteliselt tagasihoidliku tugevusega ja vastupidi. Hapete ja aluste tugevusest sõltub nende reaktsioonivõime.
Vesinikeksponent ehk pH - iseloomustab vesinikioonide sisaldust lahuses ja on negatiivne logaritm lahuse vesinikioonide kontsentratsioonist (mol/l). pH väärtused ulatuvad reeglina 0...14. On siiski ka ülihappelisi lahuseid, mille pH on negatiivne. Samuti on tugevalt aluselisi lahuseid, mille pH väärtus on suurem kui 14. Puhta vee pH = 7. Lahus on happeline kui pH 7 ja neutraalne kui pH = 7. pH skaala kehtib ainult standardtingimustel (1 atm ja 25°C). Näiteks NaOH pH on 14,0. Soolhappel 1,0.
pH arvutamine prootonite kontsentratsioonist ja vastupidi: pH = -log[H+] => [H+] = 10-pH
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 norm rõhul 1 atm ja toatemperatuur(18-23°C) on täielikult gaasilises olekus (ainel pole kindlat ruumi ega kuju).
Aur – selline aine gaasilises olekus, mille keemistemperatuur on kõrgem kui toatemperatuur, nt veeaur (st gaasilises olekus olevad ained, mis tavatingimustes on kas vedelad või tahked, nt vesi (vedel), jood (tahke)).
Omadused:

gaaside võime paisuda ja kokkusurutavus;

gaasidel ei ole kindlat kuju, nad võtavad anuma kuju;

gaasi ruumala ühtib anuma ruumalaga, milles ta asub (ruumala sõltub temperatuurist ja rõhust);

gaas avaldab anuma seintele püsivat rõhku, mis on kõikidele seintele ühesugune, nt
P = 101325 Pa = l atm; T = 273,15 K = 0°C; VM = 22,4 l/mol.
Põhisedused:
Normaaltingimused:
T = 273,15 K (0 ◦C);
P = 101 325 Pa (1,0 atm; 760 mmHg, 10 m H2O sammast +4oC )
Vm = 22,4 dm3/mol
Tihedus - suurus, mis on võrdne ruumala ühikus olevate osakeste arvuga, ka mass ruumala ühikus  = m/V (kg/m3). Ühe mooli gaasi või auru ruumala normaaltingimustel on 22,4 g/dm3.
Kriitiline temperatuur – temperatuur, millest kõrgemal ei saa gaasi veeldada rõhu suurendamisega N: CH4 - 82oC.
Kriitiline rõhk – rõhk, mille korral gaas on nii vedelas kui gaasilises olekus, st vedela ja gaasilise oleku vahel on tasakaal N: CH4 - 45,8atm.
Käitumine rõhu ja temperatuuri muutumise korral – Gaasi maht on võrdelises seoses temperatuuri tõstmisega. Kui temperatuuri muutumisel gaas jääb täielikult gaasilisse olekusse, siis kehtib Gay Lussac ’i seadus, mis väidab, et konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht (V) võrdelises sõltuvuses temperatuuriga (T). Gaasi maht on pöördvõrdelises seoses rõhu tõstmisega. Kui rõhu muutumisel gaas jääb täielikult gaasilisse olekusse, siis kehtib Boyle ’i- Mariotte ’i seadus, mis väidab, et konstantsel temperatuuril on kindla koguse gaasi maht (V) pöördvõrdelises sõltuvuses rõhuga (P).
Boyle-Mariotte ja Gay-Lussaci võrrand:
Segude iseloomustamine - Segu gaasidest, mis omavahel ei reageeri, käitub ühe puhta gaasina, järgides ideaalgaasi seadust.
Daltoni seadus: gaaside segu kogurõhk on summa iga individuaalse gaasi poolt avaldatud rõhkudest(osarõhkudest).
Osarõhk – rõhk, mida vaadeldav komponent omaks, kui ta antud temperatuuril üksi täidaks kogu segu ruumala. Püld = P1 + P2 + P3 + ... (nt õhk on gaaside segu: põhikomponendid: N2 – 78%, O2 – 21%)
Clapeyroni võrrand: pV = nRT.
8.Väävelvesiniku (H2S) iseloomulikud omadused, leidumine tehis- ja looduskeskkonnas, moodustumise kemismid. Väävelvesinikust põhjustatud ohud inseneriasjanduses.
Väävelvesinik ( divesiniksulfiid ) – H2S tekib looduses ja tehissüsteemides peamiselt väävli aatomeid sisaldavatest ainetest väävlibakterite toimel. Äärmiselt toksiline gaas: konsentratsioonil >1000 ppm (miljondikosa) seiskub kohe hingamine; Konsentratsioonil 800 ppm saabub 50% inimestel surm 5 min jooksul; konsentratsioonil 0,0047 ppm tunneb 50% inimesi mädamuna lõhna. Keskmine H2S sisaldus õhus on 0,0001 + 0,0002 ppm. H2S tekke ja kogunemise kohad:
1) Põhjavee šahtkaevud ja mineraalvee allikad, kus bakterid toodavad H2S-i
2) Kanalisatsioonikaevud ja –trassid avatud keskkonnas ning hoonete ja rajatiste all
3) Kommunikatsioonikanalid ja –kaevud avatud keskkonnas ning hoonete ja rajatiste all
4) Nafta ja naftasaaduste mahutid
5) Heitvee mahutid
6) Täitepinnased
NB! On bakterid, mis toodavad H2S-st väävelhapet. Seetõttu võib H2S olemasolu süsteemis kiirendada kõikide konstruktsioonimaterjalide korrosiooni, mis ei ole vastupidavad H2SO4 toimele.
9. Süsinikdioksiidi (CO2) iseloomulikud omadused, leidumine tehis- ja looduskeskkonnas, moodustumise kemismid. “Tootmine“ ja kasutamine. Süsinikdioksiidist põhjustatud ohud inseneriasjanduses.
Iseloomulikud omadused – Tekib hingamisel, põlemisel, kõdunemisel, tööstuslikes protsessides, on peamine põlemissaadus. Värvusetu ja lõhnatu, hapuka maitsega gaas, õhust umbes 1,5 korda raskem. Lahustub vees. CO2 ei põle ega soodusta põlemist. Kasutatakse tulekustutites, karastusjookides , kuiv jää (tahke CO2), taimed kasutavad seda klorofilli vee ja päikesevalguse toimel orgaaniliste ainete tootmiseks. Õhus leidub 0.035%. Ta moodustub hingamisel, põlemisel, käärimisel, mädanemis- ja kõdunemisprotsessidel. Kogus kasvab, sest taimed ei jõua ära siduda. Põhjustab kliimasoojenemist, kasvuhooneefekte. Suur enamus elusorganisme tarvitavad hapniku ja hingavad välja CO2. Inseneriasjanduses tuleb arvestada korrosiooni ohtu. Süsinikdioksiid kahjustab betooni kuna moodustab niiskusega kokkupuuduted 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 absoluutse niiskusena (H2O g/m3) ja suhtelise niiskusena (%). Suhtelist niiskust õhus arvutatakse kahel viisil:
1)
2)
Kondensaat??? – auru või gaasi muutumine jahtumisel vedelikuks, nt kaste, härmatis. Veeaur kondenseerub siis, kui veeauru osarõhk õhus ületab küllastatud veeauru rõhu antud tingimustel. Kastepunkt on temperatuur, 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.
Kondensaadi koguste arvutusskeemid – Enamasti on vaja arvutada rõhku, mille juures õhu komprimeerimisel hakkab veeaur kondenseeruma ja kui palju moodustub kondensaati. Kondensaadi koguse 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: 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 temperatuuril, hakkab veeaur kondenseeruma.
Kondensaadi kogus – Lühidalt: 1) Boyle-Mariotte Gay-Lussac seadus, 2) Boyle-Mariotte Gay-Lussac seadus 3) PH20/Püld = VH2Oaur/100
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) ?
Vedelikud – ained ja materjalid, mis voolavad tavatingimustel raskusjõu mõjul.
Aurumine – Vedelikus on osakesed pidevas soojusliikumises, sellest tingituna on kõigil osakestel kineetiline energia, mis pole kõigil ühesugune. Need osakesed, mille kineetiline energia on keskmisest energiast suurem, ületavad naaberosakeste külgetõmbejõu ja eralduvad pinnalt gaasilisse keskkonda. Seda nähtust nimetatakse aurumiseks ja kuna vedeliku osakene on gaasilises olekus, siis ta omab mingit kindlat rõhku, mida nimetatakse auru rõhuks. Kui vedelik on kinnises süsteemis, siis mõne aja pärast saabub tasakaal vedelikust väljuvate osakeste vahel ja sellisel juhul vedeliku aururõhk vedeliku kohal ei muutu ja seda rõhku nimetatakse küllastunud auru rõhuks.
Lenduvus – aine aurustumis või sublimatsioonivõime. Ühel ja samal temperatuuril sõltub nende vedelike keemistemperatuur aurude difusiooni kiirusest ümbritsevasse keskkonda. Lenduvusest saab rääkida ainult lahtises süsteemis. Mida suuremad on jõud molekulide vahel, seda väiksem on lenduvus. N: bensiin avatud keskkonnas.
Keemine – intensiivne aurumisprotsess kogu vedeliku ruumala ulatuses. Keemine algab temperatuuril, kus vedeliku küllastunud auru rõhk saab võrdseks välisrõhuga või ületab selle. Kui välisrõhk langeb, siis langeb ka keemistemperatuur ja sulamistemperatuur. N: vesi keeb.
Kondenseerumine – aurustumise vastand , osakesed lähevad gaasilisest olekust vedelasse (või tahkesse). Toimub süsteemi jahutamisel või kui välisrõhk on suurem küllastunud aururõhuga. Kondensaat – kondenseerumisprotsessi produkt . N: vee destilleerimine .
Tahkumine – vedeliku üleminek vedelast tahkesse (põhjuseks näiteks temperatuuri langemine ). Temperatuuri vähenedes väheneb liikumiskiirus ja kineetiline energia. Kui tõmbejõud osakeste vahel ületavad tõukejõud, siis tekib osakeste vahel kindla pikkusega side ja selle järel moodustub vedelikus selle aine tahked osakesed. N: vee jäätumine.
Vedelad lahused tavatemperatuuridel:
Vedelik vedelikus – sarnased vedelikud lahustuvad teineteises igas vahekorras. Temperatuuri tõusuga suureneb lahustamine.
Tahke aine vedelas – absoluutselt mittelahustuvaid aineid pole olemas; rõhk olulist mõju ei avalda. Lahustuvus suureneb temperatuuri tõusuga, kui protsess on endotermiline, ja väheneb temperatuuri tõusuga, kui protsess on eksotermiline.
Lahustuvuse temperatuursõltuvus – Lahuste külmumistemperatuur on madalam ja keemistemperatuur kõrgem kui puhastel ainetel.
Käitumine:
SULETUD SÜSTEEM
Tahke aine vedelas lahustis – tasakaalu rõhk väiksem kui puhtas lahuses (P küllastunud). Pküll on temperatuuriga võrdelises seoses. Pküll saavutamisel tahke aine osakesed ei ole enam tahketena nähtavad.
Vedelike lahus – kõikide vedelike suure Ekin osakesed tungivad auruks ja täidavad üthalselt ruumi.
AVATUD SÜSTEEM
Tahke aine vedelas lahustis – absoluutselt mittelahustuvaid aineid pole olemas; rõhk olulist mõju ei avalda.
Vedelike lahus – kõige kergemini eralduvad need vedelikud, mille Pküll on võrdsetel temperatuurildel suurim. Näiteks vesi- etanool 7 ja neutraalne kui pH = 7. Vastavaid keskkonnaolekuid nimetatakse aluselisuseks (pH > 7) ja happesuseks ehk happelisuseks (pH Vesilahuste pH väärtusi on võimalik määrata mitmel viisil:
a) indikaatorainetega – kas nõrgad orgaanilised alused või nõrgad orgaanilised happed, mille ioonid on erineva värvusega kui molekulid. Olenevalt prootonite konsentratsioonist lahuses nihkub dissotsiatsiooni tasakaal kas molekulide või ioonide tekke suunas. Kasutatakse kas indikaatoraine lahuseid (lisatakse tilkadena; täpsem meetod, kui paberiga); indikaatorpabereid (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:
1) valada piima lahusesse (kui koalguleerub, siis happeline; kui näppude vahel libe, siis aluseline);
2) tee ekstrakt lahuses (kui lahus muutub heledaks, siis on happeline)
Arvuta lahuste pH väärtused, kui:
a) [H+] = 8,4 x 10-3 mol / L – pH = -log 8,4 x 10-3 mol/L = 2,075 (happeline)
b) [H+] = 4,2 x 10-12 mol/dm3 – pH = -log 4,2 x 10-12 mol/dm3 = 11,37 (aluseline)
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; osake (aine), mis loovutab prootoni H2SO4  2H+ + SO42-; HSO4 -  SO42- + H+
Alused – ained, mille pH on üle 8; osake (aine), mis liidab prootoni OH- + H+  H2O.
Hapete moodustumine: Happed moodustuvad, kui vesilahustes dissotsieerudes antakse lahusesse vesinikioone .

hapnikhappeid saab vastavate oksiidide reageerimisel N: H2O + SO3  H2SO4,

vesiniksulfiidhape ja vesinik-halogeniidhapped on vastavate gaasiliste ainete vesilahused ja neid saadakse vesiniku reageerimisel veega (N: H2 + Cl2  2HCl) või vastavate soolade reageerimisel tugevama happega (N: FeS + H2SO4  FeSO4 + H2S.
Aluste moodustumine: aluseid võib saada oksiidide lahustest veega (N: Na2O + H2O  2NaOH). Raskesti lahustuvate aluste saamiseks käsitsetakse soola lahuseid leelistega (N: CuSO4 + 2NaOH  Cu(OH)2 + Na2SO4). Happe molekul koosneb ühest või mitmest vastavast aatomist ja happe jäägist, happe molekulis on võimalik asendada vesinik metalliga. Sõltuvalt mitu vesiniku aatomit on ühes happe molekulis, metalliga asendatavad jaotatakse:
a) 1-aluseline: HCl, HBr, HNO3 ; b) 2-aluseline: H2SO4, HOOC-COOH, H2S; c) 3- aluseline: H2PO4 ; d) 4-aluseline: H4SiO.
Hapete ja aluste tugevuse määrab happe ja aluse molekulide dissotsiatsiooni määr. Hapete ja aluste tugevusest sõltub üldiselt ka hapete ja aluste reaktsioonivõime. NB! Mitmetel juhtudel mõjutab hapete ja aluste reaktsioonivõimet (suurendab) aniooni ja katiooni omadused.
Tugevad happed – soolhape HCl (1,0), lämmastikhape HNO3 (1,0), väävelhape H2SO4 (1,0)
Nõrgad happed – etaanhape CH3COOH (2,4), süsihape H2CO3 (3,8), oblikhape (COOH)2 (1,6)
Tugevad alused - LiOH , NaOH, KOH
Nõrgad alused – Zn(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3
Prootonite konsentratsioon: pH = -log[H+] => [H+] = 10-pH
a) pH = 2,7 => [H+] = 10-2,7 ≈ 0,00199 mol/dm3
b) pH = 8,8 => [H+] = 10-8,8 = 1,58 * 10-9 mol/dm3
c) pH = 12,8 => [H+] = 10-12,8 ≈ 1,5810-13 mol/dm3
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.
Tahked ained – ained ja materjalid, mis omavad kindlat massi ja kuju; normaaltingimustes ei voola; molekule ja ioone seovad omavahel tugevad jõud. Kõikide tahkete ainete omadused sõltuvad nende ainete elementaarkoostisest ning mikro - ja makrosisestruktuurist.
Eksisteerimisvormid – amorfne, kristalne. Osakesed võivad olla vaheldumisi positiivsed ja negatiivsed ioonid ( soolad ), molekulid (orgaanilised ained), neutraalsed aatomid (metallid).
Tegelik tihedus – Tegelik tihedus näitab aine massi suhet aine mahtu, millest on lahutatud aines olevate pooride maht. Tegelik tihedus määratakse keha massi jagamisel tema pulbri mahuga, millest on lahutatud pooride maht.
Efektiivne tihedus – Näitab aine massi suhet täismahtu (aine ja selles olevad poorid ). See määratakse pulbri massi jagamisel pulbri mahuga.
Sisestruktuur :
Poorsed – makrosisestruktuuri seisukohalt nähtav. Kui sisestruktuur sisaldab poore, siis see tähendab et ainel on tühimikud e poorid
Kihilised – kui sisestruktuur sisaldab kihte, siis see tähendab et aine on kihtidena kokku pakitud e kihiliselt.
Kristalne – osakesed paiknevad rangelt tasapinniti; kindel sulamis- ja tahkumistemperatuur; füüsikalised omadused on anisotroopsed e vektoriaalsed. On ruumvõre e kristallvõre. Enamik igapäevaelus ja tööstuses kasutatavatest matejalidest. (metallid, kivimid, soolad, oksiidid ).
Amorfne – osakeste paiknemine ruumis on suuremal või vähemal määral ebakorrapärane; puuduvad kindlad sulamis- ja tahkumistemperatuurid; füüsikalised omadused on isotroopsed; amorfne aine on füüsikaliste omaduste poolest tahke, kuid muudab aja jooksul raskusjõu tõttu oma kuju, nt pigi, mis pinnal seistes muutub ajapikku lamedaks
Klaasjas – aine saab olla nii kristalne kui amorfne (klaas), on võimalik viia ühest olekust teise; ühe ja sama aine kristallilise ja amorfse vormi keemilised omad võivad olla erinevad (amorfne hõbe lahustub vees). Amorfsed ained muutuvad kristallilisteks sulami ülikiirel jahutusel.
Homogeensus – segu või süsteemi mistahes osas on keemiline koostis ja struktuur ühesugune.
Heterogeensus – segu või süst koosneb kahest või enamast kas keemilise koostise või struktuuri poolest erinevast homogeensest osast (faasist). Aine osakeste suurus  0,1m
Käitumise seaduspärasused:
Temperatuur – temperatuuri tõstmisel tahked ained kas lähevad üle vedelasse ja gaasilisse olekusse, ainult vedelasse olekusse, ei saa üle viia vedelasse ega gaasilisse olekusse, sest nad lagunevad kaheks või enamaks muuks aineks.
Rõhk – rõhk ei mõjuta tahkeid aineid.
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/materjali eksisteerimise vormid. Kõigil on spetsiifilised omadused, mida tuleb arvestada nende kasutamisel. Klassifikatsioon:
Puistematerjalid – killustik, kruus, liiv; suurus > 500 m.
Pulbrid – tsement, kriit, kips; osakeste suurus 100 - 500 m.
Tolmud – suitsugaasid, jahu, suhkur; osakeste suurus 10 - 30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.
Pooride klassifikatsioon läbimõõdu järgi: makropoor > 50 nm; mesopoor 2 – 50 nm; mikropoor Autoadhesioon – osakeste omavaheline iseeneslik liitumine (kleepumine); seda põhjustab molekulaar -, elektriline, magneetiline, kapillaar - ja mehaaniline jõud. Näit: jahu.
Agregaat – nõrga sidemega primaarsete osakeste kogum. Põhjustatud pindpinevusest ja adhesioonijõududest.
Aglomeraat – tugevate sidemetega osakeste kogum; moodustub kuumutamisel või surve alla agregaatidest.
Näiteks: punased ehitustellised, põranda-ja seinaplaadid. Sellel põhineb pulbermetallurgia – pulbrite segu pressitakse vastavaks detailiks ja kuumutatakse (paagutamine) redutseerivas atmosfääris temperatuuril, mis on madalam, kui segus kõige madalamal temperatuuril sulava komponendi sulamistemperatuur. Poorid täidetakse määrdeainetega.
Fraktsioonilise koostise määramine osakeste suuruse järgi: sõelumise, mikroskoopia ( mikroskoobi all loetakse üle osakeste arv vastavas suuruse vahemikus) ja sedimentatsiooni (settimiskiiruse järgi vedelikus) abil. Faasikoostise määramisel määratakse ära, millised kristallilised ained on pulbris, röntgenanalüüs
Pulbrite fraktsioonilise koostise määramine osakese suuruse järgi ja faasikoostise määramine:
Osakeste suuruse järgi saab koostist määrata kas sõelumise, mikroskoopia või sedimentatsiooni abil. Faasikoostist saab määrata:
1) osakeste suuruse järgi – sõelumine, mikroskoopia, sedimentatsioon
2) erikaalu järgi
3) Magneetiliste omad järgi
4) Osakeste pinnaenergia järgi.
21. Aglomeraatidest insenerimaterjalid. Valmistamise ja kasutamise näited. Nende tüüpomadused.
Materjale - Punased ehitustellised, põranda-ja seinaplaadid.
Valmistamine ja kasutamine - Sellel põhineb pulbermetallurgia – pulbrite segu pressitakse vastavaks detailiks ja kuumutatakse (paagutamine) redutseerivas atmosfääris temperatuuril, mis on madalam, kui segus kõige madalamal temperatuuril sulava komponendi sulamistemperatuur. Poorid täidetakse määrdeainetega. Kuumutamisel või surve all agregaatidest tekkinud.
Tüüpomadused - 1)pulbri tehnoloogilised omadused, 2)keemiline koostis, hõõrdejõud, autoadhesioon, struktuurne koostis, ja geomeetrilised parameetrid , 3)pulbri kui terviku parameetrid (osakeste pakkimise tihedus, fraktsiooniline koostis, tugevus tõmbele, takistus nihkele, sisehõõrdekoefitsient. Pulbrilise keha tugevus sõltub: autoadhesioon, molekulaarjõud, elektrilised jõud, kapillaarjõud.
22. Millist informatsiooni on võimalik saada röntgenfaasianalüüsi abil ?
Röntgenfaasianalüüsiga on võimalil kindlaks teha:

• kas tegemist on kristalse või amorfse ainega (või seguga )
  
• millise kristallaine või ainete seguga on tegemist
  
• võimalik määrata kristallaine võre parameetrid
  
• segudes võimalik identifitseerida max 7 –8 kristallainet.
  

23. Mõisted kristallaine struktuurist: elementaarrakk, võre parameetrid. Võre klassifitseerimine võre sõlmpunktides olevate osakeste ja nende paiknemise geomeetria järgi. Näited. Kas kristalseid aineid on võimalik identifitseerida nii puhtal kujul kui segudes amorfsete ainetega ja mitmete kristalsete ainetega, põhjendage vastust ?!
Elementaarrakk – kristallvõre väikseim osake, mis suudab iseloomustada võre struktuuri iseärasusi. Tal on omadus kasvada ruumis igas suunas. Kui kasv igas suunas ei ole takistatud, siis saadakse monokristall, mille kuju vastab võre tüübile (kuupvõrega  kuubik ). Kui monokristalli kasv mõnes suunas on takistatud, avaldab kristall kasvamisel takistusele teatud rõhku. Selle rõhu mõjul võib takistus puruneda ja kui kasvamine toimub materjali sees, siis materjal hävib. Kui pooorsetes materjalides (punane tellis , betoon , poorsed paekivid) on soolad ja on tingimused monokristallide kasvamiseks, siis need materjalid hakkavad murenema.
Võre parameetrid – sidemete pikkused a, b ja c ja nende vahelised nurgad , , . ).
Võre klassifitseerimine sõlmpunktides olevate osakeste järgi –

• aatom (teemant) – võre sõlmpunktides neutraalsed aatomid, mis on üksteisega seotud kovalentsete sidemetega;
  
• molekul – sõlmpunktides neutraalsed molekulid, mis on seotud nõrkade jõududega (naftaliin) (kõige pehmemad ja nõrgemad; enamik kristallilisi aineid);
  
• ioon – sõlmpunktides korrapäraselt vahelduvad katioonid ja anioonid;
  
• metall – sõlmpunktides on positiivsed ioonid;
  
• kihilised ahelalised kordinatiivsed võred – erijuhud , kihtide vahelised sidemed nõrgad, kihis eneses tugevad.
  

Klassifitseerimine paiknemise geomeetria järgi – kuubiline , tetragonaalne, rombiline , heksagonaalne, monokliinne, trikliinne, trigonaalne.
Kristalsete ainete identifitseerimine - Enamik kristallaineid on polükristallid (koosnevad väikestest monokristallidest): korrapärane siseehitus , ebakorrapärane väliskuju. Kristalseid aineid on võimalik identifitseerida röntgenanalüüsiga (põhineb röntgenkiirguse difraktsioonil) nii puhtal kujul kui segudes amorfsete ainetega (amorfsetest läheb kiirgus läbi murdumata) kui segudes teiste kristallidega (max 7-8 ainet, kuna igal ühel on erinev difraktsioon).
24. Millistel juhtudel toimub keemiline reaktsioon elektrolüütide vesilahustes? Vee Ca2+ + Mg2+ sisaldus on 4,2 mmol/dm3, HCO3– sisaldus 3,5 mmol/dm3, kuidas neid arve on vaja kasutada sellise vee kasutamisel aurugeneraatorites ja katlamajades? Mis asi on katlakivi, kus seda leidub, kuidas tekib (on tekkinud) ? Näited. Millised keemilised reaktsioonid võivad toimuda plahvatuste korral? Millised on kõige plahvatusohtlikumad süsteemid argielus, näiteid ?
Millistel juhtudel toimub keemiline reaktsioon elektrolüütide vesilahustes:
Elektrolüüdi vesilahuses toimub keemiline reaktsioon, kui vesilahuse dielektriline läbitavus on küllalt suur, et lõhkuda elektrolüüdi sidemed. Kui tõsta elektrolüüdi vesilahuse temperatuuri, siis tekib ioone veelgi rohkem. Elektrolüüdi vesilahuses toimub keemiline reaktsioon, mille käigus neutralne elektrolüüdi molekul laguneb iooniks: CuCl2  Cu2+ + Cl2-.
Vee Ca2+ + Mg2+ sisaldus on 4,2 mmol/dm3, HCO3– sisaldus 3,5 mmol/dm3, kuidas neid arve on vaja kasutada sellise vee kasutamisel aurugeneraatorites ja katlamajades?
Antud arve kasutatakse aurugeneraatorites ning katlamajades vee kareduse määramisel ning selle eemaldamisel veest.
Vees sisalduvad vesinikkarbonaadid hakkavad kuumutamisel üle 65◦C lagunema :
2HCO3 → CO3 + 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. Leidub eriti soojaveetorudes, kateldes, veekeedumasinates.
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 ahelreaktsioon. Plahvatusreaktsioon toimub sekundi murdosa jooksul. Põhimõtteliselt on see suure energiahulga vabanemine osakeste vahelistest sidemetest väga väikese aja jooksul. Argielus kõige plahvatusohtlikumad süsteemid:

• süsteem aur-õhk – dietüüleeter, bensiin , atsetoon , metüülatsetaat, etanool, diklooretaan;
  
• süsteem gaas-õhk – butaan, C3H8 , C2H2 , majapidamisgaas, CH4, NH3
  
• süsteem tolm-õhk – kivisüsi, tärklis, jahu, suhkur, väävel
  

25. Millised reaktsioonid on tasakaalureaktsioonid? Mõiste ja näited. Katalüüs: mõiste, klassifikatsioon.
Keemiline tasakaal on pöörduva reaktsiooni olek, kus pärisuunalise ja vastassuunalise reaktsiooni kiirused on võrdsed. Tasakaalureaktsioon on lõpuni mitte minev reaktsioon, kus nii lähteaine kui saaduse kontsentratsioon ei muutu. Näited: FeCl3 + 3NH4SCN  Fe(SCN)3 + 3NH4Cl.
Katalüüs – keemilise reaktsiooni kiiruse muutmine vastavate ainete mõjul. Inhibiitor – negatiivne katalüsaator, aeglustab reaktsiooni kiirust. Katalüsaator – reakts kiirendaja, ei jää lõppsaadustesse. Klassifikatsioon:

• Homogeenne katalüüs – katalüsaator ja reageerivad ained on samas faasis (lahustes ja gaasides ).
  
• Heterogeenne katalüüs – katalüsaator ja reageerivad ained eri faasides (gaas ja tahke aine, vedelik ja tahke aine, erinevad tahked); katalüsaator on enamasti tahke; reaktsioon toimub katalüsaatori pinnal.
  

Bioloogilised katalüsaatorid on ensüümid.
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 soojusliikumisest tingitud protsess, mis viib selle aine kontsentratsiooni ühtlustumiseni ruumis; gaasi korral sõltub osakeste suurusest, polaarsusest. Difusiooni kiirus gaasides on rõhuga võrdelises seoses (osarõhkude summa). Difusioon kulgeb lahustes oluliselt aeglasemalt kui gaasides, sõltub temperatuurist, võrdeliselt. Veel aeglasemalt kulgeb tahketes ainetes. Vertikaalsuunas on difusioon palju aeglasem kui horisontaalsuunas.
Difusioon looduskeskkonnas – difusioon toimub koos välismõjudega, seega pole võrdeline kontsentratsiooni gradiendiga (ruumilise muutumise kiirus). Olulist rolli hakkab mängima osakeste tihedus ja temperatuurerinevus atmosfääri ülemiste ja alumiste kihtide vahel. Samuti mõjutab Maa külgetõmbejõud.
Difusiooni kasutamine tööstuses – pulbermetallurgia, ehitusmatrjalide paagutamisel – nt punane tellis, osaliselt sulab, osaliselt difundeerub, väikeste det Zn-mine trumlis või vibroalusel, päikesepatareide valmistamine, elektroferees.
Adsorbtsioon on nähtus, kus tahke aine pinnale seotakse vedela või gaasilise aine sisemusest teatud aineid (põhjuseks tahke aine pinna vaba energia, mis kutsub esile sidemete tekkimise pinnal olevate osakeste ja pinna vahel.). adsorbtsiooni isotermid – adsorbeerunud aine massi ja adsorbendi masside jagatis grammides vertikaalteljel ja aine kontsentratsioon C süsteemis horisontaalteljel. Adsorbtsiooni mehhanismid : keemiline, füüsikaline või vahepealne. Füüsikalise korral sidemed adsorbeerunud aine ja pinna vahel suhteliselt nõrgad ja ainet on võimalik pinnalt eraldada. Keemilise korral aga moodustuvad liiga tugevad sidemed, et selline eraldamine oleks võimalik.
Kasutatakse tööstuses eri komponentide eraldamiseks gaasisegudest, majapidamisgaaside puhastamiseks lisanditest, gaaside valikuliseks kogumiseks ja säilitamiseks; nii tööstuses kui tavaelus gaaside segudest kahjulike ühendite kõrvaldamiseks. Näiteid praktikast:
a) joogivee puhastamine aktiivsöega (väike Britta filter);
b)gaaside puhastamine toksilistest ja mittevajalikest ühenditest;
c)külmutusseadmetest veeauru eemaldamine silikogeeliga.
27. Millised reaktsioonid on redoksreaktsioonid? Kirjutage vähemalt 4 redoksreaktsiooni 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:
S + H2  H2S; 3Fe + 2O2  Fe3O4 ; 2Ca+O2  2CaO; C+O2  C+4O-22; 2K+H2SO4  K2SO4 +H2; N-4–4e  N;
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 -.
Metallide korrosioon – metalli hävimine ümbritseva keskkonna (õhu, vee, lahuste) mõjul. Korrosiooni klassifikatsioon:

• keemiline korrosioon - toimub kuivades gaasides ja mitteelektrolüütsetes vedelikes ( naftasaadused ), kusjuures metallid reageerivad otseselt agressiivsete komponentidega või oksüdeerijatega:
  

2Mg + O2  2MgO

• elektrokeemiline korrosioon - toimub elektrolüütide lahustes või sulatistes ja seda põhjustavad elektrokeemilised reaktsioonid metalli ja elektrolüüdi kokkupuutepinnal. Harilikult muutub ka niiskuskelme elektrolüüdiks, kuna selles lahustuvad õhust mitmesugused gaasid (H2S, CO2, SO2) ning soolad ümbritsevast keskkonnast (NaCl, CaCl2 jt). Näiteks raua rooste on erinevate hüdraatunud raudoksiidide segu:
  

Fe2O3  xH2O või xFeO  yFe2O3  zH2O

• biokorrosioon – selle põhjustavad mitmesugused pinnases ja õhus leiduvad aeroobsed ning anaeroobsed mikroorganismid . Näiteks sulfaatredutseerivad bakterid redutseerivad sulfaatioonid sulfiidioonideks, viimased aga reageerivad rauaga, moodustades raudsulfiidi. On baktereid, mis valmistavad väävli aatomeid sisaldavatest ainetest väävelhapet ja lämmastiku aatomeid sisaldavatest ainetest lämmastikhapet. Happed reageerivad aga nii metallide kui ka muude materjalidega.
  
• erosioonkorrosioon
  

Näited: 1) Cu-Fe: anood Fe -2e–  Fe2+ ja katood 2H+ + 2e–  H22) Fe-Al: anood [Al(OH)3] Al -3e–  Al3+ ja katood (Fe) 2H+ + 2e–  H2
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 ?
Tsingi korrosiooni seaduspärasused vees ja vesilahustes: vesilahustest 20%-ses lämmastikhappes korrodeerub kõige kiiremini. Arvestatav korrosioon ka äädikhappelahuses ja alkoholides. Mida karedam vesi, seda vähem mõjutab temperatuur korrosiooni. Kõige väiksem tsingi korrosioon on pH 10 juures. Puhtas (destilleeritud) vees on tsingi kõige kiirem korrosioon 75 kraadi juures
Zn atmosfääris: kattub paatinaga (tsingiühend, millega kaetakse nt. ka skulptuure – 2ZnCO33Zn(OH)2) – looduses metalli pinnale tekkiv korrosiooniproduktide kiht. Kiht on hästi tihe, nakkunud ning seepärast kaitseb Zn-i. Vees on see kate raskesti lahustuv. Atmosfääris on korrosiooni kiirus 0,13µm - 0,012mm aastas. Tsingis oleva raua ja vase kogus peaks olema minimaalne, kuna need kiirendavad tsingi korrosiooni. Tsingi korrosioonikindluse tõstmiseks kasutatakse nikli lisandit. Kõige enam kasutatava Zn- pleki kihi (paksusega 25-30µm) vastupidavus Maa atmosfääris u 40 aastat.
Tsingitud teraspleki ja tsingitud terasest konstruktsioonielementide korrosiooni kemism ja mehhanism?
Tsingitud teraskonstruktsioonides on tsink n.ö protektorkaitseks, terase korrosioon algab alles siis, kui tsingi kiht on korrodeerunud . Kõige väiksem tsingi korrosoon on pH 10 juures (aluseline), mida happelisem keskkond, seda kiirem korrosioon. Puhtas (destilleeritud) vees on tsingi kõige kiirem korrosioon 75 kraadi juures (järsult tõusev tipp graafikul).
Puhtas õhus tekib hapniku, niiskuse ja süsinikdioksiidi toimel pinnale aluseline tsinkkarbonaat, mis moodustab tiheda, vees raskesti lahustuva ja pinnaga hästi nakkuva kihi ning pakub tsingile ja selle allolevale terasele tõhusat kaitset. Tänapäeval õhusaaste siiski vähendab tsinkkatte kasutusiga . Eriti kahjulikud on väävliühendid, mis muudavad tsingi pinnal asuva karbonaadikihi vees lahustuvaks tsingisoolaks, mille sadeveed ära uhuvad, võimaldades korrosioonil jätkuda. Seepärast korrodeerubki tsink linna- ja tööstuskliimas märgatavalt kiiremini kui puhtas maaõhus.
Tsingi pinnale võib tekkida valget pulbrilist ainet, mida nimetatakse valgeks roosteks. Valge rooste tekib siis, kui uuele puhtale tsingipinnale koguneb kondens - või sadevett, mis sealt ära ei aurustu. Seetõttu ei puutu tsink kokku õhuga ja eelmainitud kaitsvat karbonaadikihti ei moodustu. Valge rooste teke jätkub nii kaua, kui vesi saab vahetult reageerida puhta tsingipinnaga. Reaktsioon peatub alles pinna kuivades ja õhu pääsedes tsingini. Valge rooste tekib esmajoones plekitahvlite ebaõigel ladestamisel või transpordil. Ladustamisel tuleb silmas pidada, et vesi saaks tahvlitelt ära voolata ning et tahvlite pinnad hästi tuulutuksid.
Zn katete valmistamine ja nendega katmine :
Kuumtsinkimine – materjal (teras) asetatakse hetkeks sulanud Zn-i, kihi paksus 46 - 400µm; tsingikihi paksus sõltub sulanud tsingi temperatuurist.
Kuumpihustus – materjalile pihustatakse kuuma sulanud Zn-i, kiht 2 - 300 µm.
Elektrokeemiline (galvaaniline) – anoodiks Zn, katoodiks detail, elektrolüüdiks Zn-soola lahus, kasut väikeste esemete puhul, Zn-kate suhteliselt õhuke ja poorne ; (pinnal suured tsingi kristallid ). Seega elektrokeemiliselt tsingitud detailid on mõeldud kasutamiseks sisetingimustes .
Difusioonmeetod – puhastatud detail asetatakse koos Zn- pulbriga trumlisse. Temperatuur tõstetakse Zn sulamistemperatuuri lähedale, pinnale tekib õhuke Fe-Zn kiht;
Tsinkpulbervärviga katmine – väga peenikene Zn- pulber , kusjuures kuivanud värvikiht sisaldab massi järgi 95% Zn.
Tsingikihi kvaliteeti hinnatakse tema paksuse, poorsuse , homogeensuse ehk ühtlase jaotumise järgi.
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 internetist).
Gaasi magistraaltorude kaitsmisviis - katoodkaitse välise alalisvooluallika abil: kaitstav objekt ühendatakse vooluallika miinus-klemmiga ja torust saab katood. Vajalik on vooluringi saavutamine, kuid üldjuhul on toru lisaks katoodkaitsele ümbritsevast keskkonnast isoleeritud veel polüretaankattega, siis see kate peab nii palju elektrit juhtima , et saaks tekkida vooluring (et katoodkaitse toimiks). Kui tekib selline vooluring, siis toru ei korrodeeru, kuna katood ei hävi (katoodile antakse elektrone juurde).
Kaitsmisviisi ohud – kui isoleerkatte alla peaks tekkima väike korrosioonikoht (nt roosteplekk) või kogunema soolalahust, siis läbi polüretaankatte hakkab osmoosi (molekulide ühesuunaline difundeerumine läbi poorse vaheseina , kui vaadeldav vedelik on poorse seinaga anumas teise vedeliku sees) tulemusena kogunema järjest rohkem vedelikku ja tekivad nn. villid , lahuse kogus toru pinnal muudkui suureneb ja korrosioon ägeneb. Samuti kui katoodkaitse puhul kasutatav voolutugevus pole õige, siis teatud juhtudel võib katoodkaitse vooluring hoopis soodustada korrosiooni.
Nord Streami gaasitraasi materjalid – teras, betoon, polüuretaani vaht, polüetüleen (korrosiooni vastu). Torud kaetakse seest hõõrdumisevastase kihiga (kodulehel polnud täpsemalt kirjas, milliste materjalidega).
Nord Streami korrosioonitõrje meetmed –
Väliselt: primaarne kaitse – torud kaetakse väljast kolmekihilise polüetüleenist korrosioonivastase kihiga (mille peale pannakse omakorda betoonikiht). Sekundaarne kaitse – katoodkaitse. Anode potential monitoring will also be performed to ensure the integrity of the corrosion protection system.
Tehakse regulaarset kontrolli. Torude võrdlemisi paksud seinad vähendavad võimalust, et korrosioonist tekivad tõrked gaasitoru töös enne kui korrodeeruvad kohad avastatakse.
Siseselt: Kõrgetasemeline teras peaks vähendama H2S-st tingitud korrosiooni. Enne, kui gaas lastakse torudesse, lastakse torud täis merevett surve(rõhu) testi jaoks. Ennetamaks veest tulenevat torudesisest korrosiooni, võidakse vett töödelda biotsiidiga ja vähendada vees olevat hapnikukogust.
Nord Streami korrosiooniriskid – Merevees sisalduvad soolad, mis antud keskkonnas pääsemisel läbi toru kaitsva betoonkihi (110mm) ohustavad enim gaasitrassi korrosiooniga
30. Milliseid protsesse nimetatakse 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 mis toimuvad elektrivoolu toimel. Põhilised elektrokeemilised protsessid:
Metallide tootmine - I ja II rühma metalle (nt. Ca, Na) toodetakse sula halogeniitidest (NaCl, CaCl2). Vesilahustest toodetakse Fe, Cd, CO, Zn, Mn, Cu. Al toodetakse sulaboksiidi ja krüoliidi segust (ainult elektrolüüsiga).
Kemikaalide tootmine – KmnO4; HclO4; H2O2; Cl2.
Metalli rafineerimine ehk metallide puhastamine - see meetod põhineb metallide ja lisandite elektrokeemilispotentsiaali erinevusel. Nt CuSO4 = elektrolüüt, puhastamata Cu = anood, puhastatud Cu =katood.
Galvaaniliste katete valmistamine – so metallikihi sadestamine eseme pinnale elektrolüüsi teel. Kaetav ese asetatakse katoodina elektrolüüsivanni, milles on kattemetalli sisaldav elektrolüüdilahus. Anoodiks on harilikult kattematerjalist plaat. Kui elektrolüüti läheb vool, sadestub esemele metallikiht.
Katete valikuliseks eemaldamiseks kasut sama süsteemi, mida katmiselgi, kuid vahetatakse elektroodid - anoodiks detail, millelt kate eemaldatakse, katoodiks puhas eemaldatav metall. Katteid on võimalik eraldada suhteliselt selektiivselt, nt tinakatte eemaldamine teraselt, hõbetatud vasest hõbeda eraldamine.
Detailide poleerimine: viimistlustöötlemine sileda pinna saamiseks. Kuna vool liigub eelistatult läbi teravike, siis need lahustuvad kõigepealt. Pinged on suuremad kui galvaanilisel katmisel. Terase poleerimisel pinge nt 40-60V, tihedus 400-600 A/m2, elektrolüüdiks HClO4 lahus.
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 ?
Elektroodid on anoodid ja katoodid. Katoodiks on elektrood , mille standardne redokspotensiaal E0 on suurem, anoodiks on elektrood, mille E0 on väiksem. Inertne elektrood on elektrood, mis elektolüüsi ajal ei muutu (ei lahustu, nt plaatinaelektrood). Aktiivne elektrood on tavaline metall – elektrood, millega elektrolüüsi ajal toimub keemiline muundumine (lahustuv).
Standardpotentsiaal (E°) on galvaanielemendi elektromotoorjõud, milles üheks elektroodiks on vesinikelektrood, teiseks uuritav elektrood. Uuritava elektroodi potentsiaal saadakse võrdlemise teel vesinikelektroodi potentsiaaliga, mille väärtus loetakse nulliks. 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. Kontaktkorrosiooni kohad: vasest veetorud ühendatud teras/tsinktorudega, terasest torudel messingist ventiilid / kraanid , ühenduses olevad Al ja Cu elektrijuhtmed . Kontaktkorrosiooni tõrjumiseks vältida vastavate metallide ühendust või vältida ühenduste sattumist vesilahustesse vm kohtadesse , kus tekiks elektrivool; eraldada kontaktid keskkonnast, mis soodustavad korrosiooni teket.
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 anoodipiirkond ja mis katoodipiirkond? Millistel põhjustel need tekivad(moodustuvad)?
Nersti võrrand:
väljendab reaalsetes tingimustes potensiaali, kus R = 8,314 J/Kmol, T - temperatuur, n - metalli iooni laeng, F - Farady arv (96485 C/mol), CMe - vastavate ioonide kontsentratsioon. Kui T = 298K, siis E = E Me 0+ 0,059/ n * log [CMe n+]. Järeldused:
1) on võimalik valmistada galvaanielement , mille elektroodid on ühest ja samast elektroodi materjalist, elektrolüüt on sama, konstruktsioon on sama, kuid elektroodidel on erinevad temperatuurid. Sellist elementi nimetatakse temperatuuri galvaanielemendiks;
2) on võimalik valmistada galvaanielement ühest ja samast elektroodi materjalist, samal temperatuuril, kuid erineva kontsentratsiooniga elektrolüüdi lahuses. Seda galvaanielementi nimetatakse kontsentratsiooni galvaanielemendiks.
Elektrokeemiline korrosioon, mis leiab aset kas sulanud elektrolüüdi või elektrolüüdi lahuse osavõtul. Seisneb galvaanielementide moodustumises, milles hävib anoodiks olev metall või metalli piirkond. Elektrokeemilise korrosiooni kiiruse määrab korrosioonivool Ikorr., mis sõltub katoodi ja anoodi elektroodi potentsiaalidest ja süsteemi takistusest: Elektroodpotensiaali E suurust väljendab Nersti võrrand.
Metallide korrosioonis on anoodipiirkond piirkond, kus toimub oksüdeerimine, see piirkond omab positiivseid laenguid. Katoodipiirkond on aga piirkond, kus metall loovutab oma elektrone anoodile, muutudes ise negatiivsemaks. Põhimetalli pinnal toimub enamasti Me anoodreaktsioon, lisandi pinnal aga katoodreaktsioon, st anoodipiirkond on piirkond, kus toimuvad anoodreaktsioonid (Me seob endaga elektrone, muutudes neg), katoodipiirkonnas aga katoodreaktsioonid (Me loovutab oma elektrone anoodile, muutudes ise seejuures pos). Anoodipiirkonnaks on korrodeerunud metalli pind ja katoodipiirkonnaks on korrosioonist puutumata metalli pind.
33. Puhaste metallide ja praktikas kasutatavate sulamite pingerida , nendes sisalduva informatsiooni analüüs. Galvaanipaari mõiste, nende saamine (tekkimine).
Pingerida: Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au
Metallide pingerida on metallelektroodide rida, järjestatuna standardse redokspotentsiaali (Eo) kasvu järgi. Mida enam vasakul pool pingereas on metall, 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. Seega aktiivsus kahaneb liikudes pingereas vasakult paremale.
Galvaanipaar – moodustavad 2 erineva potentsiaaliga materjalid, mis on kas kontaktis või on kompaktse keha erinevad piirkonnad. Galvaanipaari saamine: 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 negatiivsema 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; alumiiniumi sulamid; roostevaba terased 301, 304, 310, 410, 430; messingid (Cu – Zn sulamid).
Katoodideks: pronksid, messingud, tsink, roostevaba terased, tsink+legeerivad lisandid
Anoodideks: kõik Al-sulamid
Alutsink?
35. Millised eelmises punktis loetletud metallide sulamid on passiveerirud roostevaba teraste mark 301, 304, 201, 286, 316L, suhtes galvaanipaarides anoodiks, millised katoodiks?
Katoodideks: pronksid, messingud, tsink
Anoodideks: alutsink, alumiiniumi sulamid
tsink+legeerivad lisandid?
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?
Soola 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.
pH piirkonnad:
A) tugeva aluse ja nõrga happe sool: NaCH3COO + H2O = CH3COOH + OH, pH > 7 (aluseline kk);
B) tugeva happe ja nõrga aluse sool: Me-soola katioon Me + 2H2O = MeOH + H2O, pH C) nõrga aluse ja nõrga happe sool: Me + A + H2O = HA + MeOH, pH = 7 (neutraalne kk).
HCO3 sisalduse määramine: Uuritavasse vette lisada indikaatorit MO või MP. Seejärel tiitrisida vett soolhappelahusega kuni vee värvus muutub kollasest üle oranži punaseks. Mõõta kulunud soolhappe hulk. Valemi abil leida HCO3 ioonide kontsentratsioon.
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?
Antud: Lahend:
ÜK = 1,2 + 1,8 = 3 mmol/dm3 Ca2+ + 2HCO3  CaCO3 + CO2 + H2O
VH2O = 5000 dm3 [Mg2+ + 2HCO3  Mg(OH)2 + 2CO2 – kui katlakivi koostiseks on Mg(OH)2]
MCaCO3 = 100 g/mol nH2O = 3 * 12 000 = 36 000 mmol = 36 mol
MCa = 40 g/mol mH2O = 36 * 40,08 = 1442,88 g
mCaCO3 = 1442,88 * 100 / 40,08 = 3607,2 g
37. Kuidas töötavad Volta ja Jacobi galvaanielemendid (skeem ja toimuvad reaktsioonid) ? Kuidas viiakse läbi elektrokeemilist poleerimist (skeem ja orienteeruvad tehnoloogilised parameetrid) ning alumiiniumi ja titaani elektrokeemilist oksüdeerimist ?
Kuidas töötavad Volta ja Jacobi galvaanielemendid: Galvaanielemendid on seadmed , milles keemiline energia muudetakse elektrienergiaks. Põhiliselt jagunevad galvaani elemendid (GE):
1)Volta galvaanielement (1799) – kaks elektroodi samas elektrolüüdi lahuses. Volta element ei ole pööratav, ta töötab seni, kuni tsink elektrood on lahustunud. Elektronid liiguvad mööda elemendi juhet anoodilt (Zn) katoodile (Cu) Zn²+ + 2e–  Zn ja 2H + 2e–  H2.
2) Daniel -Jacobi galvaanielemendis on kaks elektroodi eri elektrolüüdi lahustes. See GE koosneb CuSO4 lahusesse sukeldatud Cu elektroodist ja ZnSO4 lahusesse sukeldatud Zn elektroodist. Elektronide liikumise suuna järgi välisahelas on katoodiks Cu ja anoodiks Zn. Elemendi töötamisel kulgevad elektroodide ja lahuse vahel järgmised elektrokeemilised reaktsioonid: Zn – 2e–  Zn²+ ja Cu²+ + 2e–  Cu. Protsess on pööratav. Pööramiseks liidetakse Cu elemendi välisvooluallika positiivse poolusega ja Zn elemendi negatiivse poolusega ja lastakse vool läbi.
Elektrokeemiline poleerimine põhineb füüsikalisel nähtusel, kui vool liigub mööda tippe . Poleeritavad kehad asetatakse lahusesse, nad ühendatakse vooluallikaga nii, et üks oleks anood, teine katood. Kuna vool liigub eelistatult läbi teravike, siis need lahustuvad esimesena. Poleerimisel kasutatakse suuremaid pingeid, kui galvaanilisel katmisel. Parameetrid: terase poleerimisel on pinge 40-60V, voolutihedus 400-600 A/m2 ja elektrolüüdiks on HClO4 lahus.
Alumiiniumi elektrokeemilise oksüdeerimise korral ühendatakse Al detail vooluallika pluss-poolusega, elemendi pinnal tekivad ioonid, mis kohe reageerivad vesilahusega ja alumiiniumi pinnale tekib oksiidikiht . Kasutades erineva koostisega elektrolüüdi lahuseid, saadakse erinevate omadustega oksiidi kiht, s.o värvus, paksus, tugevus ja elektrilised omadused. Alumiiniumist detail, mis tuleb tootmisest omab 4-10 nm oksiidikihti, seda suurendatakse tehislikult 1000-2000 korda. Selleks kasutatakse kahte tehnoloogiat:
1) tekitatakse alumiiniumi pinnale oksiidi kiht, misjärel viiakse detail värvaine lahusesse, kus Al- oksiid adsorbeerib värvaine oma pinnale.
2) värvaine sisaldub juba elektrolüüdi lahuses ja värvikiht saadakse kohe, kuid värvide valik on eelmisest väiksem.
Titaani elektrokeemiline oksüdeerimine??? Oksüdeerimise korral kasutatakse detaili anoodina. Kasutades erineva koostisega elektrolüüdi lahuseid, saadakse erinevate omadustega oksiidi kiht, s.o värvus, paksus, tugevus ja elektrilised omadused.
38. Millistel tingimustel moodustuvad (tekivad) igapäevases elus galvaanielemendid? Kuidas saab valmistada galvaanielemente, tooge vähemalt viis näidet ?!
Igapäevaelus tekivad galvaanielemendid kahe metalli kokkupuutel enamasti välitingimustes elektrolüüdi lahuses (vees); näiteks torustikes (terasest torudel messingist ventiilid/kraanid); erinevatest metallidest ehituskonstruktsioonidel; ehituskonsttruktsioonidel, mis asetsevad teatud pinnases (nt: teras- hävimine soos 0,09 mm/aasta, liivas 0,12 mm/aasta ja savis 0,16mm/aastas ning tsink- soos 0,03 mm/aasta, liivas 0,003 mm/aasta ja savis 0,014 mm/aasta). Näiteid:

Kõik metallid on süsiniku suhtes galvaanipaaris anoodiks.

Ühenduses olevad Al (anood) ja Cu (katood) elektrijuhtmed, torud. Galvaanielement tekib, kui Al ja Cu on ühenduses välitingimustes või vasest torudest ei või voolata vesi alumiiniumist (ega ka tsingist, terasest) torudesse ja anood hävib.

Tsingist ja alumiiniumist moodustatud galvaanipaaris on alumiinium anoodiks. Alumiiniumtsingist katuseplekk peab vastu, kui ta ei asu otseselt korstende läheduses või saastunud atmosfääris.

Süsinikteras ja malm on passiveerimata roostevaba teraste suhtes anoodiks.
5) Passiveerimata roostevaba teras on vase sulamite ( messing , pronks) suhtes anoodiks
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 alalisvoolu läbijuhtimisel sulanud elektrolüüdist või elektrolüüdi lahusest positiivse laenguga osakesed liiguvad negatiivse laenguga elektroodile ja vastupidi. Alalisvoolu toimel siirduvad elektrolüüdi katioonid katoodile ja anioonid anoodile, ioonide või elektrolüüdi keskkonnas olevate molekulide osavõtul on katoodi puhul tegu redutseerimis- ja anoodi puhul oksüdeerimisprotsessiga. Kui aatom on laetud, eraldub katoodil vesinik, anoodil aga hapnik.
Lagunemispinge (Elag) – elektroodidele antav pinge, mille juures algab elektrolüüs. Lagunemispinge suurus oleneb galvaanielemendi EMJst, mis moodustub antud süsteemis ehk potentsiaalide erinevusest.
Ülepinge () – lagunemispinge ja süst-s moodustunud galvaanielem EMJ vahe = Elag-Egalv-el Elektroodide materjalid: metallid, oksiidid, hüdroksiidid, soolad, mittemetallid, mis juhivad elektrit. Suurusjärgud: alla 10V (lagunemispinge on tavaliselt 10V). Elektrolüüsi abil toodetakse NaOH-d, mida ongi võimalik ainult elektrtolüüsi teel saada. See protsess on energiamahukas: seetõttu on NaOH aine, millesse on kaudselt akumuleeritud energiat. Veel toodetakse elektrolüüsil oksüdeerijaid nagu Al, Mg, Fe- sulameid . Metallidele tekitatakse elektrolüütiliselt metallkatteid.
Elektrolüüsi abil toodetakse näiteks NaOH-i, mida ongi võimalik ainult elektrtolüüsi teel saada. See protsess on energiamahukas: seetõttu on NaOH aine, millesse on kaudselt akumuleeritud energiat. Elektrolüüsi abil toodetakse:
1) H2, Cl ja Fl ning halogeenühendeid;
2) (liht)metalle (Na, K, Mg, Al, Ni, Cu jne), nt Al toodetakse sulamist A13O4  nH2O + Na3AlF6 (t° > 940°C, pinge 4,2-4,5V)
3) leeliste ja raskevee tootmine
4) vesinikperoksiidide jt peroksoühendite saamine
5) õhukeste metallist kattekihtide saamine (galvaanotehnika).
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 seadused käsitlevad elektrolüüsi:
Faraday I seadus: Elektrolüüsi ajal on elektroodidel toimuvates keemilistes reaktsioonides tekkiva aine hulk võrdeline elektrolüüti läbiva elektrihulgaga
Faraday II seadus: Erinevatest elektrolüütidest võrdse elektrihulga läbijuhtimisel on elektroodidel eralduva iga aine moolide arv pöördvõrdeline tema ioonlaengu suurusega.
Elektrokeemiline oksüdatsioon – detail on anoodiks. Kasutades erineva koostisega elektrolüüdi lahuseid, saadakse erinevate omadustega oksiidikiht, so värvus, paksus, tugevus ja elektrilised omadused. Detail ühendatakse vooluallika pluss-poolusega, elemendi pinnal tekivad ioonid, mis kohe reageerides lahusega oksüdeeruvad ja moodustavad detaili pinnale oksiidikihi .
Alumiiniumi oksüdeerimine – Oksüdeerimata Al ei pea looduskeskkonnas eriti kaua vastu. Põhjuseks on atmosfääris Al pinnale tekkiv poorne AlOH3 kiht, mis ei kaitse Al sügavamaid kihte korrosiooni eest. Kaitseks kasutatakse kahte tehnoloogiat:
a) tekitatakse alumiiniumi pinnale värvitu oksiidi kiht, seejärel pinda töödeldakse värvainelahustega ja värvaine adsorbeerub oksiidi osakeste pinnale. Võib valmistada ükskõik mis värvi pinda, aga värvi püsivus on väike, sest pind ei värvu ühtlaselt;
b) värvaine on juba elektrolüüdi sees, sellest tingituna moodustub ühtlase värvusega kiht. Suur püsivus, aga väike värvide valik.
Oksiidikiht on enamikel juhtudel värviline, sest värvaine on juba elektrolüüdi sees.
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 hävinemist ümbritseva keskkonna (looduses õhk, vesi; tehiskeskkonnas lahused, gaasilised ained, temperatuuri ja mehaanilised mõjutused) tõttu. Klassifikatsioon:

• keemiline korrosioon - toimub kuivades gaasides ja mitteelektrolüütsetes vedelikes (naftasaadused), kusjuures metallid reageerivad otseselt agressiivsete komponentidega või oksüdeerijatega:
  

2Mg + O2  2MgO

• elektrokeemiline korrosioon - toimub elektrolüütide lahustes või sulatistes ja seda põhjustavad elektrokeemilised reaktsioonid metalli ja elektrolüüdi kokkupuutepinnal. Harilikult muutub ka niiskuskelme elektrolüüdiks, kuna selles lahustuvad õhust mitmesugused gaasid (H2S, CO2, SO2) ning soolad ümbritsevast keskkonnast (NaCl, CaCl2 jt). Näiteks raua rooste on erinevate hüdraatunud raudoksiidide segu:
  

Fe2O3  xH2O või xFeO  yFe2O3  zH2O

• biokorrosioon – selle põhjustavad mitmesugused pinnases ja õhus leiduvad aeroobsed ning anaeroobsed mikroorganismid. Näiteks sulfaatredutseerivad bakterid redutseerivad sulfaatioonid sulfiidioonideks, viimased aga reageerivad rauaga, moodustades raudsulfiidi. On baktereid, mis valmistavad väävli aatomeid sisaldavatest ainetest väävelhapet ja lämmastiku aatomeid sisaldavatest ainetest lämmastikhapet. Happed reageerivad aga nii metallide kui ka muude materjalidega.
  
• Erosioonkorrosioon – osakeste mehaaniline lahtirebimine pinnalt liikuva gaasi või vedeliku toimel (nt torustikes)
  

Tüüpilised korrosioonikahjustuste ilmingud on ühtlane korrosioon, laiguline korrosioon, pisteline korrosioon, piirpinna korrosioon, pilukorrosioon, hõõrdekorrosioon, kontaktkorrosioon, kihtkorrosioon, kihtide vaheline korrosioon, kristallide vaheline korrosioon, kristallide sisene korrosioon, väsimuskorrosioon.
Kontaktkorrosiooni korral hävib anoodiks oleva metalli see osa, mis on vahetult katoodi ümber.
Kontaktkorrosiooni vältimine (vähendamine) – poltide ja neetide näitel:

• Poldid ja needid peaksid korrodeeruvas keskkonnas olema samast materjalist kui liidetavad detailid. Kui see ei ole võimalik, tuleb valida need materjalist, mis on liidetava detaili suhtes katoodiks ja et potensiaalide vahe oleks väikene.
  
• Polt elektriliselt isoleerida ühendatavatest detailidest.
  
• Liitekoht tervikuna isoleerida keskkonnast.
  

Metallide korrosioonis on anoodipiirkond piirkond, kus toimub oksüdeerimine, see piirkond omab positiivseid laenguid. Katoodipiirkond on aga piirkond, kus metall loovutab oma elektrone anoodile, muutudes ise negatiivsemaks.
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?!
Raua ja rauasulamite korrosiooni seaduspärasused:
1) Vees ja vesilahustes - peamine mõjutegur on pH. Kriitiline pH on 8,5, sellest suurema puhul korrosioon peaaegu peatub (muutub aeglasemaks), kui tõuseb järsult happelises keskkonnas. Temperatuuri tõusuga korrosiooni kiirus tõuseb lineaarselt. Kloori mõju – kloriid kiirendab vesiniku eraldumist. Kloriidioonid moodustavad rauaioonidega paari ja rauaioonid viivad nad reaktsioonist välja. Cl – (ioonid) kiirendavad kõikide metallide korrosiooni. Hapniku mõju – Hapnik reageerides veega tekivad hüdroksiidrühmad. Rauad lähevad segusse ja moodustavad FeOOH. (joonis) Terasest vertikaalkonstruktsiooni korrosioon merevee pinnal. Vee süvakihi juures on korrosioon kõige aeglasem, kuna hapniku sisaldus on väike ja temp. Madalam. Vee pinnakihi juures on korrosioon kiirem kuna hapniku on rohkem.( joonis). 3) Õhu suhtelise niiskuse mõju ( joonis).
2) Atmosfääris – Korrosiooni kiirendavad tolmu osakesed ja õhuniiskus >20%, samuti SO2. Puhta õhu korral algab korrosioon 20% niiskuse korral ja kiirus kasvab äärmiselt vähe niiskuse suurenedes. Praktiliselt algab korrosioon 30% niiskuse juures. Kui niiskus ületab 60%, kiirus suureneb järsult. Korrodeeruva metalli pinnale tekib niiskuskelme, milles on lahustunud õhu hapnik. Harilikult muutub niiskuskelme elektrolüüdiks, kuna selles on lahustunud mitmed õhus leiduvad gaasid; metall korrodeerub. Kui õhus on 0,01% SO2 ja lisaks veel tahm , kiireneb kiirus peaaegu vertikaalselt üles. Tahma puudumisel on tõus pea poole väiksem. Temperatuuri tõusuga korrosiooni kiirus kasvab lineaarselt. Legeerivate lisandite Cu ja Ni lisamine tugevdavad terase vastupidavist. Juba väiksem kogus Cu-d oluliselt tugevdab terase vastupidavust .
Tsingitud ja tinatatud terase korrodeerumine - Tinaga kontaktis oleva raua korrosioon kulgeb galvaani elemendi tekkimise tõttu palju kiiremini kui puhta raua korrosioon. Kui tinakiht on vigastamata, siis teras käitub kui tina. Tinakihi vigastuse korral teras paljastub ja algab elektrokeemiline korrosioon. Raud on anoodiks, elektronid liiguvad katoodile (tina). Moodustub Fe(OH)2, mis õhu hapniku toimel muutub Fe(OH)3. Kui raud moodustab galvaanielemendi aktiivsema metalliga (tsink), siis on tsink anoodiks ja raud katoodiks. Tsink läheb lahusesse ja raud säilib.
Alutsink sulamiga kaetud teras – On vastupidavam korrodeerumisele kui kuumtsingitud teras. Alutsink on ülitugeva kaitsega korrosiooni vastu.
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 ?
Metallide kaitse korrosiooni vastu:
1) Pinna isoleerimine katetega:
a) värvid – jaguneb omakorda: värvimine pulbermeetodil, pihustusmeetodil
b) polümeerid
c) metallid, kantakse peale galvaaniliselt
d) metallid, kantakse peale kastes detaili sulanud metalli (Zn, Sn, Ag)
e) metallid, kantatakse peale pihustamisega kõrgel temperatuuril normaalrõhul
f) metalli, kantakse peale elektriväljas vaakumis
g) emailid
h) keraamilised katted (TiC, TiN, Al2O3, ZnO2).
2) Metalli pinnale tekitatakse mõne ühendi kiht:
a) oksiid (oksüdeerumine) oluliseim
b) kromaadid
c) fosfaadid (96-98 `C kuumutatud lahuses tooted 0,5- 2 tundi)näit: Mn(H2PO4)2.
3) Elektrokeemiline kaitse: kaitstavate konstruktsioonide külge ühendatakse elektroodid, mis on anoodiks. Anoodid ühendatakse kaitstava konstruktsiooniga paljudest kohtadest , kindla vahemaa järgi
a) Protektorkaitse : Anood kaitseb pinda, kuna see hävib enne.
b) Katoodkaitse välise vooluallika abil: vooluringist lastakse läbi alalisvool
c) Anoodkaitse: pinnale moodustub passiivne oksiidi kiht (joonis)
4) inhibiitorid (ained, mis vähendavad keemilise reaktsiooni kiirust)
5) Kaitsemäärded
6) Tõrje kuiva õhuga (õhu kuivatamine silikongeeliga).
Pilukorrosioon võib leida aset, kui metalli pinnale satub mustus, seega tuleb metalli pinda puhtana hoida ja seda pidevalt puhastada . Sooli saab eraldada pestes veega või auruga. Õli ja rasvu eraldatakse leeliste lahustega. Pilukorrosiooni ohtlikud kohad on näiteks keevituskohad, kus jookseb vesi. Neid kohti on tavaliselt raske puhastada, aga ka raske avastada ja tõrjuda. Pilu-korrosiooni vältimisviisid on pinna puhtana hoidmine, inhibiitoriga katmine ja katoodkaitse. Rooste eraldamine – leekpuhastus; liivapritsi või veejoaga ; mehhaaniliselt; töötlemine hapetega.
Tsingitud terasplekki eristamine – Kuumtsinkimismeetodil tsingitud terasplekk on märksa peenema ja tihedama mustriga, kui seda on galvaaniliselt kaetud terasplekil (u. 10 x suurem tsingikristalli muster).
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 on Al kõige stabiilsem pH 5-8 juures. Korrosiooni kiirus suurim 20%lise HNO3 lahuses, stabiilne 10%lises. Al reageerib paljude orgaaniliste ainetega: Al reageerib kõrgetel temperatuuridel alkoholiga. Praktiliselt puhastes alkoholides keemistemperatuuril hävineb Al peaaegu täielikult. Atmosfääris: Looduskeskkonnas on Al vastupidavus suht väike. Korrosioonikindluse tõstmiseks valmistatakse Al pinnale 25mm Al2O3 kiht. Looduslik oksiidikiht on ebapiisav korrosioonitõrjeks (6-10μm).
Alumiinium kokkupuutel raua ja vasega: Al on aktiivsem metall kui raud ja vask, kui Al moodustab raua või vasega galvaanielemendi, siis Al hävib, sest ta on anoodiks.
45. Katoodkaitse, mõiste ja realiseerimise viisid. Kuidas kaitstakse elektrokeemiliselt terasest ja alumiiniumist konstruktsioone magedas vees, merevees, pinnases. Kodumasinate elektrokeemilise korrosioonitõrje objektid ja viisid. Näiteid.
Katoodkaitse välise vooluallika abil: vooluringist lastakse läbi alalisvool ja anood laguneb. Katoodkaitset saab kasutada seal, kus saab luua vooluringi (vees, pinnases). Pinnases (maa sees) olevaid terastorusid kaitstakse topelt : isoleeritakse ja pannakse peale katoodkaitse elektrolüüsi viisil (kasutatakse välis vooluallikat.)
Konstruktsioonide kaitse – Al kerede kaitsmiseks merevees kasutatakse andoodina Zn, sest see on negatiisema potensiaaliga kui Al. Magedas vees aga on Al negatiivsem kui Zn, seega peab anoodiks võtma Mg. Maa sees olevatele terastorustikke kaitstakse topelt: isoleeritakse ja pannakse peale katoodkaitse välise vooluallikaga. Ebaõige katoodkaitse režiimi korral võib korrosiooniprotsess kiireneda.
Kodumasinate elektrokeemiline korrosioonitõrje ??
46. Anoodide mõiste, materjalid ja kasutamise printsiibid metallide elektrokeemilises korrosioonitõrjes.
Anoodkaitse: pinnale moodustub passiivne oksiidi kiht. Kaitstavate konstruktsioonide külge ühendatakse elektroodid, mis on anoodiks. Anoodid ühendatakse kaitstava konstruktsiooniga paljudest kohtadest, kindla vahemaa järgi.
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 pos suurus. Anoodkaitse - pinnale moodustub pos oksiidi kiht (kasut roostevaba terase korral, ühend (+)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 ) ?
Galvaanilisel katmisel ( kroomimine , kuldamine, hõbetamine) on kaetav element katoodiks ja kattematerjal anoodiks. Elektrolüüdi lahus, kus katmisi läbi viiakse, peab sisaldama kattematerjali ioone. N: Fe katmine Cr-ga: Fe puhastatakse H2SO4-ga ja destilleeritud veega, kaetakse seejärel Cu-ga, Ni-ga ja Cr-ga. Saadava galvaanilise katte omadused sõltuvad elektrolüüdi omadustest (koostisest, temp-st, pH-st, ja kontsentrats), voolutihedusest (A/m2) ja ajast. Parameetrid: U = 10–30 V ja 400 – 600 A/m2. Skeem?? Sama tehnoloogiat kasutatakse ka katete valikuliseks eemaldamiseks, ainult et anoodiks on detail ja katoodiks puhas eemaldatav metall. Erinevuseks on veelgi suurema pingega vool. Puudused: kate on ebaühtlane - teravikele ja pinnast väljaulatuvatele osadele tekib paksem kiht.
Lagunemispinge (Elag) – elektroodidele antav pinge, mille juures algab elektrolüüs. Lagunemispinge suurus oleneb elektrolüüsi rakus olevate elektroodide tasakaalude potentsiaalide erinevusest. Lagunemispinge on tavaliselt Ülepinge () – pinge, mille juures elektrolüüs lõpeb. Lagunemispinge ja süsteemis moodustunud galvaanielemendi elektromotoorjõu vahe = Elag-Egalv-el.
Metalli pinna puhastamine:
1) üldine puhastamine:
a) soolade eraldamine vee või auruga;
b) õlide ja rasvade eraldamine - kasutatakse leeliste (NaOH) lahust, leotamist vesiemulsioonides või hapete lahustes;
2) rooste eraldamine:
a) leekpuhastus - pinna temperatuur tõstetakse 150°C, kasutatakse vanade ja paksude värvikihtide eemaldamiseks
b) liivapritsiga või veejoaga;
c) mehhaaniline (kaabitsad, terasharjad);
d) töötlemine hapetega (kasut vedelaid happeid või happeid pastaga).
Pinna ettevalmistamine värvimiseks:
1) fosfatiseerimine? Fosfaatimine - pinnale kantakse vabasid fosfaadimolekule
2) kromatiseerimine;
3) pinna katmine kaitsevärviga.
Aktiveerimine – ainele energia juurde andmine. Sellega võib, aga alati ei pruugi toimuda reaktsiooni. Aktiveeritakse kuumutamisega, ultravioletkiirusega või mehaaniliselt.
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). N: vee molaarmass MH2O = 18 g/l. Saab leida Mendelejevi tabelist või valemi n = m/M kaudu.
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).
Märgamine oleneb pinna ja vedeliku vahelisest vastasmõjust. Märgamise kriteeriumiks on:
a) vedelik märgab tahket ainet: 0 12 või pH Zn atmosfääris: kattub paatinaga (tsingiühend, millega kaetakse nt. ka skulptuure – 2ZnCO33Zn(OH)2) – looduses metalli pinnale tekkiv korrosiooniproduktide kiht. Kiht on hästi tihe, nakkunud ning seepärast kaitseb Zn-i. Vees on see kate raskesti lahustuv. Atmosfääris on korrosiooni kiirus 0,13µm - 0,012mm aastas. Tsingis oleva raua ja vase kogus peaks olema minimaalne, kuna need kiirendavad tsingi korrosiooni. Tsingi korrosioonikindluse tõstmiseks kasutatakse nikli lisandit. Kõige enam kasutatava Zn-pleki kihi (paksusega 25-30µm) vastupidavus Maa atmosfääris u 40 aastat.
57.Raua ja rauasulamite korrosiooni seaduspärasused atmosfääris, vees ja vesilahustes. Vastused anda graafiliselt !
Vees ja vesilahustes – korrosiooni kiirus tõuseb järsult, kui pH 12,5. Korrosiooni kiirendajad on Cl-ioonid ja O2, merevee pritsete piirkonnas on korrosiooni kiirus kõige suurem. Teras on raua sulam, kus on grafiiti, sementiiti, väävli, fosfori jt ühendeid.
Atmosfääris – Korrodeeruva metalli pinnale tekib niiskuskelme, milles on lahustunud õhuhapnik. Harilikult muutub niiskuskelme elektrolüüdiks, kuna selles on lahustunud mitmed õhus leiduvad gaasid, met korrodeerub. Tekkinud mikrogalvaanielmentides paarid Fe-C ja Fe-sementiit on puhas raud aktiivsemaks elektroodiks ehk anoodiks. Põhimetalli pinnal toimub anoodne ja lisametalli pinnal katoodne reaktsioon. Korrosiooni kiirendavad tolmuosakesed ja õhuniiskus > 20%, samuti SO2. Temperatuuri tõusuga korrosiooni kiirus kasvab lineaarselt. Cu lisand vähendab korrosiooni kiirust 3-4 korda.
58. Milliste omaduste järgi hinnatakse tsinkkatte omadusi terasel? Võrrelge erinevate meetoditega saadud katete omadusi.
Kriteeriumid, mille järgi hinnatakse tsinkkatte omadusi terasel:
1) ühildumine terasega, 2) vastupidavus korrosioonile, 3) terast kaitsvad omadused, 4) vastupidavus mehaanilistele mõjudele, 5) piirangud ehitusdetailidele, 6) kuju muutmise oht, 7) kontrollivõimalused, 8) algsed kulutused, 9) hoolduskulud, 10) sobivus värvimiseks.
Erinevate meetoditega saadud katete omaduste võrdlus:
Kuumtsinkimine - Kõige paremad omadused on sellel meetodil (vastupidavus korrosioonile ja terast kaitsvad omadused on väga head
Kuumpihustus - Vastupidavus korrosioonile ja terast kaitsvad omadused on väga head.
Elektrokeemiline - vastpidavus korrosioonile on halb, terast kaitsvad omadused väga head.
Difusioonimeetod - vastup korros on hea ja terast kaitsvad omadused on väga head.
Tsinkpulbervärv - terast kaitsvad omadused on kehvad, vastupidavus korrosioonile on hea.
59. Terase korrosiooni seaduspärasused pinnases ja merevees ning pinnase ja atmosfääri ning vee ja atmosfääri piirpinnal . Milliseid korrosioonitõrje meetmeid tuleks sellistel juhtudel kasutada ?
Pinnases – maakoore pealmise kihi aineline koostis ja struktuur moodustavad keerulise heterogeense süsteemi tahkest, vedelast ja gaasilisest faasist. Tahke faasi moodustavad mineraalide anorgaaniliste ja orgaaniliste ainete osakesed ning mikroorganismid. Vedela faasi - vesilahused. Gaasilise faasi - peamiselt N2, O2, CO2, H2S, SO2, NH3 ja CH4. Sellest tingituna sõltub metallide korrosiooni kiirus ja korrosiooni tüüp suuremal või vähemal määral peamiselt 14 pinnase omadusest: pinnase tüüp, pinnase asukoht, struktuur, homogeensus, Maa eritakistus , vee sisaldus, pH, üldine happesus kuni pH=7, redokspotentsiaal pH=7 juures, Ca- ja Mg-karbonaadi sisaldus, väävelvesiniku ja sulfiidi sisaldus, süsi ja koks, kloriid- ning sulfaatioonide sisaldus. Kõikidel neil näitajatel on oma väärtused (punktid), mille järgi võib arvutada vastava detaili eluea selles pinnases. Kaitse? Näiteks terasposti maasse panemisel on õige betoon pinnase tasapinnast kõrgemaks valda, et teras pinnaga kokku ei puutuks ega korrodeeruma ei hakkaks .
Merevees – Korrosiooni kiirendajad on Cl-ioonid ja O2. Oluline roll on ka vee liikuvusel – mida liikuvam, seda tugevam korrosioon, seega vee süvakihis on korrosioon kõige väiksem. Merevees on otstarbekas kaitsta korrosiooni eest veepinnast kuni mõni meeter allpoole. Kaitseks kasutatakse katoodkaitset ja isoleerimist mereveest .
Atmosfääri ja pinnase piirpinnal võivad pinnasest välja tulevates metallkonstruktsioonides moodustuda galvaanipaarid, mille tulemusena on selles konstruktsiooni osas metalli hävimine kõige kiirem. Korrosiooni kiirus pinnastes: soo 0,09mm/a; liiv 0,12; savi 0,16. Kaitse?
Atmosfääri ja vee piirpinnal – merevee pritsete piirkonnas on korrosiooni kiirus kõige suurem. Kaitseks kasutatakse katoodkaitset ja detailide isoleerimist veest.

• Korrosioonikaitseks on võimalused:
  

Tuleb alustada materjali valikuga. Otstarbekas oleks konstr osa kaitsta, mis 1-1,5 m veepinnast kõrgemal ja 1-1,5 madalamal. Pinnasel on korrosioon kõige suurem maapinna läheduses.
1.Pinna isoleerimine katetega. (nt. värvid) 2. Metalli katmine korrosioonikindla metallikihiga 3. Protektorkaitse. 4. Katoodkaitse. (galvaanipaar, elektrolüüs)
60. Tasakaalureaksioonid raua ja raua sulamite karastamisel kuumutamise - jahutamisega redutseerivas keskkonnas (2 kõige tähtsama reaktsiooni võrrandit).
Karastamine – metallide ja nende sulamite termiline töötlemine kuumutamise ja sellele järgneva kiire jahutamisega. Karastamise eesmärk on harilikult kõvaduse suurendamine . Reaktsioonivõrrandid:

Fe3C + CO2  2CO + 3Fe

3Fe + CH4  Fe3C + 2H2
61. Kemikaalide tähistamine tehnilistes, juriidilistes ja kaubanduslikes dokumentides.
Aineid tähistatakse juriidilistes, tehnilistes ja kaubanduslikes dokumentides CAS ( registreerimisnumber Euroopa kaubanduslike ainete loetelus ) või EINECS registrite numbritega, mis on võetud kasutusele lisaks keemilisele tähistusele. Enamkasutatavam on CAS registrinumbrid (nt: ammoniaak CAS-is 7664-41-7 , EINECS-is 231-635-3). Igale CAS nr vastab üks ja ainult üks aine.
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).
Sertifikaat on ainete või materjalide iseloomustus, mis neil müümisel kaasas peab olema. Ainete ja materjalide partiide sertifikaatide tüüpsisu:

Agregaatolek normaalrõhul ja toatemperatuuril (20 – 25oC) (tahke, vedel, gaas).

Värvus silmale nähtava spektri ulatuses.

Tahke aine/materjali korral: osakeste kuju, suurus ja suuruste jaotus (fraktsiooniline koostis), osakeste pinna iseloomustus.

Vedelike korral: viskoosssus erinevatel temperatuuridel, lahuste korral kontsentratsioon, pH jm.

Tihedus

Sulamistemperatuur, keemistemperatuur

Koostis: kas elementide aatomite või puhaste põhiaineteainete sisaldus ning lisandainete sisaldus, %

Mitmesugune info, nagu: tule- või plahvatusohtlikus, hügroskoopsus, hoidmistingimused, säilivusaeg, kokkusobivad ja kokkusobimatud ained, jm.
62. Kemikaalide ohutuskaardid : mis need on, milleks neid kasutatakse ja milline on nende kohustuslik sisu.
Ainete iseloomustamiseks antakse selle aine ohutuskaart, millel peavad olema alljärgnevad andmed:
1) identifitseerimine – nimi, valmistaja nimi jm. 2) koostis – keemiline koostis, CAS, EINECS jt nr. 3) ohtlikkus – omaduste kirjeldus jm vajalik 4) esmaabi viisid kemikaali sissehingamisel , allaneelamisel ja sattumisel nahale 5) tegutsemine tulekahju korral 6) õnnetuste vältimise abinõud – reeglid 7) käitlemine ja hoiustamine 8) mõju inimesele ja isikukaitse vahendid 9) füüsikalised ja keemilised omadused 10) püsivus ja reaktsioonivõime – kas aja jooksul muutub struktuur, keemilise reaktsiooni kasv või langus; 11) terviserisk; 12) keskkonnarisk 13) jäätmekäitlemise viisid 14) veonõuded –aineid mis omavahel kergesti reageerivad ei või koos transportida 15) reguleerivad õigusaktid 16) muu teave

• Ohutuskaardid on mõeldud ohtlike kemikaalide kasutajatele. Need aitavad ettevõtte juhil otsustada vajalike meetmete üle töötajate tervise ja keskkonna kaitsmiseks ning õnnetuste vältimiseks ja nendega toimetulemiseks .
  

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 kohad: vasest veetorud ühendatud teras/tsink/alumiiniumtorudega, terasest torudel messingist ventiilid/kraanid, ühenduses olevad Al ja Cu elektrijuhtmed, alumiiniumtsingist katuseplekk korstende läheduses või saastunud keskkonnas. Cu-Fe (kuivas ei juhtu midagi , kuid välistingimustes kontaktis vask ja raud) ja Fe-Al (kontaktis raud ja alumiinium). Nii terasplekk kui alumiinium plekk hävib vahetult vaskneedi ja raudpoldi ümber.
Kontaktkorrosiooni vältimine (vähendamine) – poltide ja neetide näitel:

• Poldid ja needid peaksid korrodeeruvas keskkonnas olema samast materjalist kui liidetavad detailid. Kui see ei ole võimalik, tuleb valida need materjalist, mis on liidetava detaili suhtes katoodiks ja et potensiaalide vahe oleks väikene.
  

• Polt elektriliselt isoleerida ühendatavatest detailidest.
  
• Liitekoht tervikuna isoleerida keskkonnast.
  
• Näiteks ei tohi ühendada otseselt Al ja Cu elektrijuhtmeid, messingit terasega, vaskveetorusid terasest veetorudega
  

Kontaktkorrosiooni kiiruse vähendamine
64. Milliseid korrosioonitõrje meetmeid tuleb kasutada uute ehitiste, rajatiste, kommunikatsioonide ehitamisel ja vanade renoveerimisel ? Meetmed esitada kasutamise järjekorras !
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
Tähtsamad korrosiooni vasu võitlemise vahendid:

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.Mittematallsete katsekatete 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.