Rakenduskeemia eksami kordamismaterjal (1)

Metallisulamid
_ Rauasulamid (süsinikteras,malm, roostevabateras)
_ Vasesulamid ( messing , pronks, uushõbe- alpaka ja melhior )
_ Niklisulamid
_ Alumiiniumisulamid
_ Magneesiumisulamid
_ Titaanisulamid
_ Tinasulamid
_ Kõvasulamid
_ Väärismetallide sulamid (Au, Ag, Pt, Pd)
_ Metallide jootmine ja joodised
Materjalide füüsikalised omadused: Tihedus, Sulamistemperatuur , Korrosioonikindlus
Temperatuuri, mil materjal läheb üle tardolekust vedelasse, nimetatakse sulamistemperatuuriks (Ts).
Korrosiooniks nimetatakse materjali ja keskkonna (õhk, gaasid, vesi, kemikaalid ) vahelist reaktsiooni, milles materjal hävib.
Sulamid
_ Sulamid on metalsed materjalid, mis on kahe või
enama metalli segud .
_ Metalliline sulam on sulam, mille põhikomponent
(üle 50%) on metall .
_ Homogeensetes sulamites on erinevate
elementide aatomid jaotunud ühtlaselt.
_ Heterogeensed sulamid koosnevad eri koostisega
kristalsetest faasidest .
Sulamite eelised võrreldes puhaste metallidega:
_odavamad
_kõvemad
_tugevamad
_madalama sulamistemperatuuriga
_kuumakindlamad
_vastupidavamad
_korrosioonikindlamad
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.
Vasesulamid
_messing ehk valgevask (Cu - Zn)
_pronks (Cu - Sn)
_melhior (Cu - Ni)
_uushõbe ehk alpaka (Cu - Ni - Zn)
Niklisulamid
_ 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.
Alumiiniumisulamid
_ Deformeeritavatest sulamitest tuntuim on
duralumiinium (Al-Cu-Mg-sulam), mille
termotöötlus on võimalik tänu vase lahustuvuse
muutusele alumiiniumis temperatuuri alanedes
(väheneb 5,7%-lt 0,2%-ni).
_ Alumiiniumi valusulamite tüüpilised esindajad on
Al-Si-sulamid – silumiinid . Enam kasutatakse Alvalusulameid,
mis sisaldavad 10…13% Si.
Magneesiumisulamid
_ Magneesiumisulameid legeeritakse alumiiniumiga, tsingiga,
mangaaniga ja tsirkooniumiga.
Titaanisulamid
_ Puhas titaan ja titaanisulamid on plastsed ning kergesti külmalt
deformeeritavad; kuumsurvetöötlemisel tuleb aga kasutada toorikute
kuumutamisel ahjudes kaitsekeskkonda (tavaliselt argoon ). Samuti saab titaani
keevitada ainult argooni keskkonnas.
Tinasulam sisaldab tavaliselt 85-99% tina ja 1-4% vaske, mis annab talle tugevust.
Kõvasulamid kujutavad endast raskeltsulavaid, kõrgendatud kõvadusega kulumiskindlaid materjale.
_ Valatavatest kõvasulamitest on kõige rohkem kasutusel
stelliit .
_ Stelliit koosneb 60% koobaldist, 30% kroomist ja 10%
mitmetest lisanditest, millest põhiline on volfram.
Joodis on madala sulamistemperatuuriga metallisulam, mida kasutatakse metallide kokkujootmisel.
Väärismetallide sulamid
_ Puhtale väärismetallile lisatakse teisi metalle , et saada soovitavaid töötlemisomadusi,
kõvadust ja värvitooni.
_ Puhta väärismetalli hulk sulamis ja ka kallite lisandite (näiteks pallaadium) lisamine
mõjutab toote hinda.
_ Vase koguse suurendamisel saadakse punasemat, hõbeda lisamisel aga helekollasemat
kulda.
_ Valget kulda saadakse puhtale kullale spetsiaalse vaske, hõbedat ja pallaadiumi või niklit
sisaldava sulami lisamisel.
_ Niklit sisaldava valge kulla kasutamine on siiski kadumas nikli tugeva allergilise mõju
tõttu.
_ Hõbedasulamites on lisandiks vask. Ehteid valmistatakse peamiselt 925-hõbedast. Seda
sulamit nimetatakse ka sterlinghõbedaks.
_ Lauahõbe ja anumad valmistatakse tavaliselt 830-hõbedast.
Puidu koostis
_ polüsahhariidid;
_ aromaatsed ühendid;
_ ektraktiivained (lahustuvad ained).
Puu koostis
_ tselluloos
_ ligniin
Tselluloos-(C6H10O5)n
_ Tselluloos on looduses levinum polüsahhariid. Temast koosnevad taimerakkude
kestad
Omadused
_ Esterdamine (hüdroksüülrühmade sisalduse tõttu reageerib tselluloos hapetega.
Ligniin on puidu aromaatne, hüdrolüüsimatu osa.
_ See on termoplastne aine. Ligniin annab puidule mehhaanilise tugevuse.
Ekstraktiivained ehk lahustuvad ained
• Tunnuseks on nende lahustuvus vees ja/või
orgaanilistes lahustites
• Kuuluvad väga erinevatesse orgaaniliste ühendite Klassidesse
METALLIDE REAGEERIMINE HAPETEGA
_ Metallide pingerida :
Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au
_ Esimesse 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.
Teise 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.
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:
Kuna redoksreakstioonid toimuvad elementide oksüdatsiooni astme muutusega, siis tuleb osata leida elementide oksüdatsiooniastet ühendites
Mg, leelismuldmetallide (Ca, Ba jt), Zn ja Cd oksüdatsiooniaste ühendites on II. Ühendis, kus esinevad iooniline ja kovalentne side, arvutatakse elemendi oksüdatsiooniaste teiste elementide oksüdatsiooniastmete kaudu
Reaktsioonivõrrandite
tasakaalustamine
Reaktsioonivõrrand on keemilisel reaktsioonil toimunud muutuste lühike ja ülevaatlik väljend. Reaktsioonivõrrandis antakse lähteained ja saadused valemitena, kusjuures reaktsioonist osavõtvaid elemente peab ühel ja teiselpool võrdusmärki olema ühepalju.
_ Võrdsustamiseks asetatakse lähteainete ja saaduste ette koefitsiendid.
_ Tasakaalustamine elektronide bilansi meetodil:
Elektrokeemia
Redoksreaktsioonides toimub elektronide üleminek ühelt elemendilt teisele – vastavalt oksüdatsioon (elektronide liitmine ) ja reduktsioon (elektronide loovutamine).
_ Ainete oksüdeerimis-ja redutseerimisvõime kvantitatiivseks iseloomustamiseks kasutatakse elektrokeemilisi redokspotentsiaale E (ka elektroodipotentsiaal) – elektronide üleminekule (o.a. muutusele) vastab elektriline potentsiaal, mis näitab elektronide liitmise võimet.
_ Redokspotentsiaalide abil on võimalik arvutada redoksreaktsiooni Gibbsi energia muut, mis omakorda võimaldab määrata reaktsiooni iseenesliku kulgemise suunda Elektroodid on põhimõtteliselt laenguga plaadikesed (pulgakesed)
_ Anoodil toimub alati oksüdeerumine ehk elektronide loovutamine
_ Katoodil toimub alati redutseerumine ehk elektronide liitmine
_ Et katoodi ja anoodi määrab ära neil toimuv protsess, siis on nende laengud galvaanielemendis ja elektrolüüsi korral erinevad.
Galvaanielement – seadis, kus redoksreaktsioonis redutseerimis- ja oksüdeerimisreaktsioonide tulemusena vabaneva energia (saadakse erinevate potentsiaalidega elektroodide ühendamisel) arvel tekib elektrivool =>
keemilise reaktsiooni energia muudetakse elektrienergiaks
Galvaanielement
_ Element koosneb kahest vastavasse elektrolüüdilahusesse paigutatud elektrodist
_ Elektrodid on omavahel ühendatud metalljuhtmega
_ Elektrolüüdilahused on ühendatud elektrolüüdisillaga
Anoodil (tsinkelektrood): Zn oksüdeerimine
Katoodil ( vaskelektrood ): Cu redutseerumine
Elektroodipotentsiaalide vahet (pinge elektroodide vahel) nimetatakse galvaanielemendi elektromotoorjõuks
Gibbsi energia muut määrab reaktsiooni toimumise suuna/spontaansuse. Juhul, kui ei ole tegemist standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvust temperatuurist ja kontsentratsioonidest.
Standardpotentsiaalide kasvu järjekorras paigutatud metallelektroodid moodustavad metallide pingerea.
Keemilised vooluallikad on praktilises kasutuses olevad galvaanielemendid, mida kasutatakse elektrivoolu
saamiseks.
Head vooluallikat iseloomustab:
- suur erimahtuvus (toodetava energiahulga ja massi või ruumala suhe)
- elektromotoorjõu ( klemmipinge ) konstantsus vooluallika tühjenemisel
- madal sisetakistus (võimaldab saada tugevat voolu)
- hea säilivus
Keemilised vooluallikad
_ Kui tegemist on akuga ( korduvat laadimist ja tühjendamist võimaldava galvaanielemendiga), siis on
olulised veel:
- maksimaalne laadimis- ja tühjendamiskordade arv
- väike isetühjenemine
Pikka aega jäid akude erimahtuvused ühekordse kasutusega elementide omadele alla. Viimastel aastatel on aga akude erimahtuvused üha kasvanud ja sageli ületavad sama suurusega akude mahtuvused tavaliste „patareide“ oma.
Nominaalne klemmipinge (elektromotoorjõud) iseenesest ei näita ühe või teise keemilise vooluallika tüübi headust. Kõrgema summaarse pinge saamiseks võib alati ühendada mitu elementi järjestikku (näiteks 9 V patareid sisaldavad tüüpiliselt 6 elementi elektromotoorjõuga 1,5 V).
Konkreetse vooluallika klemmipinge on aga seotud temasse jäänud energiahulgaga. Seda seost kasutatakse näiteks mobiiltelefoni aku laetuse indikaatorites.
Leeliselement („alkaline“ patarei ) Erinevus on elektrolüüdis, milleks on tugev leelis , näiteks KOH
Eelised: suurem erimahtuvus (ained kasutatakse täielikumalt ära); pikem säilivusaeg (leelis ei korrodeeri tsinki sama tugevasti kui happeline NH4Cl); ühtlasem klemmipinge kasutamisel (OH– kontsentratsioon on püsiv).
Puudused: keerukam toota (ranged nõuded lekkekindlusele); kallim.
Liitiumelement (liitiumpatarei) _
Eelised: kerge (liitiumi tihedus on väike), väga pika säilivusajaga. Sobib kasutamiseks kohtades, kus voolutarve on väike, aga voolu on vaja pika aja vältel.
Puudused: kallis; pinge on „mittestandardne", mistõttu laiatarbekaubana ei müüda standardset mõõtu (AA, AAA, jne) liitiumpatareisid, sest need ei oleks kasutatavad 1,5 V patareide asemel.
Pliiaku ( autoaku )
Aku laadimisel toimuvad reaktsioonid elektroodidel vastassuunas , nimetused „ anood "
ja „ katood " vahetavad kohad.
Klemmipinge umbes 2 volti . Tüüpilises autoakus on 6 järjestikku ühendatud elementi summaarse pingega 12 volti.
Eelised: suur mahtuvuse/ruumala suhe; suur laadimiskordade arv; võime anda väga tugevat voolu; vastupidavus kuumusele, jne.
Puudused: suur mass; happe lisamise vajadus (välditav konstruktsiooni täiustamisega); plii on mürgine ja väävelhape korrodeeriv.
Liitium - ioonakud
Anood: Li sisaldav süsinik
Katood: Li sisaldav sulam või ühend, näiteks LiCoO2
_ Anoodi ja katoodi vahel on spetsiaalsest polümeerist eralduskiht, mis sisaldab orgaanilist elektrolüüti. Mõnede konstruktsioonilahenduste puhul nimetatakse akut ka liitium-polümeerakuks.
_ Tühjenemisel ja laadimisel liiguvad Li+ ioonid läbi eralduskihi ühelt elektroodilt teisele.
_ Anoodil: Lix/ grafiit _ Li+ + e + Lix-1/grafiit
_ Katoodil: Li+ + e + Li1-xCoO2 _ LixCoO2
_ Üks Li- ioon aku element annab 3,7 V klemmipinge, seetõttu paljudes rakendustes piisab ühestainsast elemendist. Umbes sama pinge annavad kolm NiCd või NiMH elementi.
_ Eelised: kerge; ei sisalda toksilisi materjale; suurim erimahtuvus siin vaadeldud vooluallikatest.
_ Puudused: kallis; liitium ja selle ühendid on keemiliselt agressiivsed; vajab aku-sisest ülelaadimise ja ohutuskontrolli elektroonikat; puudulikult valmistatud akud võivad plahvatada.
Nikkel-kaadmiumaku
_ Klemmipinge umbes 1,2 V
_ Eelised: annab suhteliselt tugevat voolu, mistõttu on eelistatud näiteks akutööriistades.
_ Puudused: kaadmiumi mürgisus.
Nikkel-metallhüdriidaku (NiMH
aku)
_ Klemmipinge umbes 1,2 V.
_ Kasutusel vanemates mobiiltelefonides. Saadaval on ka tavaliste patareide (AA jms) mõõtmetega NiMH akud, mis viimasel ajal on sellelt alalt välja tõrjunud NiCd akud.
_ Eelised: suur erimahtuvus; suhteliselt kerge; vähem toksiline kui NiCd aku.
_ Puudused: suhteliselt kiire isetühjenemine; kallim kui eelpool loetletud akud.
Kütuselemendid
_ Kütuse oksüdeerimisel eraldava energia arvel => elektrienergia
_ Kütusena: erinevaid gaasilisi või vedelaid aineid (H2, CH4, CH3OH ).
_ Redutseerijat ja oksüdeerijat tuuakse elementi pidevalt juurde ning saadused viiakse välja.
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.
Metallide korrosioon
_ Korrosioon toimub õhus, looduslikes vetes ja pinnases.
_ Metallidekorrosioon on iseeneslikult kulgev oksüdatsioon.
_ Korrosioon on alati redoksreaktsioon.
_ Keemiline korrosioon
Keemilise korrosiooni puhul hävib metall ümbritseva keskkonna mõjul iseenesest, kusjuures metall reageerib keemiliste ainetega osaliselt. Keemiline korrosioon esineb mitteelektrolüütide ( bensiin , nafta , õlid) kokkupuutel metalliga. Elektrokeemilist korrosiooni iseloomustavad järgmised kaks tingimust:
_ Kokkupuutes peavad olema kaks metalli või metall ja mittemetall või metall ja keemiline ühend.
_ Keskkond peab olema elektrolüüt (ka nõrk elektrolüüt).
Materjalide omadused: füüsikalised
_ Tihedus – loomuliku struktuuriga materjali mahu ühiku mass (ei arvestata poore)
_ Poorsus – pooride maht tahkes kehas
_ Veeimavus – kapillaarjõudude toimel materjali imendunud vee hulk
_ Hügroskoopsus – omadus imada niiskust (õhu-) keskkonnast
_ Ilmastikukindlus – materjali vastupidavus väliskeskkonna igasugusele mõjule
_ Külmakindlus: omadus taluda veega täisimbunult paljukordset vahelduvat külmumist ja ülessulamist ilma lagunemata
_ Veekindlus – omadus takistada vee läbitungimist
_ Adsorbtsioon ja sedimentatsioon
Mehaanilised omadused (materjalide käitumine välisjõudude toimel)
_ Tugevus – võime purunemata taluda pingeid (jaotatakse habrasteks ja sitketeks).
_ Survetugevus : haprad materjalid, mis purunevad ilma nähtavate deformatsioonideta.
_ Paindetugevus : materjalid, mis töötavad paindele.
_ Kuluvus : omadus lagunemata vastu pidada hõõrdumisele (põrandamaterjalid, masinate osad jne)
_ Löögikindlus: isel. materjali käitumist dünaamilise koormamise tingimustes (põranda- ja teekattematerjalid).
_ Deformatsioon – materjali kuju või pikkuse muutus, mis tekib välisjõudude toimel.
Looduskivid : suurema või väiksema homogeensusega mono - või polümineraalse koostisega mineraalne mass (looduslik moodustis, mis on homogeenne oma keemiliselt koostiselt või füüsikalistelt omadustelt).
Tardkivimid tekivad Maa süvakoore ja vahevöö kivimite ülessulamisel tekkinud tulivedelast magmast kristalliseerumisel.
_ Osa magmakivimeid – süvakivimid, tarduvad maakoores mitmesuguse suuruse ja kujuga lasunditena.
_ Vulkaanilised e.purskekivimid tekivad aga maapinnal vulkaanide kaudu välja voolanud laavast.
Settekivimite teke algab maapinnal murenenud kivimitest pärit pudeda kruusa, liiva, savi jt setete kuhjumisega ( liivakivi , lubjakivi).
Tsement (saksa keeles Zement caementum "purustatud kivi, kivipuru") on hüdrauliliste sideainete hulka kuuluv laialtkasutatav ehitusmaterjal
Füüsikaline keemia
Füüsikaliseks keemiaks nimetatakse teadusharu , mille uurimisobjektiks on aine ehitus ja keemiliste protsesside
kulgemise üldised füüsikalised seaduspärasused.
_ Füüsikaline keemia on ka keemilise tehnoloogia teoreetiline baas (katalüüs, adsorptsioon , aurustumine , sulamine , difusioon, elektrolüüs jne).
Termodünaamika on teadus energia muundumistest.
Siseenergia (U)
Süsteemi summaarset võimet teha tööd nimetatakse tema siseenergiaks U.
Siseenergia ühikuks on džaul (J).
Siseenergia on süsteemi koguenergia.
Siseenergia muutusega, näiteks gaasi kokkusurumisel,
kaasneb reeglina molekulide kineetilise ja potentsiaalse energia muutus. Kineetiline energia muutub, kuna molekulide liikumise kiirused kasvavad, samuti kasvab molekulide pöörlemise kiirus. Termodünaamikas mõistetakse soojuse all energiat, mis kantakse üle tänu temperatuuri erinevusele – energia voolab soojusena kõrgema temperatuuriga ruumiosast madalama temperatuuriga ossa .
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.
Termodünaamika II seadus
_ 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 _S arvutada
valemist:
Toodud valemis tähistab qrev soojuse pöörduvat ülekandmist – keskkonna temperatuuri lõpmata väike tõstmine muudaks soojuse ülekande suunda.
_ Entroopia on olekufunktsioon – süsteemi korrapära (või korrapäratus) ei sõltu vastava oleku saavutamise teest.
_ Tööd kulumata ei saa soojust üle viia külmemalt kehalt soojemale.
_ Isoleeritud süsteemi entroopia kasvab ajas. Termodünaamika III seadus
_ Korrapärase kristallistruktuuriga puhta aine entroopia absoluutsel nulltemperatuuril on võrdne
nulliga.
_ See seadus annab aluse ainete absoluutsete entroopiate leidmiseks.
_ Kui T > 0, on molekulidel rohkem võimalusi erinevalt paikneda ja järelikult on iga aine entroopia T > 0 korral
suurem kui 0.
Vabaenergia
_ Lihtsam oleks seda teha, kui peaks arvestama reaktsiooni hindamiseks vaid ühe parameetriga.
_ Selliseks parameetriks on Gibbsi vabaenergia (konstantsel rõhul ja temperatuuril). G = H -TS
_ Gibbsi vabaenergia on olekufunktsioon.
_ Gibbsi vabaenergia absoluutväärtust ei saa mõõta, küll aga tema muutust.
Keemiline tasakaal
_ Pöörduvate reaktsioonide korral: Kui tingimused ei muutu, kulgevad reaktsioonid olekuni, kus vastassuunaliste reaktsioonide kiirused saavad võrdseks, ainete kontsentratsioonid enam ajas ei muutu ja tekkinud segus on sõltuvalt tingimustest rohkem või vähem kõiki reaktsioonis osalevaid aineid = TASAKAAL
Keemiline tasakaal
_ Keemilise tasakaalu tunnused:
– toimuvad nii päri- kui vastassuunaline reaktsioon;
– mõlemad nimetatud reaktsioonid toimuvad võrdse kiirusega.
_ Lihtsaim viis tasakaalu kindlakstegemiseks on lisada lähteainet või produkti – tasakaalu korral on mõne aja möödudes suhtelised kontsentratsioonid samad kui enne lisamist.
Le Chatelier ' printsiip
_ Dünaamilises tasakaalus olev süsteem reageerib talle avaldatud mõjule nii, et tasakaal nihkub selle reaktsiooni suunas, mis toimub vastu tekitatud muutusele (et vähendada seda välist mõju):
– reagentide lisamine või eemaldamine;
– rõhu suurendamine või alandamine ;
– temperatuuri tõstmine või alandamine.
Reaktsiooni suund
_ kui Q=K, siis süsteem on tasakaalus
_ kui QK, siis reaktsioon kulgeb
Tasakaalulised protsessid
_ Keemilised reaktsioonid – tasakaal vastavalt tasakaalukonstandi väärtusele (päri-ja vastassuunalise reaktsiooni kiirused võrdsed)
_ Aurustumine – küllastunud auru rõhk lahuse kohal on tasakaalu tingimustes konstantne suurus
_ Lahustumine :
Süsteemid ja ümbritsev keskkond
_ Termodünaamika baseerub eksperimentidel, kus energia muundub ühest vormist teise ja kandub ühelt kehalt
teisele.
_ Termodünaamika uurib süsteemide omadusi.
_ Asjast selgema pildi saamiseks jagatakse maailm kaheks:
– süsteem on see osa, millest oleme huvitatud (keha, mida saab ümbritsevast keskkonnast eraldada ja eksperimentaalselt uurida);
– kõik ülejäänu on ümbritsev keskkond. Süsteem võib olla:
– avatud (toimub aine- ja energiavahetus süsteemi ja keskkonna vahel)
– suletud (toimub ainult energiavahetus)
– isoleeritud (ei toimu mingit vahetust)
Süsteemid
_ Homogeensed – süsteemi omadused on kõikides süsteemi osades samad või muutuvad ühest kohast teise üleminekul pidevalt.
_ Heterogeensed – koosnevad mitmest erisuguse omadusega osast (ehk faasist).
_ Faas - ühtlase koostisega ja konkreetses olekus olev süsteemi osa, mis on teistest faasidest eraldatud
piirpinnaga.
Faasisiire ehk faasiüleminek on aine üleminek ühest faasist teise (ilma keemilise koostise muutumiseta).
_ jää sulamine, grafiidi muundumine teemandiks
Faasi ülemineku määratavad faktorid
_ jõud molekulide/ioonide/aatomite vahel (van der Waalsi jõud, keemiline side);
_ vesiniksidemed;
_ osakeste mass ( aatommass või molekulmass);
_ osakeste kuju.
Aurustumine – vedeliku üleminek gaasilisse olekusse, energia neeldub Edasisel jahutamisel vesi kondenseerub: tekib udu või kaste.
Külmumine
_ Rõhu tõstmisel külmumistemperatuur reeglina tõuseb.
_ Tänu jää mahukale vesiniksidemetega struktuurile on
vesi anomaalne :
– rõhu tõstmisel vee külmumistemperatuur langeb.
Sublimeerumine
_ Sublimeerumine on aine üleminek tahkest olekust gaasilisse ilma vedelat olekut läbimata.
_ Kergesti sublimeeruvate ainete kohal saab mõõta aururõhku samuti kui vedelike kohal.
_ Sublimeerumiseks kuluvat energiat nimetatakse
sublimatsioonisoojuseks.
Kriitiline temperatuur – temperatuur, mille korral auru ja vedeliku tihedus on võrdsed (ei saa eristada vedelat ja
gaasilist faasi)
Lahus
_ Lahus on kahest või enamast komponendist (lahustunud ained, lahusti) koosnev homogeenne süsteem.
Lahustumine
_ Lahustumisel lähevad lahustuva aine osakesed lahusti faasi, andes homogeense segu – lahuse.
_ Aine lahustuvusel teises aines on reeglina piirid.
_ Lahustuvus – küllastastanud lahuse kontsentratsioon.
_ Küllastunud lahus on lahus, milles on lahustunud maksimaalne
võimalik kogus lahustunud ainet. Sarnane lahustab sarnast. Reeglina on antud aine lahustamiseks parimad solvendid need, mis sarnanevad ainega eelkõige oma polaarsuselt.
– Vesi kui polaarne solvent sobib hästi polaarsete , ioonsete ja vesiniksidet andvate ainete lahustamiseks.
– Mittepolaarsete ainete (nt vahad) lahustamiseks sobivad hästi heksaan ja tetrakloroeteen. Osmoos on nähtus, kus solvent tungib läbi poolläbilaskva membraani kontsentreeritumasse lahusesse.
Pöördosmoos
_ Rakendades soola lahusele suuremat rõhku kui osmootne rõhk, saab sundida lahusti molekule üle
minema läbi poolläbilaskva membraani puhtasse lahustisse.
Binaarsed vedelike segud
_ Reeglina on sellised segud tõelised lahused , kuid traditsiooniliselt nimetatakse neid sageli ka segudeks.
_ Vaatleme lihtsat binaarset segu, mis koosneb benseenist ja tolueenist.
_ Kuna ainete struktuurid on sarnased, võib eeldada, et tegu on ideaalse lahusega, s.t mõlemad komponendid käituvad vastavalt Raoult 'i seadusele.
Mitteideaalsed segud
_ Enamus segusid ei ole ideaalsed. Seetõttu on ka erinevad tulenevalt Raoult'i seadusest. Kõrvalekalded võivad olla mõlemas suunas:
– aururõhk suurem kui ennustatud – positiivsed kõrvalekalded ( etanool / benseen );
– aururõhk väiksem kui ennustatud – negatiivsed kõrvalekalded (atsetoon/kloroform).
Solventekstraktsioon
_ Meetod lahustunud ainete segude lahutamiseks
– lahust segatakse temas mittelahustuva teise solvendiga.
_ Lahustunud ained jaotuvad kahe vedela faasi vahel, lähtudes nende lahustuvusest kummaski faasis.
_ Sarnaselt saab ekstraktsiooni läbi viia ka tahkete
ainetega nendest mõne komponendi eraldamiseks.
Kromatograafia
_ Ilmselt üks parimaid meetodeid segude lahutamiseks
_ Süsteem koosneb kahest faasist:
– liikumatu faas, milleks on tavaliselt kas tahke aine või tahke aine pinnale kantud vedelik;
– liikuv faas, milleks on gaas või vedelik, mis voolab läbi tahke faasiga täidetud kolonni.
Keemiline kineetika
_ Füüsikalise keemia osa, mis tegeleb reaktsioonide kiirustega.
_ Termodünaamika
_ Termodünaamikas vaatlesime vaid süsteemi alg- ja lõppolekut, vahepealne osa ei olnud oluline.
_ Termodünaamika iseloomustab reaktsioone soojusefekti, teostavuse ja tasakaaluoleku.
Keemiline kineetika
_ Kineetikas koondub põhitähelepanu just sellele vahepealsele osale.
_ Kineetika määrab, millise kiirusega reaktsioonid toimuvad.
_ Kui kiiresti toimub reaktsioon?
Kuidas keemilised reaktsioonid toimuvad?
_ Selleks, et keemilised reaktsioonid toimuksid on vaja aktiivsete osakeste kokkupõrkeid
_ Selle tulemusena toimub aatomitevaheliste keemiliste sidemete tekkimine ja katkemine
_ Keemiliste sidemete lõhkumiseks kulutatakse energiat
_ Keemiliste sidemete tekkimisel eraldub energiat ja osakesed lähevad püsivamasse olekusse
Reaktsiooni kiirus sõltub:
_ reaktsioonist osavõtvate ainete kontsentratsioonist
_ olekust
_ peenestusaste
_ temperatuurist
_ katalüsaatoritest
_ rõhust (gaaside puhul)
Reaktsiooni kiiruse määramine
_ Sõltub reaktsiooni kiirusest:
– kiired reaktsioonid – toimuvad 50% ulatuses vähem kui 10 sekundi jooksul;
– aeglased reaktsioonid.
_ Aeglaste reaktsioonide korral saab kasutada tavalisi TD meetodeid:
– ajahetkel t võetakse proov , milles määratakse reagendi või produkti kontsentratsioon;
– sageli tuleb analüüsi tegemiseks reaktsioon peatada (inhibiitori või temperatuuriga).
_ Tänapäeval eelistatakse reaktsioonisegu pideval analüüsil (potentsiomeetrilisel, spektrofotomeetrilisel jms) põhinevaid meetodeid, mis registreerivad otse kontsentratsiooni muutuse ajas.
_ Kiirete reaktsioonide korral eelpool nimetatud kiiruste määramise meetodid ei tööta, kuna pole tagatud
– reagentide piisavalt kiire segunemine;
– kineetilise kõvera piisavalt kiire registreerimine.
_ Kasutatakse spetsiaalseid seadmeid.
– Peatatud joa meetod.
Reaktsiooni järk on 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
Esimest järku reaktsioon
_ Esimest järku reaktsiooni korral toimub reaktsiooni käigus reaktsiooni tunduv aeglustumine.
_ Esimest järku reaktsiooni korral saame lineaarse graafiku kontsentratsiooni logaritmi sõltuvusest ajast.
_ Esimest järku reaktsiooni saab iseloomustada ka poolestusajaga t 1/2, kuna see on konstantne.
Teist järku reaktsiooni korral on reaktsiooni kiirus proportsionaalne lähteaine kontsentratsiooni ruudu või kahe lähteaine kontsentratsioonide korrutisega.
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.
Reaktsioonimehhanismid
_ Iga keerulise reaktsiooni saab jagada elementaarreaktsioonideks, mis vastavad reaktsiooni
elementaaraktile.
_ Elementaarreaktsioonide järjestust, mis viib produkti tekkeni nimetatakse reaktsiooni mehhanismiks.
Kiirus ja tasakaal
_ Keemilisele tasakaalule vastab olukord, kus päri- ja vastassuunalise reaktsiooni kiirused on võrdsed.
_ Seega tasakaalukonstant on päri- ja pöördsuunalise reaktsiooni kiiruskonstantide jagatis.
Katalüüs
_ Katalüsaator on aine, mis kiirendab reaktsiooni, ise reaktsiooni käigus ära kulumata
_ Negatiivne katalüsaator on inhibiitor
_ Inimorganismis ensüümid: katalüüsivad kindlaid reaktsioone
_ Katalüsaator toimib reeglina reaktsioonimehhanismi muutmise kaudu
– Homogeenne katalüüs (reageerivad ained ja katalüsaator on samas faasis)
– Heterogeenne katalüüs (reageerivad ained ja katalüsaator moodustuvad erinevad faasid ehk protsess toimub faaside piirpinnal)
Analüütiline keemia
_ Analüütilise keemia ülesandeks on ainete, ainete segude ja mitmesuguste materjalide, mis moodustavad keemilise süsteemi, koosseisu ja struktuuri määramine ja selleks vajalike meetodite väljatöötamine ja
rakendamine.
_ Aineid saab iseloomustada kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostise kaudu (esimesel juhul püütakse leida millised ained esinevad segus, teisel juhul püütakse leida nende ainete omavahelist vahekorda või kogust.
_ Elementaaranalüüs on kvalitatiivse analüüsi alajaotus, mis uurib millistest aatomitest koosnevad molekulid, mis kuuluvad uuritava aine koosseisu. N.: vees H2O sisalduvad vesiniku ja hapniku aatomid.
_ Struktuuranalüüs on analüüsimeetod, mis püüab määrata kui kaugel on aatomid üksteisest, kuidas nad on omavahel seotud, milline on nende ruumiline paigutus molekulis, milline on keemiline side. Iseloomustatakse ka
keemilise sideme tüüpi ja stabiilsust.
Analüütilised meetodid – kuidas ja mismoodi analüüsi teostada.
_ Keemilised meetodid – uuritava aine määramiseks on vajalik keemilise reaktsiooni läbiviimine.
_ titrimeetria – kvantitatiivse koostise määramiseks e. mahtanalüüs.
_ gravimeetria e. kaalanalüüs e. kaalumismeetod – leitakse aine koostis sademe kaalu/massi kasutades.
_ Eraldusmeetodite kasutamisel võib ka aineid enne analüüsi teostamist eraldada.
Füüsikalised meetodid – kasutatakse aparatuuri, millega uuritakse aine füüsikalisi omadusi.
_ Spektroskoopilised meetodid – kasutatakse ainete omadust kiirata/neelata elektromagnetilist kiirgust.
_ Emissioonspektrid – aine aatomite, molekulide ergastamisel toimub valguse kiirgumine.
_ Röntgenspektrid – nende saamisel kasutatakse röntgenkiirgust.
_ Mass- spektrid - tekivad ainete ioniseerimisel kiirete elektronidega vaakumis .
_ tuumafüüsikalised e. radiokeemilised meetodid – ainete kiiritamine elementaar- osakestega, näiteks prootonite või neutronite vooga.
_ isotoopide analüüs tegeletakse isootopide olemasolu ja koostise selgitamisega.
Füüsikalis-keemilised meetodid – keemilise reaktsiooni läbiviimine ja sellel tekkinud produktide
uurimine füüsikaliste meetoditega.
_ elektrokeemilised meetodid - polarograafiline , amperomeetriline, produkti/aine asetamine elektrokeemilisse
rakku ning tema omaduste uurimine kasutades elektrivälja.
_ fotomeetrilised meetodid - põhinevad ainete optilistel
omadustel.
_ kineetilised - põhinevad reaktsiooni kiiruse mõõtmisel.
_ luminestsentsanalüüs – aine molekulide kiiritamisel valgusega hakkavad nad kiirgama suurema lainepikkusega valgust.
Keemilised reaktiivid
_ Keemilised reaktiivid on ained, millega teostame keemilisi reaktsioone. Neid võib kasutada ainete sünteesimiseks või analüüsiks.
_ Reaktiivi võib loomustada põhiaine sisalduse järgi:
_ Puhasteks võib nimetada aineid, milles põhiaine sisaldus on 90-95%.
_ Analüütiliselt puhasteks aineteks on aineid, milles põhiaine sisaldus on 99%.
_ Keemiliselt puhasteks aineteks loetakse aineid, milles põhiaine sisaldus on 99,9%.
_ Kontsentratsioonide väljendamiseks on väga mitmesuguseid mooduseid näiteks molaarsus, protsendiline kontsentratsioon, lisandi kogus põhiaines (ppm, ppb).
_ Keemilistest reaktiividest valmistatakse lahuseid, mille kontsentratsiooni saab iseloomustada kasutades protsendilist kontsentratsiooni, molaarsust, aine kogust (μg, mg, g) lahusti massi (g, kg) või ruumalaühiku kohta (cm3, dm3).
Ainete analüütilised omadused
_ Aine värvus, elektromagnetkiirguse emiteerimise võime, lõhn.
_ Otseselt ei ole aine analüütilised omadused – tihedus, viskoossus, pindpinevus .
_ Aine analüütiline omadus peab olema intensiivne - juba aine väikese koguse muutumisel, märkame aine analüütilise omadus intensiivsuse muutust. N: optiline tihedus.
_ Püsivus - aine analüütiline omadus peab olema ajas püsiv ja korratav.
_ Analüütilised omadused ilmnevad aine füüsikalistes parameetrite muutusena ja eekõige keemilistes reaktsioonides aine ja reagendi vahel.
Reaktsioonid toimuvad teatud tingimustel:
_ reaktsioonid peavad olema spetsiifilised , selektiivsed;
_ stöhhiomeetrilisus - ained peavad reageerima kindlates vahekordades;
_ intensiivsus - reaktsioon peab olema piisavalt tundlik. Peab saama määrata ka väikeseid ainehulki.
_ püsivus - ei tohi olla kõrvalreaktsioone.
Gravimeetria
_ Gravimeetrilised analüüsimeetodid on kvantitatiivsed analüüsimeetodid, mis baseeruvad puhta aine massi
määramisel
_ Gravimeetriline meetod on üks vanimaid, lihtsamaid ja töömahukamaid meetodeid.
_ Gravimeetrilised meetodid jagunevad:
– Sadestusmeetodid
– Aurustusmeetodid
Sadestusmeetodid
_ Analüüsitav objekt (proov) lahustatakse
_ Lahusele lisatakse reaktiivi, mis moodustab
analüüdiga rasklahustuva ühendi
– seda reaktiivi nimetatakse sadestusreaktiiviks
– seda rasklahustuvat ühendit nimetatakse
sadestusvormiks
_ Rasklahustuv ühend sadestatakse
_ Sade kogutakse, pestakse ja kuivatatakse
_ Vajadusel sademe koostist muudetakse
_ Lõpuks sade kaalutakse
– Sadet sellisel kujul, nagu ta läheb kaalumisele,
nimetatakse kaaluvormiks
Sadestus- ja kaaluvorm
_ Sageli on sadestusvorm ja kaaluvorm üks ja sama:
– nikkeldimetüülglüoksimaat
– hõbekloriid
_ Vahel on nad erinevad:
– Kaltsiumi määramisel sadestatakse kaltsium oksalaadina, kuid kaalutakse oksiidina. Muundamine
viiakse läbi kuumutamisel kõrge temperatuuri juures
Aurustusmeetodid
Aurustusmeetodid on gravimeetrilised meetodid, mille puhul analüüt aurustatakse proovist välja
Jaotatakse:
– Otsesed : lendunud analüüt püütakse kinni ja kaalutakse
– Kaudsed: Määratakse proovi massi vähenemist
_ Neid kasutatakse küllalt palju niiskusesisalduse
Määramiseks
Hape -alus tiitrimine
_ Kaudsed määramised – titrandiks sobib hape, alus või sool.
_ Meetod võimaldab määrata happe, aluse omadustega ainete kontsentratsiooni.
_ Indikaatorid – happed või alused, muudavad värvust vastavalt olekule - valguse neeldumine muutub.
_ Kui värvus muutub, st on segavärvus siis see ala on indikaatori pöördeala.
_ Tiitrimiskõver aitab valida indikaatorit ja hinnata tiitrimise viga.
Redokstiitrimine
_ Põhineb redoksreaktsioonil, uuritav aine peab omama oksüdeerija või redutseerija omadusi.
_ Tugevad oksüdeerijad tuleks enne vesilahusesse viimist panna reageerima sobiva reagendiga, et saaks tiitrida.
_ Puhtal kujul tugevad oksüderijad lagundavad vett.
_ Tingimused:
_ 1. Reaktsioon peab olema stöhhiomeetriline.
_ 2. Redokspotensiaal peab sobima vastava solvendiga;
_ 3. Redoksprotsess peab antud tingimustes kulgema lõpuni, et saaks määrata
_ söhhiomeetria punkti;
_ 4. Reaktsioon peab kulgema piisavalt kiiresti, redoksreaktsioon on tavaliselt
_ mitmeastmeline , nõuab katalüsaatorit;
_ 5. Peab olema võimalik fikseerida stöhhiomeetria punkt. Redokstiitrimise näide
_ Üheks redokstiitrimise näiteks on jodomeetria: jood lahusele redutseerija lisamine kasutades tärklist
indikaatorina.
_ Jood moodustab tärklisega intensiivse sinise kompleksi.
_ Joodi saab näiteks tiosulfaadi (S2O32-) abil jodiidiks redutseerida. Kui kogu jood on reageerinud , siis kaob ka
lahuse sinine värv.
_ Tavaliselt on joodi muutumine jodiidiks viimane aste reaktsioonide jadas.
_ Esimeste reaktsioonide käigus viiakse uuritava aine (tundmatu) kogus vastavusse joodi teadaoleva
Kogusega
Permanganomeetriline tiitrimine: permanganomeetria
Mõõtelahuseks on kaaliumpermanganaadi lahus 6
Redokstiitrimise näide
_ Üheks redokstiitrimise näiteks on jodomeetria: joodi lahusele redutseerija lisamine kasutades tärklist indikaatorina.
_ Jood moodustab tärklisega intensiivse sinise kompleksi.
_ Joodi saab näiteks tiosulfaadi (S2O32-) abil jodiidiks redutseerida. Kui kogu jood on reageerinud, siis kaob ka
lahuse sinine värv.
_ Tavaliselt on joodi muutumine jodiidiks viimane aste reaktsioonide jadas.
_ Esimeste reaktsioonide käigus viiakse uuritava aine (tundmatu) kogus vastavusse joodi teadaoleva kogusega.
Tiitrimise lõpp-punkti määramiseks kasutatakse
redoksindikaatorit, mille värvimuutus toimub Eredoks juures, mis asub tiitrimiskõvera Lp läheduses
Tiitrimiskõvera arvutamise aluseks on Nernsti
võrrand.
Permanganomeetriline tiitrimine: permanganomeetria
Mõõtelahuseks on kaaliumpermanganaadi lahus KMnO4. Tiitritakse tavaliselt happelises lahuses:
MnO4 - + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O Eo = 1,51V
lilla värvitu 0,5 ppm = 0,5g KMnO4:1 000 000 g H2O ehk 0,0003M
Indikaatoriks on KMnO4 lilla värv Värvus skaala piirkonnas 0,5 ...100 ppm
KMnO4 lahusega saab tiitrida H2O2 , Fe2+, (COO)22-, kaudselt Ca2+, looduslikus vees redutseerijate sisaldust s.o.hapniku tarvet jt.
MÕISTED
I Faasid- ruumiliselt üksteisest eraldatud homogeensed süsteemiosad.(
Faasisiire e. Faasiüleminekud on aine üleminek ühest faasist teise. Faasiüleminek toimub, kui on tegemist aine agregaatoleku või kristall-modifikatsiooni muutustega. (faasiüleminekud toimuvad kindlal temperatuuril ja rõhul.
Keemistemperatuur - temp. Mille korral aururõhk saab võrdseks välisrõhuga.(mida madalam rõhk seda madalam keemistemp .)
Aurustumine ja kondenseerumine- Iga vedeliku ja ka (tahkeaine)kohale tekib tema aur. Osa vedeliku molekulidest läheb gaasilisse faasi ja sealt uuesti vedelikulisse faasi. Gaasi vedeliku kohal nim. auruks. Kui aurustumine ja kondenseerumine saavad võrdseks siis jõuab süsteem tasakaaluolekusse.(kõrge aururõhuga aineid nim. lenduvateks.
Aururõhk- vedeliku või tahke ainega tasakaalus oleva auru rõhk. Mis iseloomustab aine molekulide konsentratsiooni aurufaasis.
Aurustumissoojus(kj/mol)- on energiahulk mis on vaja ühe mooli vedeliku aurustumiseks keemistemperatuuril.
Sulamistemp.- on temp. mille juures on tahke ja vedel faas tasakaalus rõhu 1 atm. Korral. Aine sulamissoojus on energiahulk ,mis on vajalik 1 ühe aine mooli sulatamiseks sulamistemperatuuril .(enamus tahketest ainetest tahkumisel vähendavad ruumala ja tihedus suureneb erandiks on vesi).
Sublimatsioon- nim. tahke aine üleminek gaasilisse faasi jättes samas läbimata vedelikulise faasi
Olekudiagrammid- seovad erinevate faaside püsivuspiirid suletud süsteemis. Tihti kasutatakse p-T diagrammi. Olekudiagrammilt saab määrata aine olekut erineval temp. ja rõhul samuti keemis ja sulamistemp. Erineval rõhul.
Kolmikpunkt- punkt kus tahke vedelik ja gaas on tasakaalus. Nende kõik parameetrid on selles punktis võrdsed.
Kriitiline punkt- kõrgeim rõhu ja temp. kombinatsioon, mille korral gaasifaas ja vedelikufaas on tasakaalus.
Kriitiline temp. on temp millest kõrgemal ei saa aintud aine eksisteerida vedelas olekus (374°C ja 218 atm)
Kriitiline rõhk- on vedeliku maksimaalseks võimalikuks aururõhuks. Kriitilisest temp. kõrgemal eksisteerivat olekut nim. superkriitiliseks olekuks.
Kahekomponendilised süsteemid- sageli on kasutussel diagrammid kahemõõtmelises teljestikus. Praktikas on rõhk muutumatu olles = välisrõhuga. Eksisteerivad alad kus on tasakaalus kaks faasi. Diagrammilt saab lugeda temp. antud kahest ainest koosnev segu sulab või aurustub ning milline on seejuures tekkiv auru ja vedeliku faasi koostis.
Tasakaal vedela ja aurufaasi vahel- küllastatud aur on temaga oleva vedeliku suhtes rikkam jlenduvama komponendi poolest. Maksimum ja min. keemistemp. Koostis diagrammil vastavad küllastatud auru ja lahuse niisugusele tasakaalule, mille juures mõlemad faasid on ühesugune koostis. Nendes punktides läheb vedelik aurumisel aurufaasi koostise muutuseta. Selliseid kahekomponendilisi segusid nim. aseotroopseteks segudeks.
Tasakaal vedela ja tahke faasi vahel-süsteemi kus koostiskomponendid vedelas faasis lahustuvad piiramatult, kuid ei lahustu tahkes faasis. Sarnased olekudiagrammid on tüüpilised mitmete anorgaaniliste ühendite vesilahuste korral, ka osade sulamite korral.sellisel diagrammil esineb eutektiline punkt E. Eutektiline temperatuur on madalaim temp. , mille juures saab veel eksisteerida vedel faas.(soola ja vee eutektilisi segusid kasutatakse madalama temp. saamiseks. )
Lahuseks nimetatakse kahest või enamast ainest koosnevat homogeenset süsteemi.
Lahjendatud lahuse omadused:i) vedelik keeb temp. , mille juures tema aururõhk saab võrdseks välisrõhuga.. ii)vedeliku külmumine algab temp. mille juures vedeliku ja tahke aine aururõhud võrdsustavad. iii) kõik puhtad vedelikud külmuvad ja keevad püsiva rõhu juures kindlal temperatuuril.
Ideaalseld lahused- nende moodustamisel ei esine ruumala ega soojusefekte .
Raoult´i seadus- aine aururõhk ideaalse kohal on võrdne puhta aine aururõhk ja moolimurru korrutisega vedelas faasis. Lahuse aururõhk kui puhta lahusti aururõhk. Lahustunud ained alandavad lahuse külmumistemperatuuri. Lahuse üldine aururõhk on võrdne komponentide aururõhuga.
Lahuse külmumine ja keemine
1)Lahjendatud lahuse külmumistemp. alanemine on võrdeline lahuse molaalsusega.
2)Lahjendatud lahuse keemistemperatuuri tõus on võrdeline lahuse molaalsusega.
3)isotoonilisustegur i arvestaab mittelenduvate osakeste hulga suurenemist lahuses elektrolüüdi dissotseerumise tulemusena.
Difusioon-soojusliikumisest tingitud iseeneslik aineosakeste liikumine kõrgema kontsentratsiooniga aladelt madalama kontsentratsiooniga aladele .
Osmoos-lahusti ühesuunaline liikumine läbi poolläbilaskva membraani puhtast lahustist lahusesse.
Pöördosmoos-kui lahusele rõhku mis on suurem osmoosest rõhust, sunnitakse lahuusti molekule üle minema lahustist lahusesse.
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. Elektroodi potentsiaal. Metalli (elektroodi) viimisel selle metalli ioone sisaldavasse lahusesse algab lahuse ja metalli vahel osakeste vahetamise protsess. Aktiivse metalli, näiteks tsingi, kristallvōrest väljuvad katioonid ja siirduvad lahusesse. Elektronid jäävad metalli ja annavad
sellele negatiivse laengu.
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.
Metallide pingerida:Li, Rb, Cs, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Sc, Be, Al, Ti, Mn, Ta, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Mo, Sn, Pb,
H2 Cu, Ag, Hg, Pd, Pt, Au
Keemilised vooluallikad: Keemilised vooluallikad on galvaanielemendid, mida kasutatakse elektrivoolu saamiseks.
Akuks nimetatakse korduvat laadimist ja tühjenemist võimaldavat galvaanielementi.
Galvaanielemendid. Galvaanielemendiks nimetatakse seadeldist, milles keemilise reaktsiooni energia muudetakse elektrienergiaks. Element koosneb kahest vastavasse elektrolüüdilahusesse paigutatud elektroodist, mis on omavahel ühendatud metalljuhtmega, elektrolüüdilahused aga on ühendatud elektrolüüdisillaga (vt. joonis). Üheks näiteks võib olla element, kus tsinkplaat on tsinksulfaadi lahuses ja vaskplaat vasksulfaadi lahuses.
Galvaanielemendi elektromotoorjōud on määratud elektroodide potentsiaalide vahega (pinge elektroodide vahel):
E = Ekatood - Eanood = E oks – E red
Galvaanaelemendis on pingereas eespool asuv metall anoodiks, tagapool asuv katoodiks.Elemendi töötamisel tekkiva elektrienergia kasutamisel vōib elektrivoolu tööd w avaldada kujul
Korrosiooniks nimetatakse metallide keemilist hävimist ümbritseva keskkonna toimel. Metallide korrosiooni jaotatakse keemiliseks ja elektrokeemiliseks.
Keemiline korrosioon toimub tavaliselt kuivades gaasides või mitteelektrolüütidest vedelikes , kus metallid reageerivad otseselt agressiivsete komponentidega või oksüdeerijatega. Praktikas on see tähtis näiteks kuivas õhus kõrgematel temperatuuridel .
Elektrokeemilise korrosiooni korral koosneb protsess kahest omavahel seotud keemilisest reaktsioonist, mis toimuvad metalli kokkupuutel elektrolüüdilahusega. Anoodireaktsioonis läheb metall ioonidena lahusesse ja vabanevad elektronid.
Korrosiooni kiirus on seda suurem, mida kaugemal teineteisest asuvad pingereas galvaanilise paari moodustanud metallid. Korrosiooni mōjutab ka lahustunud elektrolüüt - mida tugevam see on, seda suurem on korrosiooni kiirus.
Elektrolüüs-ainete lagunemine elektrivoolu toimel. Anood+ ja Katood-.... Elektrolüütide vesilahused : Katoodil redutseeruvad väheaktiivsed metallid, aktiivsed metallid ei redutseeru, redutseerub vesi(H2O) 2H2O+2e→2OH- + H2 Anoodil oksüdeeruvad anioonid. Halogeenidel anoonid, tekib vastav mittemetall (NaCl vesilahus )
Aine keemilist lagunemist alalisvoolu läbijuhtimisel elektrolüüdilahusest vōi sulatatud elektrolüüdist nimetatakse elektrolüüsiks. Alalisvoolu läbijuhtimisel elektrolüütide lahusest vōi sulatatud elektrolüüdist liiguvad katioonid katoodile ja anioonid anoodile. Elektroodidel ioonid kaotavad oma laengu ja muutuvad neutraalseteks osakesteks.
Elektrolüüsiprotsesside detailsemaks käsitlemiseks liigitatakse elektrolüüsi järgmiselt:
1) elektrolüüs sulatatud soolades,
2) elektrolüüs vesilahustes inertsete elektroodidega
3) elektrolüüs vesilahustes metallelektroodidega.
1. Sulatatud soolade elektrolüüsil redutseerub katoodil metall ja anoodil oksüdeerub anioon.
2. Elektrolüütide vesilahuste elektrolüüsil vōtavad elektrolüüsiprotsessist osa ka vee molekulid. Inertsed elektroodid esinevad elektrolüüsiprotsessis ainult laengute edasikandjatena ja ise protsessi käigus keemiliselt ei muutu.
3. Metallelektroodide kasutamise korral soolade vesilahuste elektrolüüsil on eriti oluline anoodi materjal. Kasutatakse lahustuvaid (Cu, Zn, Ni) ja mittelahustuvaid anoode.
Orgaaniliste ainete liigitus: Süsivesinikud- sisaldavad ainult C ja H aatomeid. Funktsionaalrühmi sialdavad ühendid- sisaldavad lisaks O, N ka teisi aatomeid.
Alkaan
Nimetus Alkaan
Nimetus
CH4
etaan
C6H14 heksaan
C2H6 etaan C7H16 heptaan
C3H8 Propaan
C8H18 oktaan
C4H10 butaan
C9H20 nonaan
C5H12 pentaan
C10H22 dekaan
Alkaanide omadused: 1)põlemine- metaan , bensiin 2)Pürolüüs- krakkimine 3)halogeenimine- CH4+Cl2→CH3Cl+HCl 4) vees halvasti lahustuvad
Alkeenid- süsinike vahel kaksikside ; Alküünid- süsinike vahel kolmikside
Aromaatsed süsivesinikud ehk AREENID n: benseen
Hapnikku sisaldavad orgaanilised ühendid: Alkohol R- OH - ool; Fenoolid Ar-OH – fenool; Eetrid R-O-R – eeter; Aldehüüdid R-CHO - aal; Ketooonid R-CO-R -oon; Karboksüülhape R-COOH -hape; Estrid R-COO-R - ester ;
Polümeer on kõrgmolekulaarne ühend, mille makromolekul koosneb korduvatest väiksematest struktuuriühikutest - monomeeridest. Näiteks: monomeeri eteeni CH2=CH2 polümerisatsioonil saadakse polüetüleen(-CH2-CH2-)n
n- polümerisatsiooniaste ehk liitunud monomeeride arv.
Polümeeride füüsikalis-keemilised omadused on määratud suuresti ahela geomeetriaga: lineaarsed polümeerid lahustuvad orgaanilistes lahustites ja kuumutamisel sulavad. Ruumilised ei lahustu ega sula. Hargneva ahelaga käituvad väga erinevalt. Mida vähem on kõrvalahelaid, seda suurem on sarnasus lineaarse ahelaga polümeeri omadustele. Polümeeri pikk ahel ei ole tavapäraselt sirges olekus, vaid on ümbritsevate molekulide mõjutuste tõttu keerdunud puntraks. Polümeeride olekut iseloomustab molekulide pakkimuse kord ning tihedus . Esindajad: Polüetüleeni ; Polüstürooli; Polüvinüülkloriidi (PVC); Polütetrafluoroetüleen; Kautšukid saadakse dieenide polümerisatsioonil ja neil on põhiahelas kaksikside; Polüamiidid ;
Pihussüsteemid-kaheest või enamast faasist koosnevad süsteemid kus üks on ühtlaselt pihustuna jaotunud teisele. Osakeste kogupindala ja ruumala suhe suur.Süsteem kus üks aine on pihustunud ja ühtlaselt jaotunud nim. pihussüsteemiks ehk dispergeeritud süsteemideks. Pihussüsteemi liigitus
Pihustatud faas
Pihuskeskkond
Nimetus
Vedel , Tahke
gaas
Aerosool
Gaas, Vedelik, Tahke
vedelik
Vaht , emulsioon , suspesioon, sool
Gaas, vedelik, Tahke
tahke
Tahke vaht, tahkt emulsioon, tahke sool
Pihustatud aine peenestusastme järgi jaotatakse süsteeme:jämepihus osakeste diam. >10-6m; kolloidsüsteemid 10-9.....10-6m; tõelised lahused