Rakenduskeemia kordamisküsimused (0)

Rakenduskeemia . KORDAMISKÜSIMUSED 
 
SISSEJUHATUS 
1.  Mis elementi saab toota uriinist? Kirjeldage eksperimenti. 
Uriinist  saab  destilleerimise  teel  toota   fosforit .  Fosfori  avastas   1669 .  aastal  Saksa  keemik  Hennig  Brand.  Ta 
eksperimenteeris  uriiniga,  mis  sisaldab  märkimisväärsetes   kogustes   lahustunud  fosfaate.   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 võrrand. 
1766 .  aastal  avastas  inglise   füüsik   ja  keemik   Henry   Cavendish  vesiniku,  lisades  metalli  (Zn)  happesse.  Nähes 
vedelikus  tekkinud mulle, otsustas Cavendish  isoleerida  reaktsioonist tekkinud õhulaadse toote (divesiniku), mis 
põlema pannes  plahvatas  ( gaasi algne nimetus „ põlev  õhk“) 
 Võrrand: 2H2 + O2 = 2H2O 
 
3. Keda peetakse kaasaegse keemia isaks ja miks? 
Antonie  Lavoisier , kes tõestas erinevate keemiliste elementide olemasolu (kummutas tol ajal  kehtinud  arusaama, 
et  eksisteerivad  vaid  4  põhielementi  –  maa,  tuli,  õhk  ja  vesi).  Lavoisier'  kõige   kuulsamad   ja  tähtsamad  tööd 
käsitlevad  põlemisreaktsioone,  mida  ta  uuris,  kasutades   hermeetiliselt   suletavaid  nõusid  ning  kaaludes 
reaktsiooni  lähteained  ja  saadused . Nende abil näitas ta, et  põlemine  on ühinemine hapnikuga. Ta demonstreeris 
ka hapniku rolli roostetamises ning loomade ja taimede  hingamises . Koos  Pierre -Simon  Laplace 'iga näitas ta, et 
hingamise käigus seguneb orgaaniline materjal hapnikuga. Need  1774  tehtud katsed aitasid kummutada keemias 
üle  saja  aasta  valitsenud  flogistoniteooriat,  mille  järgi  põlemise  käigus  eraldub   flogiston .  1780.  aastal  lõi  ta 
põlemise hapnikuteooria. Ta kordas teiste  teadlaste  (näiteks Carl Wilhelm  Scheele  ja Joseph  Priestley ) katseid, 
kuid tõlgendas neid uutmoodi, vastavalt põlemise hapnikuteooriale. 
 
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. 
Põhilised makroskoopilisel tasemel jälgitavad omadused on värv, vorm ja suurus. Lisaks on tuvastatavad 
ka  aine  olek  (tahke,  vedelik,   gaas ),   viskoossus   (kui  aine  olek  tingib)  ning  aine  tiheduse   sõltuvus  
keskkonnateguritest. N: raua roostetamine, mee viskoossuse muutumine temperatuuri kõikumisel, vee 
ruumala suurenemine jäätumisel 
  Mikroskoopiline  tase:  aatomite  vaheliste  sidemete  muutumine  (teke,  katkemine)  jms.    N: 
oksüdatsiooniastme muutus, molekuli ehitus 
 
 
6. Selgitage millest koosneb teaduslik meetod. 
1)  Probleemi püstitamine. 
2)  Taustinformatsiooni/andmete kogumine. 
3)  Seoste otsimine andmekogumites. 
4)  Hüpoteesi(de) sõnastamine 
5)  Eksperimentaalne kontrollimine – vaatlused/katsed 
6)  Teooria formuleerimine (tulemuste analüüs ja järeldused): 
– 
kvalitatiivsed  ja  kvantitatiivsed  teooriad; 
– 
ennustused teooria põhjal; 
– 
mudelid. 
 
7. Aatomiehitus. Aatomi ehituse seosed perioodilisustabeliga. 
Aatom   koosneb  positiivse  laenguga  aatomituumast  ja  seda   ümbritsevast   negatiivselt  laetud  elektronpilvest. 
Aatomi  tuum  annab  99,9%  kogu  aatomi  massist  ning  aatomi   elektronkate   määrab  ära  aatomi  läbimõõdu. 
Aatomituum  koosneb  lähestikku  asetsevatest  nukleonidest  –  positiivse  elektrilaenguga  prootonitest  ja 
elektrilaenguta  (neutraalsetest)  neutronitest.  Prootoni  ja  neutroni  mass  on  ligikaudu  võrdsed.  Prootonite  arv 
tuumas  määrab  tuumalaengu  ja  ka  elemendi.  Neutronite  arv  antud  elemendi  tuumas  võib  varieeruda, 
põhjustades isotoopide olemasolu. Isotoopide keemilised omadused on väga sarnased.  
Kui  aatomis  on  elektrone  rohkem  või  vähem  kui  prootoneid,  siis  on  tegemist  iooniga.  Liigse  elektroniga  on 
negatiivne  ioon  ( anioon ), puuduv  elektron  on aga positiivsel ioonil ( katioon ). Kui aatomis ei ole ühtegi elektroni, 
siis on tegemist täielikult ioniseeritud aatomiga. 
Seosed  perioodilisustabeliga:  Elemendid  järjestatakse  vastavalt 
aatomnumbrile,  mis  väljendab  aatomituuma  elektrilaengut  ehk 
prootonite  arvu  tuumas  –  st,  et  neutraalse  aatomi  elektronkihi 
kogulaeng   peaks  olema  sama,  jagunedes  vastavalt  ehitusele  ära 
elektronkihtidele,  pidades  silmas,  et  1.  elektronkihil  võib  olla  kuni  2 
elektroni, 2.  kihil  kuni 8 elektroni, 3. kihil kuni 18 elektroni ja 4. kihil kuni 
32 elektroni. Näidis elektronskeemist kõrvaloleval joonisel. 
Iga keemilise elemendi  lahtris  on  lisaks elemendi tähisele üldjuhul  aatomnumber  ja  aatommass , aga  vahel on 
märgitud ka  elektronegatiivsus , väliselektronkihi konfiguratsioon jms.  
Tuumalaengu 
Aatomiraadiuse 
Metalliliste  omaduste 
Mittemetalliliste 
kasvamine 
kasvamine 
tugevnemine 
omaduste tugevnemine 
  perioodis  
 perioodis 
 perioodis 
 perioodis 
↓  rühmas 
↓  rühmas 
↓  rühmas 
↑ rühmas 
 
8. Ionisatsioonienergia. 
Ionisatsioonienergia  on  energia,  mis  kulub  elektroni  (valentselektroni)  eemaldamiseks  üksikult  aatomilt  või 
molekulilt, et moodustada katioon. Tegu on elektroni seoseenergiaga aatomis (või molekulis) - mida lähemal on 
elektronid  aatomituumale,  seda  suurem  on  aatomi  ionisatsioonienergia…  seega  mida  väiksem  on 
ionisatsioonienergia, seda meelsamini loovutab aatom (või  molekul ) elektroni ja ioniseerub. Valemi kujul oleks 
ionisatsioonienergiat  võimalik  kirjeldada  X  +  energia  →  X+  +  e−,  kus  X  on  ioniseerumisvõimeline  aatom  või 
molekul, X+ on eemaldatud elektroniga aatom ning e− on eemaldatud elektron. 
 
9. Keemiline side. 
Keemiline  side  on  viis,  kuidas  kaks  või  enam  aatomit  või  iooni  on  aines  omavahel  seotud,  moodustades  uue 
keemilise  ühendi.  Sideme  tekke  põhjuseks  võib  olla  erilaenguliste  aatomite  omavaheline  külgetõmme  või 
elektronide  jagamise  teel.  Keemiliste  sidemete  tugevused  on  väga  erinevad  –  „tugevateks  sidemeteks“  võib 
pidada kovaletseid ja ioonilisi  sidemeid , vesinikside on aga näide „nõrgast“ keemilisest  sidemest .  
 
 
 
10. Kovalentse sideme omadused. 
Kovalentne  side on on ühiste elektronpaaride vahendusel aatomite vahele moodustuv keemiline side. See esineb 
molekulides,  liitioonides  ja  kristallides.  Kuna  kovalentse  sidemega  seotud   aatomid   on  küll  omavahel  tugevalt 
seotud ning moodustavad molekuli ulatuses  tiheda terviku, ei tõmba kovalentsete sidemetega molekulid eriti 
teisi molekule ligi. See tingib järgnevad füüsikalised omadused: 
• 
Suhteliselt madal sulamis- ja  keemistemperatuur  
• 
Halb  elektrijuhtivus  
• 
Paljud kovalentsete sidemetega ained lahustuvad vees halvasti. 
 
11. Teised keemilise sideme liigid: Iooniline side, selle erinevus kovalentsest sidemest. Vesiniksideme olemus 
ja tekkimise tingimused; vesiniksideme mõju aine omadustele, selle tähtsus eluslooduses . Metalliline side.  
 
Iooniline side 
Kovalentne side 
Moodustumine 
Tekib metalli ja mittemetalli vahel.  Tekib  valdavalt  sarnaste   elektro -
Mittemetallid  on „tugevamad“ kui  negatiivsustega 
mittemetallide   
metallid  ning  suudavad  paremini  vahel. Kumbki aatom pole piisavalt 
omistada  metallidelt  elektrone.  „tugev“,  et  tõmmata   teiselt  
Kahe  vastandiooni  vahel  tekib  elektrone ära, mistõttu stabiilsuse 
tõmme   ning  moodustub  iooniline  tagamiseks  on  mõlemad  sunnitud 
side. 
väliskihil  elektrone   jagama   nii 
omavahel 
kui 
ka 
teiste 
kovalentsete  sidemetega  ainete 
vahel. 
Olek toatemperatuuril 
Tahke 
Vedelik või  gaas  
Polaarsus 
Kõrge 
Madal 
Kuju 
Kindel kuju puudub 
Konkreetse kujuga 
Sulamistemperatuur  
Kõrge 
Madal 
Keemistemperatuur 
Kõrge 
Madal 
 
Vesinikside on täiendav keemiline side, mille moodustab ühe molekuli negatiivse osalaenguga  elektronegatiivse  
elemendi  (F,  O,  N)  aatom  teise  molekuli  positiivse  osalaenguga  vesinikuaatomiga.   Vesiniksidemed   tekivad 
peamiselt ainetes, milles vesinikuaatom on kovalentselt seotud tugevalt elektronegatiivse elemendi aatomiga. 
Side tekib kas kahe molekuli vahele (intermolekulaarne) või ühe molekuli eri osade vahele (intramolekulaarne). 
Vesiniksidemeid  esineb  nii  anorgaanilistes  (vesi,   fosforhape )  kui  ka  orgaanilistes  (DNA,   valgud )  ühendites. 
Molekulide  vahel  esinevad  vesiniksidemed  põhjustavad  ainete  sulamis-  ja  keemistemperatuuri  olulist  tõusu, 
kuna nende lõhkumiseks on vaja kulutada täiendavat energiat. Samuti puudutab vesinikside tugeval määral vett. 
Kuna vesiniksidemed hoiavad veemolekule koos, on vee tihedus vedelal kujul suurem, kuna tahkes vormis on 
molekulid võres rohkem laiali. Selline struktuur põhjustab ka vee olekudiagrammil kolmikpunkti tekke (sulamis- 
ja keemistemperatuurid on võrdsed).  
Metalliline  side  -  moodustub  negatiivsete  vabade  elektronide  ja  positiivsete  metallioonide  vastastikuse 
tõmbumise  tulemusena  metallis.  Vabad  elektronid  põhjustavad  metallide  elektri-  ja  soojusjuhtivust  ning 
plastilisust. Metalliline side avaldub kõige selgemalt aktiivsete metallide – leelis- ja leelismuldmetallide korral. 
Vähem  aktiivsetes  metallides  esinevad  lisaks  metallilisele  sidemele  mingil  määral  ka  aatomitevahelised 
kovalentsed sidemed. Eriti märgatav on kovalentse sideme osatähtsus siirdemetallide (d-metallide) korral. 
 
 
ANORGAANILISTE AINETE  PÕHIKLASSID  JA NENDE OMADUSED 
12. Metallid. 
Metallideks  nimetatakse  keemilisi  elemente,  millel  on  vabu  elektrone  ja  mis  tahkes  olekus  moodustavad 
niinimetatud  metallilise   võre ,  mis  annab  neile  iseloomuliku  metallilise  läike,  hea  elektrijuhtivuse  ning 
soojusjuhtivuse  ja on ka enamikus hästi sepistatavad. 
Tahked   metallid  on   kristalsed   ained.  Metalli  kristallvõres  ehk  metallivõres  paiknevad  aatomid  üksteisele 
võimalikult  lähedal,  nii  et  nende  väliskihi  elektronorbitaalid  osaliselt  kattuvad.  Metalli   aatomites   on  väliskihi 
elektronid  suhteliselt  nõrgalt  seotud.  Seetõttu  saavad  elektronid  kergesti   liikuda   ühe  aatomi  orbitaalilt  teise 
aatomi orbitaalile (st ühe aatomi juurest teise aatomi juurde) ja nii üle kogu metallikristalli. Väliskihi elektronid 
muutuvad seega kõigile aatomitele ühiseks, sidudes omavahel kõiki aatomeid metallikristallis. Ühiste  väliskihi 
elektronide abil moodustunud keemilist sidet metallides nimetatakse metalliseks sidemeks. Metalliline side on 
keemilise  sideme  tüüp,  mis  moodustub  negatiivsete  vabade  elektronide  ja  positiivsete  metallioonide 
vastastikuse tõmbumise tulemusena metallis. Vabad elektronid põhjustavad metallide elektri- ja soojusjuhtivust 
ning plastilisust. 
Füüsikalised omadused 
Keemilised omadused 
Need  omadused  tulenevad  põhiliselt  sellest,  et  Enamik   metalle   on  keemiliselt  aktiivsed.  Eriti 
metalliaatomi väliskihi elektronid (valentselektronid)   leelismetallid   ja  leelismuldmetallid,  mis  kuuluvad 
ei  ole  aatomiga  tugevalt  seotud,  mis  on  tingitud  perioodilisustabeli  kahte  vasakpoolsesse  rühma. 
nende madalast ionisatsioonienergiast. 
Keemilise  inertsuse  tõttu  on  omamoodi   erandiks  
  tavaliselt läikivad 
väärismetallid. 
Metallide 
keemilist 
aktiivsust 
  suure tihedusega 
väljendab nn  pingerida , ning enamik metalle tõrjuvad 
  venitatavad ja sepistatavad 
lahjendatud hapetest vesinikku välja. 
  kõrge sulamistemperatuuriga 
  enamjaolt kõvad 
  hea elektri- ja  soojusjuhtivus   
 
 
 
13. Materjalide füüsikalised omadused: nimetage ja iseloomustage neid. 
  Tihedus - näitab aine massi ruumalaühikus  
   Korrosioonikindlus   –   suutlikkus   vastu  panna  aine  ja  keskkonna  (õhk,  gaasid,  vesi,   kemikaalid ) 
omavahelisele reaktsioonile, mille käigus toimub materjali  hävimine .  
  Sulamistemperatuur -  aine temperatuur, mille saavutades hakkab aine sulama või tahkuma 
  Keemistemperatuur  -  temperatuur,  mille  juures  vedeliku  aururõhk  saab  võrdseks  välisrõhuga 
(atmosfäärirõhul), see tähendab aine hakkab keema 
   Murdumisnäitaja  ehk refraktsiooninäitaja  - dimensioonitu suurus, mis näitab, mitu korda erineb valguse 
või suvalise teise kiirguse faasikiirus selles keskkonnas valguse kiirusest  vaakumis  
  Elektrijuhtivus - võime võimaldada endas elektrivoolu elektrivälja toimel 
  Soojusjuhtivus  -   soojusenergia    kandumine   kuumemalt  kehalt  (või  kehaosalt)  külmemale  kehale 
(kehaosale) aineosakeste vastasmõju (molekulidevaheliste põrgete) tagajärjel 
   Soojusmahtuvus  -  soojushulk , mis on vajalik antud  ainekoguse  temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra 
   Lahustuvus   -  tahke,  vedela  või   gaasilise   aine  ehk  solvaadi  omadust  moodustada  tahke,  vedela  või 
gaasilise solvendiga  homogeenne  lahus 
   Absorptsioon  – neelduvus, imavus 
   Kõvadus  – kasutatakse  määramiseks Mohsi skaalat, kus N: talk  on 1,  teemant  5 000 000 
   Magnetväli : ferro - agneetilised (Fe), paramagneetilised (Al), diamagneetilised (Cu) 
 
 
14. Kuidas saab metallid liigitada lähtuvalt füüsikalistest omadustest (näited). 
Omadus 
Liigitus 
Koostis (värv) – jaotamine metallisisalduse järgi (kas 
  Mustad metallid ehk raud ja  rauasulamid   
sisaldavad rauda või mitte) 
N: Fe, teras (C