Kordamisküsimused aines Rakenduskeemia (0)

Kordamisküsimused aines Rakenduskeemia
Sissejuhatus: BBC Chemistry – A VOLATILE HISTORY – Discovering the Elements
1. Mis elementi saab toota uriinist? Kirjeldage eksperimendi.
Eksperimenteeriti uriiniga, mis sisaldab märkimisväärsetes kogustes lahustunud fosfaate. Hamburgis töötades üritas Brand luua tarkade kivi. Ta destilleeris mõnd soola, aurustades uriini ning selle tulemusena tekkis valge materjal, mis helendas pimedas ja põles hämmastavalt hästi. Esmalt lasi ta uriinil mõne päeva seista, kuni see hakkas halvasti lõhnama. Edasi keetis ta uriini pastaks, kuumutas selle kõrgel temperatuuril ja juhtis auru läbi vee. Ta lootis, et aur kondenseerub kullaks, aga hoopis tekkis valge vahane aine, mis helendas pimedas. Nii avastas Brand fosfori – esimese elemendi, mis avastati pärast antiikaega. Kuigi kogused olid enam-vähem õiged (läks vaja 1,1 liitrit uriini, et toota 60 g fosforit ), ei olnud vaja lasta uriinil roiskuma minna. Teadlased avastasid hiljem, et värske uriiniga saab toota sama palju fosforit.
2. Kes ja kuidas avastas vesiniku. Kirjutage reaktsiooni võrrandit.
Vesiniku avastajaks ( 1766 ) loetakse inglise füüsik ja keemik Henry Cavendishi, kes isoleeris metallidest ja hapetest saadud "põleva õhu" (divesiniku) ning kirjeldas ja uuris seda põhjalikult.
Vesiniku põlemisel on keemilise reaktsiooni võrrand:
2H2 + O2 = 2H2O
3. Keda peetakse kaasaegse keemia isaks ja miks?
Antonie Lavoisier "kaasaegse keemia isa"- olulisemad avastused on seotud põlemisreaktsiooniga>põlemine on ühinemine hapnikuga. Kaasajal on sellest välja arenenud kalorimeetrija, millega mõõdetakse toiduratsiooni kalorite määra.
4. Millega tegeleb keemia ja mis on keemia harud ( iseloomustage neid)?
Keemia on teadus ainetest ja nende muundumisprotsessidest, mille käigus ühed ained muunduvad teisteks keemiliste sidemete ümberjaotumise ning elektronkatete ümberformeerumise tõttu.
Keemia klassikalised (põhi)harud
•Füüsikaline keemia – keemia üldised põhialused.
•Orgaaniline keemia – süsinikuühendite reaktsioonid ja omadused.
• Anorgaaniline keemia – kõigi ülejäänud elementide ühendite reaktsioonid ja omadused.
Keemia eriharud
•Analüütiline keemia – objektide keemilise koostise määramine.
•Biokeemia – bioloogiliselt oluliste ainete, protsesside ja reaktsioonide uurimine .
•Teoreetiline keemia – ainete struktuuri ja omaduste uurimine matemaatiliste mudelite kaudu.
•Keemiainseneriteadus – tööstuslike keemiliste protsesside uurimine.
5. Keemia makroskoopiline ja mikroskoopiline tase (näited).
•Makroskoopiline tase: toimuvad silmaga nähtavad või siis mõnel muul viisil jälgitavad muutused
•Mikroskoopiline tase: aatomite vaheliste sidemete muutumine jms.
6. Selgitage millest koosneb teaduslik meetod.
•Andmete kogumine.
•Seoste otsimine andmekogumites.
•Hüpoteesi(de) formuleerimine ja eksperimentaalne kontrollimine.
•Teooria formuleerimine:
– kvalitatiivsed ja kvantitatiivsed teooriad;
– ennustused teooria põhjal;
– mudelid.
7. Materjalide füüsikalised omadused: nimetage ja iseloomustage neid.
Tihedus, Sulamistemperatuur , Korrosioonikindlus
Erinevaid materjaide grupid (metallid, plastid , keraamika ) erinevad üksteisest eelkõige tiheduse (roo) poolest, mille ühik on mahuühikumass, kg/m3.
Plastide tihedus on vahemikus 1000-2000kg/m3, keraamikal 1500-2500, metallidel 1700-22000kg/m3 piires.
Temperatuuri, mil materjal läheb üle tardolekust vedelasse, nimetatakse sulamistemperatuuriks (Ts).
Korrosiooniks nimetatakse materjali ja keskkonna (õhk, gaasid, vesi, kemikaalid ) vahelist reaktsiooni, milles materjal hävib.
8. Kuidas saab metallid liigitada lähtuvalt füüsikalistest omadustest (näited).
Tihedus
Tiheduseks nimetatakse metalli ühe mahuühiku massi. Metallid liigitatakse tihedusest lähtuvalt:
kergmetallid ja - sulamid : tihedus on alla 5000 kg/m3 (Mg, Al, Ti jt.)
kesk­metallid ja -sulamid: tihedus 5000...10 000 kg/m3 (Fe, Cu)
raskmetallid ja -sulamid: tihedus ületab 10 000 kg/m3 (Pt, W, Mo, Pb, jt.)
Tehnikas kasutatavaist metallidest kergeim on magneesium , raskeim aga plaatina . Näiteid metallide tihedusest:
magneesium: ρ= 1750 kg/m3; alumiinium : ρ= 2700 kg/m3; titaan : ρ= 4540 kg/m3;
tsink : ρ= 7140 kg/m3;raud: ρ= 7870 kg/m3; vask: ρ= 8930 kg/m3;
plii: 11340 kg/m3; kuld : 19320 kg/m3; plaatina: 21400 kg/m3.
Sulamistemperatuur
Temperatuuri, mil materjal läheb üle tardolekust vedelasse, nimetatakse sulamistemperatuuriks. Metallid liigitatakse sulamistemperatuuri järgi:
kerg­sulavad: sulamistemperatuur ei ületa plii oma (tina 232 °C, plii 327 °C, elavhõbe -39 oC)
kesksulavad: sulamistemperatuur üle plii, kuid alla raua sulamistemperatuuri (tsink 419 oC, alumiinium 660 oC, vask 1083 oC, raud 1539 oC)
rasksulavad : sulamistemperatuur ületab raua oma, ( volfram 3410 oC, vanaadium 1900 oC,titaan 1660 oC)
Soojusjuhtivus
Soojusjuhtivuseks nimetatakse metalli võimet soojust üle anda kõrgema temperatuuriga piirkonnalt madalama temperatuuriga piirkonnale. Seda saab seletada molekulide korrapäratute kokkupõrgetega. Head soojusjuhid on hõbe, vask ja alumiinium. Raua soojusjuhtivus on ligi kolm korda väiksem alumiiniumi omast. Halva soojusjuhtivusega metalli kuumutamisel ja järsul jahutamisel (termotöötlemisel, keevitamisel) tekivad sellesse praod . Soojusjuhtivuse ühik on vatt meetri ja kelvini kraadi kohta(W/m.K).
Soojusmahtuvus
Soojusmahtuvus on kehale antava soojushulga ja keha temperatuuri vastava muutuse suhe. Soojusmahtuvuse ühikuks on džaul kelvini kohta (J/K). Metallide soojusmahtuvust võrreldakse erisoojuse abil. Erisoojus on soojushulk , mis kulub ühikulise massiga keha soojendamiseks temperatuuriühiku võrra. Erisoojuse ühik on džaul kilogrammi ja kelvini kohta (J/kg K). Metallidel ja nende sulamitel on teiste ainetega võrreldes väike soojusmahtuvus, mistõttu nende kuumutamiseks kulub vähe soojust.
Soojuspaisumine
Soojuspaisumine on keha mõõtmete muutumine soojenemisel (metallide soojenemisel mõõtmed suurenevad, jahtumisel vähenevad). Soojuspaisumist iseloomustab joonpaisumistegur . Metalli soojuspaisumist tuleb arvestada keevitamisel, sepistamisel, sildade ehitamisel , raudteerööbaste paigaldamisel jm.
Elektrijuhtivus
Sellega hinnatakse metalli võimet juhtida elektrivoolu. Elektrijuhtivust mõõdetakse siimensites (S), erijuhtivust aga siimensites meetri kohta (S/m). Analoogiliselt väljendatakse elektritakistust oomides (Ω) ja eritakistust oommeetrites (Ω.m). Headest elektrijuhtidest (vask, alumiinium) valmistatakse juhtmeid , elektriküttekehades kasutatakse aga suure eritakistusega sulameid (nikroom, konstantaan,). Metalli temperatuuri tõusul tema elektritakistus suureneb.
Magnetomadused
Magnetiline läbitavus ja magnetiline konstant iseloomustavad metalli võimet magnetiseeruda. Head magnetilised omadused on raual, niklil, koobaltil ja nende sulamitel. Neid nimetatakse ferromagnetilisteks ja kasutatakse elektriaparaatide ja elektromagnetite valmistamisel. Vask ja tina ei magneetu.
9. Raud ja rauasulamid (omadused, kasutamine, võrdlus).
• tihedus 7,87 g/cm3
• sulamistemperatuur on 1535 Celsiuse kraadi
• hea korrosioonikindlus
Raud looduses
• sisalduselt maakoores neljandal kohal
• kosmoses levinud element
Raua füüsikalised ja keemilised omadused
• hõbevalge
• keskmise kõvadusega metall
• plastiline
• hea soojus - ja elektrijuht
• keskmise aktiivsusega metall
• reageerib mittemetallidega (sulfiidide, fosfiidide jne. teke)
• leelistega ei reageeri
Rauasulamid (süsinikteras, malm , roostevabateras)
Rauasulamid: teras (kuni 2% C), malm (2-5% C), roostevabateras (lisandiks Cr)
Süsinik C-sisalduse suurenedes kasvab terase kõvadus, tõmbetugevus ja voolavuspiir ning vastupanu väsimuspurunemisele, vähenevad aga plastsus - ning sitkusnäitajad.
Tavalisandid: Räni, mangaan ,Väävel, fosfor , Lämmastik, hapnik ja vesinik .
Peale süsiniku viiakse terastesse vajalike omaduste saamiseks mitmesuguseid spetsiaalseid lisandeid – legeerivaid elemente - Cr, Ni, W, V, Mo, Co jt.
Korrosioonikindlatest terastest on enam levinud kroomi (vähemalt 12%), niklit jt. legeerivaid elemente sisaldavad terased.
Kasutatakse metallitööstuses
10. Vask ja vasesulamid (omadused, kasutamine, võrdlus).
• tihedus 8,9 g/cm3
• sulamistemperatuur on 1083 Celsiuse kraadi
• värvus varieerub punasest kuldkollaseni
• plastiline
• väga hea korrosioonikindlus
Füüsikalised omadused
• sepistatav, valtsitav ja traadiks tõmmatav metall
• hea soojus- ja elektrijuht
• kuumutamisel õhus kattub vask musta värvusega vask(II)oksiidi kihiga
• kuivas õhus on vask püsiv
Bioloogiline tähtsus
• bioelement
Mürgisus
• sisaldus joogivees ei tohi ületada 2 mg/l
Vasesulamid
• messing ehk valgevask (Cu - Zn)
• pronks (Cu - Sn)
• melhior (Cu - Ni)
• uushõbe ehk alpaka (Cu - Ni - Zn)
Kasutatakse elektrotehnikas, kaabli-, paljas - ja kontaktjuhtmete lattide, elektrigeneraatorite, telefoni- ning telegraafiseadmete ja raadioaparatuuri tootmiseks, näiteks trükimontaažis.
11. Nikkel ja niklisulamid (omadused, kasutamine, võrdlus).
• tihedus: 8,9 g/cm3
• sulamistemperatuur: 1455 Celsiuse kraadi
• väga hea korrosioonikindlus
• hõbevalge, läikiv, püsiv õhu ja vee suhtes
Omadused
• Ni oksüdeerub alates 500°C NiO tekkega, halogeenidega reageerides tekivad NiHal2 ühendid
• kuumutamisel reag. ka teiste mittemetallidega.
• reageerib lahjendatud hapetega
• leelistega ei reageeri
• konts. HNO3 toimel passiveerub. Parima korrosioonikindlusega on Ni-Cu-sulamitest tuntud monelmetall, milles nikli ja vase vahekord on 2:1.
Ni-Cr-sulamid on tuntud eelkõige kuumuspüsivate materjalidena, mida kasutatakse kütteelementides.
12. Alumiinium ja alumiiniumisulamid (omadused, kasutamine, võrdlus).
• hõbevalge
• tihedus: 2,7 g/cm³
• sulamistemperatuur: 660 °C
• väga hea korrosioonikindlus
• hea elektri- ja soojusjuht, kerge ning äärmiselt plastiline
Omadused
• reageerib paljude lihtainete ja hapetega
2Al + 3I2 = 2AlI3
• hapetest tõrjub ta välja vesinikku ning tekib sool
• lahjend. hapetest tõrjub välja vesiniku, leelistega tekivad kompleksühendid
2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2
• külmas konts. lämmastik- ja väävelhappes passiveerub, kuuma H2SO4 toimel tekib Al2(SO4)3 ja eraldub SO2
2Al + 6HNO3(konts.) = Al2O3 + 6NO2 + 3H2O
• reageerib leelistega
2Al + 6H2O + 6OH– = 2[Al(OH)6]3– + 3H2
Alumiiniumisulamid
• duralumiinium (Al - Cu - Mg - Mn)
• silumiin (Al - Si)
13. Magneesium ja magneesiumisulamid (omadused, kasutamine, võrdlus).
•tihedus: 1,74 g/cm3
•sulamistemperatuur: 650 Celsiuse kraadi
•väga hea korrosioonikindlus
•hästi lõiketöödeldav ja keevitatav
•pole nii plastne kui alumiinium
Keemilised omadused
•aktiivne
•lahustub hapetes väga energiliselt, kusjuures moodustuvad divesinik ja Mg2+- ioonid : tekib sool
•aluseliste lahustega reageerib vähe, sest pinnale moodustub reaktsioonisaadustest kaitsekiht.
•Magneesium reageerib ka paljude teiste elementidega, näiteks lämmastikuga (kuumutamisel tekib magneesiumnitriid (Mg3N2)
•reageerib kergesti halogeenidega
Magneesiumisulamid
•Magneesiumisulameid legeeritakse alumiiniumiga, tsingiga, mangaaniga ja tsirkooniumiga.
14. Keemilised reaktsioonid metallidega. Metallide reageerimine hapetega, leelistega ja veega.
I rühma kuuluvad metallide reaktsioonid hapetega (lahjendatud H2SO4 ja mistahes kontsentratsiooniga HCl), kus oksüdeerija - happevesinikioonid - redutseerub vabaks vesinikuks.
Nimetatud happed reageerivad vaid nende metallidega, mis asuvad metallide pingereas vesinikust vasakul (oksüdeerijaks – happevesinikioonid, redutseerijaks – metall).
Mida vasemal vesinikust metall paikneb, seda aktiivsem ta on, seda kergemini ta oksüdeerub ja tõrjub hapetest välja vesiniku. Näiteks Mg reageerib HCl-ga palju intensiivsemalt, kui Zn ja Fe.
Kuigi Pb seisab pingereas enne vesinikku, ta praktiliselt ei "lahustu" lahjendatud H2SO4-s, sest plii pind kattub vähelahustuva PbSO4 kihiga, mis kaitseb metalli edasisest "lahustumisest".
Pingereas vesinikust paremal asuvad metallid vesinikkloriidhappega ja lahjendatud väävelhappega ei reageeri.
II rühma kuuluvad metallide reaktsioonid hapetega, mille anioon on tugevam oksüdeerija kui vesinikioon . Antud reaktsioonides vesinikku ei eraldu. Nende reageerimisel metallidega on oksüdeerijaks happe anioonid , mitte vesinikioonid.
Sellisteks hapeteks on kontsentreeritud H2SO4 ja mistahes kontsentratsiooniga HNO3.
Need happed võivad reageerida ka nende metallidega, mis asuvad pingereas vesiniku järel (sest oksüdeerijaks - happe anioon).
Sõltuvalt reaktsiooni tingimustest (metalli asetus pingereas, lahuse kontsentratsioon, temperatuur) võivad happe aniooni redutseerumisel tekkida erinevad saadused .
Leelistega reageerivad niisugused (vaid üksikud) metallid, mille hüdroksiididel on lisaks aluselistele omadustele ka happelised omadused ( amfoteersus ): Al, Zn.
Metallide reageerimine leeliste lahustega
Leelistega reageerivad niisugused (vaid üksikud) metallid, mille hüdroksiididel on lisaks aluselistele omadustele ka happelised omadused (amfoteersus): Al, Zn.
Sealjuures tekib kummalise koostisega sool, mis meenutab valemilt alust. Koosneb kahest metallist ja OH rühmast. Läheainena võtab osa lisaks vesi:
2Al + 2NaOH +6H20 => 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Reageerimine veega
IA rühma metallid (leelismetallid):
2Na + 2H2O => 2NaOH + H2
IIA rühma metallid:
Ca + 2H20 => Ca(OH)2 +H2
Alates Ca allapoole jäävate metallide omadused on sarnased ja neid nim. leelismuldmetallid . Reaktsiooni käigus tekkinud leelised on vees palju vähem lahustuvad kui leelismetallide puhul. Reageerimine hapete lahustega on aktiivsem kui reageerimine veega:
Mg + 2HCl => MgCl2 + H2
P-metallid ja siirdemetallid:
Ei reageeri aktiivselt veega, osa neist (Al, Zn, Fe) võivad kõrgel temperatuuril reageerida veeauruga, tõrjudes välja vesiniku, tekib vastava metalli oksiid :
3Fe + 4H20 => Fe304 + 4H2
Väheaktiivsed metallid ei tõrju veest vesinikku välja ka kõrgel temperatuuril (nt Ni, Pb, Cu, Ag)
15. Redoksreaktsioonid .
Redoksreaktsioon - keemiline reaktsioon , mille juures elektronid lähevad üle redutseerijalt oksüdeerijale ning esimese oksüdatsiooniaste suureneb, teise oma samal ajal väheneb (elektronide üleminek ühelt aatomilt teisele).
Oksüdatsiooniaste on elemendi aatomi laeng ühendis, eeldusel, et ühend koosneb ioonidest ühe elemendi kaupa.
Ainet või iooni, mille koostises olevad aatomid loovutavad elektrone, nimetatakse redutseerijaks, see aine ise seejuures oksüdeerub (tema oksüdatsiooniaste kasvab).
Ainet või iooni, mis seob oma struktuuri elektrone, nimetatakse oksüdeerijaks, aine ise seejuures redutseerub (tema oksüdatsiooniaste kahaneb).
Redoksreaktsiooni toimumiseks loob võimaluse redutseerija ja oksüdeerija otsene või kaudne kontakt (voolu juhtiva aine/materjali vahendusel).
Tuntumad oksüdeerijad on kloor , broom , hapnik, lämmastikhape, kaaliumpermanganaat, kaaliumdikromaat jt.
Tuntumad redutseerijad on vesinik, süsinikoksiid, süsinik, metallid, jodiidioonid (I−), sulfiidioonid (S2−) jt.
Mõni aine võib olla nii oksüdeerija kui ka redutseerija. Näiteks vesinikperoksiid on jodiidiooni suhtes oksüdeerija, permanganaatiooni suhtes redutseerija.
Kuna redoksreakstioonid toimuvad elementide oksüdatsiooni astme muutusega, siis tuleb osata leida elementide oksüdatsiooniastet ühendites.
Juhised elementide oksüdatsiooniastme leidmiseks:
Ühendit moodustavate aatomite oksüdatsiooniastmete summa on null. Iooni moodustavate aatomite oksüdatsiooniastmete summa võrdub iooni laenguga. Keemilises ühendis oleva hapniku oksüdatsiooniaste on -II. Erandiks on OF2 (II), peroksiidides H2O2(-I).
Keemilises ühendis oleva vesiniku oksüdatsiooniaste on I. Erandiks on metallhüdriidid NaH (-I).
Leelismetallide (Na, K jt), ka hõbeda oksüdatsiooniaste ühendites on I.
16. Mis on oksüdatsiooniaste? Määra oksüdatsiooniaste etteantud ühendites.
Oksüdatsiooniaste on keemias arv, mis näitab aatomi oksüdeerituse astet keemilises ühendis.
Redoksreaktsioonid: Esineb kahte tüüpi keemilisi reaktsioone. Ühtedes ei muutu reageerivate ainete koostisse kuuluvate elementide oksüdatsiooniaste, näiteks:NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3,
Teist tüüpi reaktsioonides aga elementide oksüdatsiooniaste muutub, näiteks:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.
Selle reaktsiooni tulemusena suureneb tsingi oksüdatsiooniaste 0-lt II-le, vesiniku oksüdatsiooniaste väheneb I-lt 0-le.
Redoksreaktsioonides toimub samaaegselt kaks protsessi - oksüdeerumine ja redutseerumine.
Aineid (aatomeid vōi ioone), mis loovutavad elektrone, nimetatakse redutseerijateks.
Elektronide loovutamise tulemusena redutseerija ise oksüdeerub.
Redoksreaktsiooni vōrrandi koostamiseks on esiteks tarvis teada nii lähteainete kui ka
lōppsaaduste keemilisi valemeid. Teiseks on vaja määrata reaktsioonist osavōtvate elementide oksüdatsiooniastmed enne ja pärast reaktsiooni toimumist . Oksüdatsiooniastme arvutamisel tuleb
arvestada järgmist:
1. Ühendis elementide aatomite oksüdatsiooniastmete summa on võrdne nulliga
2. Lihtainete oksüdatsiooniaste on null
3. Keemilises ühendis vesiniku o.a. on I (välja arvatud aktiivsete metallide hüdriidides)
4. Keemilises ühendis on hapniku o.a. on -II (välja arvatud peroksiidides)
5. I, II ja III A rühma metallide o.a. võrdub rühma numbriga
Kolmandaks määrata, milliste elementide o.a. muutub reaktsiooni käigus. Neljandaks koostada vastavad oksüdatsiooni- ja reduktsiooniprotsesse väljendavad elektronvōrrandid ja leida koefitsiendid oksüdeerijale, redutseerijale.
Tavalised keemilised redoksreaktsioonid toimuvad ühtlaselt kogu lahuse vōi gaasi faasis. Galvaanielemendis on reduktsioonireaktsioon ruumiliselt eraldatud oksüdatsioonireaktsioonist.
17. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)?
Metallide reastamisel standardpotentsiaali E° väärtuse järgi saadakse metallide pingerida , mis iseloomustab metallide keemilist aktiivsust:
1. Mida negatiivsem on antud metalli standardpotentsiaal, seda aktiivsem on ta keemiliselt ning seda tugevamad on tema taandavad omadused.
2. Iga metall tōrjub pingereas temale järgnevad metallid nende soolade vesilahustest välja.
3. Metallid, mille standardpotentsiaal on negatiivne, tōrjuvad lahjendatud hapetest välja
gaasilise vesiniku.
18. Mis on korrosioon ? Kuidas selle vastu võidelda?
Korrosioon ehk korrodeerumine on keemilise aine, kivimi, koe või materjali, enamasti metalli, osaline häving keskkonnas toimuvate keemiliste reaktsioonide tõttu. Põhiliselt teatakse korrosiooni all metallide oksüdeerimist hapniku toimel. Kõige tuntum korrosiooni vorm on rooste , milles muudetakse raud raud(III)oksiidiks.
Fosforhapet saab kasutada rooste eemaldamiseks raua pinnalt. Ta moodustab roostega ( Fe2O3 ) raud(III) fosfaadi (FePO4), mis jätab musta kihi, mida on võimalik kergesti eemaldada, kuid mis iseenesest kaitseb edasise roostetamise vastu.
Samas ei tohi korrosiooni eemaldamist ajada segi elektrokeemilise poleerimisega, mis eemaldab mõned metallikihid, et tekitada ühtlast pinda. Näiteks saab fosforhappega poleerida ka vaske, kuid mis ei eemalda ainult korrosiooni saadusi vaid ka vase kihid .
Korrosioonikaitseks kasutatakse:metallipinna katmist varvi voi inaktiivse metalli kihiga;katoodkaitse – metall on kontaktis aktiivsema metalliga, mis ise oksudeerub.
19. Keemilised vooluallikad.
Keemiline vooluallikas on seade, milles elektrokeemilises reaktsioonis vabanev energia muundub vahetult elektrienergiaks.
20. Elektrolüüs.
Elektrolüüs on redoksreaktsioon, mis toimub elektrolüüdi lahuses või sulas elektrolüüdis, elektroodide pinnal elektrivoolu toimel, kus elektrienergia muundub keemiliseks energiaks! elektrokeemiline reaktsioon alalisvoolu mõjul, mis reeglina viib aine lagunemisele
21. Mis on elektrokeemia ? Milleks kasutatakse elektrokeemilisi protsesse?
Elektrokeemia on keemia haru, mis tegeleb spontaansete reaktsioonide arvel elektrivoolu saamisega, elektrivoolu toimel mittespontaansete reaktsioonide labiviimisega ja koige sellega seonduvaga. Elektrokeemilised meetodid voimaldavad elektriliste mootmiste pohjal jalgida keemilise reaktsiooni kulgu voi ioonide kontsentratsioone lahustes.
22. Mis on elektrokeemiline rakk ? Millest see koosneb?
Elektrokeemiline rakk on seade mis suudab kas tuleneva elektri energiat keemiliste reaktsioonide või hõlbustada keemiliste reaktsioonide kehtestamise kaudu elektrienergiaks.
23. Termodünaamika I seadus.
Suletud süsteemi siseenergia muutus algolekust lõppolekusse on võrdne väliskeskkonnast soojuse kujul saadava energiahulgaga, millest on lahutatud energiahulk, mille süsteem annab ära töö:
Soojuse hulga mõõtmine - kalorimeetria
Protsess, mille käigus eraldub soojust, on eksotermiline (sellised on enamik keemilisi reaktsioone)
Soojusmahtuvus – soojushulk, mis kulub keha temperatuuri tõstmiseks 1 ºC võrra kui temperatuuri tõstmine ei muuda aine agregaatolekut (keemilist koostist).
Hessi seadus
Entalpiamuut ( soojusefekt ) sõltub süsteemi alg- ja lõppolekust, mitte aga protsessi läbiviimise teest või reaktsiooni vahestaadiumitest!
Entroopia
Iseeneslike protsessidega kaasneb energia ja aine jaotuse korrapära kahanemine ehk siis korrapäratuse kasv.
24. Termodünaamika I seaduse matemaatiline avaldis .
U kui olekufunktsiooni olemasolu. Kui ainehulk on jääv, siis siseenergia muutus ΔU=ΔQ-ΔW, kus ΔQ on süsteemi sisestatud soojushulk ja ΔW süsteemi tehtud töö.
25. Protsessid püsival ruumalal ja rõhul, entalpia , soojusmahtuvus.
Konstantsel rõhul on süsteemi entalpiamuut võrdne süsteemi poolt neelatud (või eraldunud) soojusega.
Endotermilise protsessi korral ΔH > 0 ja eksotermilise protsessi korral ΔH 26. Järeldused Hessi seadusest, tekke- ja põlemissoojused.
Hessi seaduse järeldus: Entalpiamuut (soojusefekt) sõltub süsteemi alg- ja lõppolekust, mitte aga protsessi läbiviimise teest või reaktsiooni vahestaadiumitest!
27. Termodünaamika II seadus, termodünaamiliselt pöörduvad ja mittepöörduvad protsessid.
Isoleeritud süsteemis toimuvad iseeneslikud protsessid entroopia kasvu suunas.Seega on iga isoleeritud süsteemi saatuseks muutuda korrapäratuks.Pöörduval protsessil suureneb gaasi energia samapalju kui väheneb soojusallika energia ning süsteemi energia ei muutunud.
28. Entroopia, tema avaldis pöörduvate ja mittepöörduvate protsesside korral, entroopia kasvu seadus.
Entroopia on termodünaamikas ja statistilises mehaanikas kasutatav ekstensiivne suurus, mis kirjeldab vaadeldava süsteemi erinevate võimalike juhuslike ümberpaigutuste arvu. Mittepöörduva (spontaanse) protsessi summaarne entroopia muut isoleeritud süsteemis on positiivne. DeltaS on suurem kui 0. Entroopia kasvab: sulamisel, aurustumisel, T-i tõstmisel, gaasi paisumisel , tahke aine lahustumisel jne
29. Entroopia leidmine isotermilistes protsessides ja temperatuuri muutumisel.
Isoleeritud süsteemis toimuvad iseeneslikud protsessid entroopia kasvu suunas.
Seega on iga isoleeritud süsteemi saatuseks muutuda korrapäratuks.
Pöörduval protsessil suureneb gaasi energia samapalju kui väheneb soojusallika energia ning süsteemi energia ei muutunud.
Konstantsel temperatuuril saab süsteemi entroopiamuutu ΔS arvutada valemist:
DeltaS= qrev /T (pöörduv prots.) =0
DeltaS on suurem qrev/T (mittepöörduv) on suurem 0st.
30. Entroopia III seadus, absoluutse entroopia arvutamine standardtingimustes.
Korrapärase kristallistruktuuriga puhta aine entroopia absoluutsel nulltemperatuuril on võrdne nulliga.
See seadus annab aluse ainete absoluutsete entroopiate leidmiseks.
Entroopia mõõtmiseks kasutatakse entroopia termodünaamilist definitsiooni ja TD III seadust:
S(T)=S(0)+DeltaS(soojend.0 K→T)
31. Gibbsi vabaenergia , reaktsiooni suuna ja tasakaalu kriteeriumid.
Gibbsi vabaenergia on olekufunktsioon. Gibbsi vabaenergia absoluutväärtust ei saa mõõta, küll aga tema muutust. Gibbsi energia muut määrab reaktsiooni toimumise suuna/spontaansuse. Juhul, kui ei ole tegemist standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvust temperatuurist ja kontsentratsioonidest.
32. Gibbsi vabaenergia arvutamine.
DeltaG=DeltaH-T DeltaS ja DeltaG=-TDeltaSsum
33. Keemiline potentsiaal.
Keemiline potentsiaal iseloomustab aine liikumist (üleminekut) kõrgema potentsiaaliga olekust madalama potentsiaaliga oleku poole. Tasakaaluolekus on keemilised potentsiaalid võrdsed.
34. Keemiline tasakaal, tasakaalukonstantide erinevad avaldusvormid.
Keemilise reaktsiooni kiirus on võrdeline reageerivate ainete molaarsete kontsentratsioonidega (teisiti nimetatakse seda ka keemilise kineetika põhipostulaadiks). Tasakaalukonstant on päri- ja vastassuunaliste reaktsioonide kiiruskonstantide suhe.
35. Tasakaalukonstandi sõltuvus temperatuurist.
Tasakaalukonstant sõltub temperatuurist, kuid ei sõltu reageerivate ainete kontsentratsioonist. Keemilisele tasakaalule vastab olukord, kus päri- ja vastassuunalise reaktsiooni kiirused on võrdsed. Seega tasakaalukonstant on päri- ja pöördsuunalise reaktsiooni kiiruskonstantide jagatis.
36. Reaktsiooni kiirus, massitoimeseadus .
Reaktsiooni kiirus sõltub: reaktsioonist osavõtvate ainete kontsentratsioonist,olekust,peenestusaste, temperatuurist, katalüsaatoritest,rõhust (gaaside puhul)
37. Reaktsiooni järk
Suurus, mis on arvuliselt võrdne kontsentratsioonide astmenäitajate summaga reaktsiooni kiiruse võrrandis. Reaktsiooni järk defineeritakse ka iga reaktsioonis osaleva aine jaoks eraldi kui tema kontsentratsiooni astmenäitaja. Reaktsiooni järku määratakse alati reaktsiooni lähteainete kontsentratsioonide järgi.
38. Reaktsiooni kiiruse sõltuvus temperatuurist, van’t Hoffi reegel ja Arrheniuse võrrand.
Temperatuuri mõju reaktsiooni kiirusele -Keemiliste reaktsioonide kiirus kasvab temperatuuri tõustes. Van´t Hoffi reegel: temperatuuri tõstmisel 10 kraadi võrra kiireneb reaktsioon keskmiselt 2 korda. Kvantitatiivset seost temperatuuri ja reaktsiooni kiirus (konstandi) vahel väljendab Arrheniuse võrrand.
39. Homogeense ja heterogeense katalüüsi näiteid.
Homogeenne katalüüs -reageerivad ained ja katalüsaator on samas faasis.
Heterogeenne katalüüs -reageerivad ained ja katalüsaator moodustuvad erinevad faasid ehk protsess toimub faaside piirpinnal.
40. Analüütilise keemia eesmärk.
Mitmesuguste objektide keemilise koostise määramine
41. Kvalitatiivne ja kvantitatiivne analüüs.
Kvalitatiivne analüüs
Ainete retentsiooniajad on individuaalsed.
Piigi retentsiooniaja järgi saab kindlaks teha aine, mis sellele piigile vastab.
Võrreldakse mõõdetud retentsiooniaega tuntud aine retentsiooniajaga.
Kvantitatiivne analüüs
Sisestandard – huvipakkuv aine ise (standardi lisamise meetodi puhul)
Sisestandardi korral lisatakse proovile ainet, mille kogus on teada ja mille piik kromatogrammil ei kattu teiste piikidega.
Välisstandard – kalibratsioon standardlahustega
Välise standardi meetod on analoogiline, kuid standardipiigi pindala mõõtmiseks sooritatakse kromatograafiline analüüs, kus prooviks on ainult standard.
Sisestandardi meetod on eelistatavam, kuna analüüsi tingimused on ühesugused nii proovi komponentide kui ka standardi jaoks.
42. Analüüsiobjekt ja proov .
•Analüüsiobjekt (analysis object ) on objekt, mille keemilist koostis me keemilise analüüsi teel määrame:
– Enamasti ei määrata mitte objekti täielikku keemilist koostist vaid ainult mõnede konkreetse juhu jaoks huvipakkuvamate ainete, analüütide, sisaldust
– Analüüsiobjektid on enamasti liiga suured selleks, et neid tervenisti analüüsiks kasutada
– Selle asemel võetakse objektist analüüsiks proov
•Proov (sample) on osa analüüsiobjektist, mida kasutatakse analüüsil
43. Analüüt ja maatriks .
•Analüüt (analyte) on aine, mille sisaldust me analüüsiobjektis määrata soovime
•Maatriks ( matrix ) on proovi see osa, mis ei ole analüüt
Proov = Maatriks + analüüt
•Analüüt võib olla:
•Element (Mulla fosforisisalduse määramine, joogivee kaaliumisisalduse määramine, terase koobaltisalduse määramine).
• Ioon (Juurvilja nitraadisisalduse määramine)
• Molekul (Puuviljades askorbiinhappe (C vitamiini) määramine, bensiinis benseeni määramine
•Ainete kogum (leiva kiudainesisalduse määramine, pinnase õlireostuse määramine)
9