Raud, koobalt, nikkel (0)

Tartu Ki-G
Raud, koobalt , nikkel
Referaat
Birgit Saks , Helgi Muoni
Tartu 2011
Sisukord:
Raua triaad:Raud,Koobalt,nikkel
1. Raud

• ajalugu
  
• aatomi ehitus
  
• füüsikalised omadused
  
• keemilised omadused
  
• ühendid
  
• toimed inimorganismile
  
• huvitavaid fakte
  

2. Koobalt

• ajalugu
  
• aatomi ehitus
  
• füüsikalised omadused
  
• keemilised omadused
  
• ühendid
  
• toimed inimorganismile
  
• huvitavaid fakte
  

3. Nikkel

• ajalugu
  
• aatomi ehitus
  
• füüsikalised omadused
  
• keemilised omadused
  
• ühendid
  
• toimed inimorganismile
  
• huvitavaid fakte
  

4. Nikkel ja Koobalt
5. Kokkuvõte rauast, niklist ja koobaltist
6. Kasutatud kirjandus
Raud:
ajalugu:
Rauda tunneb inimkond juba eelajaloolisest ajast. Rauda saadi Väike-Aasiast ja Musta mere kaugrannikul elanud halübidelt. Arvatakse, et halübid leiutasid raua tootmise. Kreekakeelne sõna chalyps on tuletatud selle rahva nimetusest ja see tähendab terast. Rauda kui relvametalli on seostatud roomlaste sõjajumal Marsiga ja taevakehaga Marss. Raud on maakoores levimuselt 4. kohal. Rauda tunti juba XI sajandil eKr. Põhja-Itaalia idaosas Kesk-Itaalia lääneosas eristatakse Villanova kultuuri, kust sai rauatootmise levik alguse. Metalligraafilise analüüsiga on tuvastatud, et vanimad rauamaagist valmistatud esemed pärinevad ajast 2100 eKr. või on veelgi vanemad. Rauametallurgia tekkimine ja areng on seotud hetiitide kultuuriga. Hiinas hakkas rauatootmine XIII-XII sajand eKr. ja raua hiinakeelseks nimetuseks on khlek. Lähis-Idas ja Kagu-Euroopas sai rauaaeg alguse umbes aastal 1200 eKr. Muistsest Egiptusest pärineb vanim raudhelme leid, mis on valmistatud meteoriitrauast ja pärineb umbes aastast 3500 eKr. Ennem raud oli kallim kui kuld või hõbe. Kaupmehed müüsid rauda hõbedast 40 korda kallimalt ja kullast 5 korda kallimalt. Inimene hakkas kõige esimesena kasutama meteoriitrauda. Varajasim kasutusaasta on umbes 2500 eKr.
aatomi ehitus:
Raud paikneb VIIIB rühmas. Aatomimass Ar(Fe)=55,845 ja aatomi massiarv A=56. Järjenumber tabelis Z=26. Raua aatomi tuumas on 26 prootonit ja 30 neutronit. Fe:+26/2)8)14)2) Raua aatom võib loovutada keemiliste reaktsioonide käigus sõltuvalt reaktsioonitingimustest 2 või 3 elekrtoni. Vastavalt sellele võib aatomist moodustuda raud(II) ioon või raud(III)ioon: Fe-2e=Fe2+ raud(II)ioon Aatom võib loovutada ühe elektroni ka eelviimasest elektronkihist siis tekib: Fe-3e=Fe3+ raud(III)ioon Vastavalt sellele on raua oksüdatsiooniaste ühendites II ja III.
füüsikalised omadused:
Raud on läikiv hallikasvalge värvusega metall . Tema tihedus ρ=7,874g/cm3. Raud on sulamistemperatuuriga 1538oC ja keemistemperatuuriga 2861oC. Tüüpolekuna on tahke 25oC juures. Raud on plastiline ning võimaldab sepistamist ja valtsimist. Raud tõmbub magneti külge.
keemilised omadused:
Raud on keskmise keemilise aktiivsusega metall. Tavalised rauasulamid teras ja malm hakkavad niiskes õhus kergesti roostetama. Puhas raud on korrosioonikindlam. 1. reageerimine hapnikuga Tavatingimustel reageerib raud aeglaselt õhuhapnikuga kattudes pruunika kihiga : 4Fe+3O2=2Fe2O3 raud(III) oksiid Kõrgemal temperatuuril oksüdeerub raud õhus või hapnikus: 3Fe+2O2= Fe3O4 triraudtetraoksiid Selle ühendi koostist võime avaldada kaksikoksiidina: Fe3O4=FeO* Fe2O3 , sel juhul võiksime Fe3O4 nimetada raud(II,III)oksiidiks. 2. reageerimine veeauruga kõrgtemperatuuril 3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2 2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2 3. reageerimine hapetega reaktsioonil eraldub gaasiline vesinik ja lahusesse moodustub vastava happe sool Fe+2HCl=FeCl2+H2 Fe+H2SO4=FeSO4+H2 4. reageerimine soolaga Fe3++3KCl=FeCl3+3K Fe2++3KCl=FeCl2+2K 5. reageerimine mittemetalliga Fe3++3Cl=FeCl3 Fe2++2Cl=FeCl2 6.roostetamine 4Fe+3O2+ nH2O =2Fe2O3*nH2O
ühendid:
Looduses esineb umbes 500 rauamineraali, millest umbes 300 on leidnud kasutamist raua tootmiseks. Hematiiti nimetati rauamennikuks ja teda kasutati välispidiselt puudrina ning seespidiselt ravimullana. Ehedalt leidub rauda Maale langenud meteoriitides. Maakoores leidub rauda ainult ühenditena. Neid looduses esinevaid rauaühendeid, mida kasutatakse raua ja rauasulamite tootmiseks nimetatakse rauamaakideks. Tähtsamad rauamaagid on järgmised: 1. FeO Ei oma erilist praktilist tähtsust. 2. Fe2O3 See on punakaspruuni värvusega kristlane aine, rauamaakide ja rauarooste koostisosa . Kasutatakse maalrivärvides värvipigmendina ja poleerimispulbrites. 3. Fe3O4 ehk FeO*Fe2O3 See on magnetiit ehk magnetrauamaak, mis on musta värvusega kristalne aine ja magnetiline ühend. Tekib raua pinnale tagikihina, kaitseb rauda roostetamast. Kasutatakse magnetofonilintides, ferrütentennides ja tugevate püsimagnetite valmistamisel. 4. Fe(OH)2 See on rohkekasvalge värvusega kristalne aine, mis tekib raud(II)soolade reageerimisel leelisega, rasklahustuv hüdroksiid: FeCl2+2NaOH=Fe(OH)2+2NaCl Õhus seismisel sade oksüdeerub pruunikaks. Fe(OH)2 oksüdeerumisel õhus tekib: 4Fe(OH)2+O2=4FeOOH+2H2O raud(III)soolade reageerimisel leeliste lahusega tekib raudoksiidhüdroksiid: FeCl3+3NaOH=3NaCl+FeOOH+H2O 5. FeCO3 See on sidekriit ehk rauapagu. Ta on kollakasvalge või hallika värvusega. Murdepinnast muutub pruuniks . Tema molekulmass on 116. Tema tihedus 3.96g/cm3 ning kõvadus 3,5. 6. Fe( HCO3 )2 Raudvesinikkarbonaat tekib looduslikesse vetesse süsihappegaasi toimel. See sool on vees lahustuv. Vee keetmisel moodustub sellest Fe2O3 , mis sadestub koos katlakiviga ja põhjustab katlakivi pruunikat värvust. 4Fe(HCO3)2+O2=2Fe2O3+8CO2+4H2O 7. FeS2 Püriiti rauamaagina ei kasutata, halvendab rauasulami omadusi, seda kasutatakse väävelhappe tootmisel. 8. FeSO4 Esineb soolana FeSO4*7H2O , mida nimetatakse raudvitrioliks ja kasutatakse taimekaitsevahendina, puidu konserveerimisvahendina ja mineraalvärvide valmistamisel. 9. FeCl3 Raud(III) kloriid on pruunika värvusega väga hügroskoopne (vettsiduv) aine, kõige levinud raud(III)ühend. Tekib raua reageerimisel klooriga : 2Fe+3Cl2=2FeCl3 Immutus aine verdsulgeva vati saamiseks.
toimed inimorganismile:
Veres esinevate hemoglobiinimolekulide osavõtul seostatakse kopsudes sissehingatud õhust hapnik, mis kantakse vere kaudu laiali organismis. Hemoglobiinimolekuli keskmes on raua aatom. Vereloomeks on vajalikud rauaühendid, mida organism saab toiduga. Päevas peab organism saama umbes 20 milligrammi rauda. Lihatoidus sisalduvast rauast omastab organism kuni 20% , taimtoidus olevast rauast aga ainult mõne protsendi. Rauarikkamad toiduained on maks, liha ja lihasaadused , kohupiim, kapsad , tomatid, porgandid ja leib. Raua omastamist soodustab C- vitamiin . Organism omastab vaid rauda Fe(II)-ühendeid. Fe(III)-ühendeid organism aga ei omasta . Raua puudusel tekib aneemia . Raua vajakut iseloomustab kuiv nahk, juuste väljalangemine, vaod küüntel ja lõhed suunurkades. Rauarikkad on ka mõned mineraalveed. Näiteks Karjala -Soome allikavesi on tervendava toimega. Raud on ka mürkmetall. Surmav annus inimesele on umbes 79g. Mürgisust põhjustab juba 0,2g rauda. Toiduainetest mürgisust tekkida ei saa. FeCl3 lahus põhjustab valkude kiire hüübimise ja seda kasutatakse meditsiinis. Põhiosa 3,5 grammist rauast asub erütrotsüütides, täpsemalt verevärnikus hemoglobiinis . See kannab hapniku kopsudest kudedesse.
huvitavaid fakte:
Kaali järve langes meteoriid umbes 400 aastat eKr. USA-s satub haiglasse igal aastal rauamürgisusega umbes 20 000 last, kellest osa hukuvad. Põhjuseks on erksavärvilised rauatabletid, mida lapsed söövad kui komme , sest vanemad on jätnud need järelvalveta. Maakera tuumas on raua sisaldus palju suurem kui litosfääris. Maakoor koosneb 4,1% rauast, kuid maa kui tervik koosneb ise 34,6% rauast. Raual on kolm radioaktiivset isotoopi: 52Fe , 55Fe ja 59Fe. Nendest kõige huvipakkuvaim on 55Fe , mille lagunemisel moodustub 55Mn. See emiteerib väga väikese energiaga rõntgenkiiri. Nii pehmete kiirtega pole läbivalgustamine võimalik, kuid nendega saab teha nahahaiguste kiirgusteraapiat. Tehniliselt puhtas rauas on 0,02.....0,04% süsinikku ning tühisel hulgal väävlit, fosforit, hapnikku ja lämmastikku. See raud on keskmise aktiivsusega. Ülipuhas raud on aga keemiliselt inertne ja tal puudub malmi või terase tugevus. Rauametallurgia Eestis: Tindimuru rauasulatuskohas sulatati rauda tõenäoliselt juba Kristluse sünni ajal. Saaremaa Tuiu Rauasaatmäe rauasulatuskohas aga 13. kuni 16. sajandini. Rauasulatuskohti on avastatud Tartus Toomemäel, Harjumaal Aru vallas, Tallinn-Tartu maantee ääres, Valgamaal Koorkülas, Alutagusel, Kaali kaatri pervel Saaremaal. Eestis leidub ookrit-see on looduslik kollane rauarikas pigment , mida kasutatakse õli- , email - , liimivärvide valmistamisel.
Koobalt:
ajalugu:
Koobalti avastas rootsi õpetlane Georg Brandt 1735. aastal. Tema selgitas, et sinise värvusega klaasesemete värvuse põhjustaja on koobalt. Koobalti omadusi selgitas põhjalikumalt Torbern Bergman, kes elas aastatel 1735-1784 ning Louis Jacques Thenard, Joseph Louis Proust ja J.J.Berzelius. Maakoores on koobalt levimuselt 32. kohal. Peamised leiukohad on Aafrikas ja Kanadas. Looduses esineb üle 30 koobaltimineraali. Koobalti esineb ka merepõhja raua- ja mangaankonkretsioonides. Koos raua ja nikliga esineb teda ka meteoriitides. Nime sai algselt Saksa kaevurite käest,kes kutsusid teda kobaldiks, mis tähendab paharetti.
aatomi ehitus:
Koobalt paikneb VIIIB rühmas. Aatomimass Ar(Co)=58,933 ja maasiarv A=59. Järjenumber tabelis Z=27. Koobalti aatomi tuumas on 27 prootonit ja 32 neutronit.
füüsikalised omadused:
Koobalt on hõbevalge värvusega raskmetall. Koobalt on ferromagnetiline ning ka suure kõvaduse ja tugevusega metall. Tema tihedus ρ=8,900g/cm3. Koobalt on sulamistemperatuuriga 1495oC ja keemistemperatuuriga 2927oC. Tüüpolekuna on koobalt tahke 25oC juures.
keemilised omadused:
1. metall+hapnik=oksiid 2Co+O2=2Co 2. metall+ hape =sool+vesinik Co+2HCl=CoCl2+H2 Co+H2SO4=CoSO4+H2 3. metall+sool=uus metall+uus sool Co+2KCl=CoCl2+2K 4. metall+mittemetall=sool Co+2Cl=CoCl2
ühendid:
Kasulik radioaktiivne isotoop on koobalt-60, seda kasutatakse kiiritusravis, lekkekohtade leidmiseks torudes ning bakterite hävitamiseks toidus. Seda isotoopi kasutatakse veel defektoskoopias ja initsiaatorina keemiliste reaktsioonide käivitamisel. Volframkarbiidi kristallide ja koobaltipulbri segust pressitakse paagutamisel kõvasulamit, mida kasutatakse metalli-ja klaasilõikamisel. Koobaltiühendeid rakendatakse pigmentidena klaasi- ja keraamikatoodetes. Koobaltiühendeid rakendatakse veel mikroväetistes ja loomasööda kontsentraadi koostises.
toimed inimorganismile:
Radioisotoopi koobalt-60 kasutatakse γ-kiirgurina meditsiinis. Dorothy Crowfoot-Hodgkin tegi 1946. aastal kindlaks, et B12-vitamiini keskmes on koobalti aatom. Inimorganismis sisaldub umbes 1,5 mg koobaltit, sellest lihastes on 0,028-0,65 ppm, luudes 0,01-0,04 ppm ja veres 0,002-0,04 mg/l. Päevas siseneb toiduga 0,005-1,8 mg koobaltit. Koobalt kuulub metallensüümide koostisse, esineb ka inimajus. Ta võtab osa punaste vereliblede tekkest , aktiveerib ensüüme ja soodustab raua omastamist. Inimene saab koobalti vitamiiniga B12. Anorgaanilisi koobaltiühendeid organism ei omasta. Eriti koobaltirikkad on loomse päritoluga toiduained, kuid ka taimsed toiduained. Nendeks on maks, kalad , neerud , piim, kaunviljad, peet , vaarikad, pirnid jne. Koobalti defitsiit põhjustab surmavat aneemia vormi, mis on seotud rakkude kasvuga ja vereloomega. Koobalti ning vitamiin B12 defitsiit võib esineda taimetoitlustuse korral. Defitsiit esineb sageli eakatel, noortel palju harvemini. Võib põhjustada vähktõbe näiteks töötajatel, kes on seotud koobalti tootmise ja koobaltiühendite töötlemisega ja ka nenedel,kes niisugust tolmu sisse hingavad.
huvitavaid fakte:
Möödunud sajandil lõid jaapani teadlased magnetterase, milles on 20-60% koobaltit. Sellest sulamist valmistatud püsimagnet suudab kinni hoida endast 100-2000 korda suurema massiga rauatükki.
Nikkel:
ajalugu:
Avastas 1751. aastal rootsi õpetlane Axel Frederik Cronstedt. 15 aastat hiljem analüüsis mineraali põhjalikumalt Tobern Bergman ja eraldas sellest nikli vaba metallina . Maakoores on nikkel levimuselt 23. kohal. Tuntakse umbes 50 nikli mineraali, mis keemiliselt koostiselt on kas sulfiidid või silikaadid. Nimi on võetud saksakeelsest sõnast kupfernickel, mis tähendab saatana vaske.
aatomi ehitus:
Nikkel paikneb VIIIB rühmas. Aaatomimass Ar(Ni)=58,693 ja massiarv A=59. Järjenumber tabelis Z=28. Nikli aatomi tuumas on 28 prootonit ja 31 neutronit.
füüsikalised omadused:
Nikkel on hõbedase värvusega plastiline ja ferromagnetiline metall. Tema tihedus ρ=8,908g/cm3. Nikkel on sulamistemperatuuriga 1455oC ja keemistemperatuuriga 2913oC. Tüüpolekuna on nikkel tahke 25oC juures.
keemilised omadused:
1. metall+hapnik=oksiid 2Ni+O2=2NiO 2. metall+ hape=sool+vesinik Ni+H2SO4=NiSO4+H2 Ni+2HCl=NiCl2+H2 3. metall+sool=uus metall+uus sool Ni+2KCl=NiCl2+2K 4. metall+mittemetall=sool Ni+2Cl=NiCl2
ühendid:
Vase-nikli-tsingi sulamit hakati kasutama hõbeda asemel. Ligi pool nikli maailmatoodangust kulub roostevaba kroomnikkelterase toomiseks. Nikli ja kroomi sulamist tehakse elektripliitide ja -ahjude küttekehasid. Nikli ja vase sulamit kasutatakse laeva- ja masinaehituses, elektrotehnikas ja keemiatööstuses, sest sulam on keemisele toimele ja korrosioonile vastupidav. Nikkel on hüdrogeenimiskatalüsaator keemiatööstuses ja toiduainete tööstuses. Niklit kasutatakse veel patareides, müntides, auto osade katmisel kui ka vannitubade ja köökide sisustuses. Inimestele võib tekitada lööbe.
toimed inimorganismile:
Biofunktsioonid on ebaselged. Lindudel mõjutab nikkel sulestiku kujunemist. Nikliühendeil on kantserogeenne toime. Metalne nikkel põhjustab nikliallergiat: naha punetus ja sügelemine, dermatiiti. Euronormid lubavad nikli sisaldust olmemetallides kuni 0,05%. Inimorganismis on vaid 1 mg niklit, sellest lihastes on 1-2 ppm,luudes kuni 0.7 ppm ja veres 0,01-0,05 mg/l. Toiduga siseneb päevas 0,3-0,5 mg. Nikkel indutseerib vabaradikaale, initseerib eipiidide ja DNA peroksüdatsiooni. Täiskasvanu nikli vajadus on 25-35 mikrogrammi. Nikliühendite liig põhjustab mürgisust, millega kaasnevad hemodialüüs, hüppernikkelheemia, iiveldus , oksendamine , nõrkus ja peavalu. Nikkel võib põhjustada dermatiiti.
huvitavaid fakte:
Surmav annus niklit rottidele on 50 mg. Rinnapiimas on niklit 10-20 korda rohkem kui uriinis. Rottide peal tehti kindlaks, et nikli defitsiit põhjustab kasvu aeglustamist ja vere hemoglobiinisisalduse vähenemist.
Nikkel ja koobalt:
Nikkel ja koobalt esinevad polümetalsetes sulfiidides.(NiS ja CoS) Looduses esinevad nikkel ja koobalt koos ning on teineteisest raskesti eemaldatavad. Füsiko-keemiliselt ja tehnoloogilistelt omadustelt on need elemendid väga sarnased.
Kokkuvõte rauast, niklist ja koobaltist:
Need on d-ploki elemendid,mille väliselektronkihil on 4s elektroni. Nad on hõbevalged rasksulavad raskmetallid ning tõmbuvad magneti külge. Fe(II) soolad -rohelised Fe(III)soolad- pruunid Co(II)soolad-sinised, kristallhüdraadid roosad Ni(II)soolad-rohelised Raud on levimuselt 4. kohal, nikkel 23. kohal ja koobalt 32. kohal. Raua tunti juba XI sajandil eKr. Koobalt avastati 1735. aastal ja nikkel 1751. aastal. Rauda saadi Väike-Aasiast ja Musta mere kaugrannikult ja koobalti Aafrikast ja Kanadast. Kõik elemendid paiknevad VIIIB rühmas. Tüüpolekuna on ained tahked 25oC juures. Kõik ained reageerivad hapnikuga, happetega, sooladega ja mittemetallidega. Looduses esineb üle 500 rauamineraali, millest 300 on kasutusel, koobalti üle 30 koobaltimineraali ja niklit üle 50 niklimineraali. Raua aatom on hemoglobiinimolekuli kesmes olev aatom. On oluline elutegevusel. Selle omastamist soodustab C-vitamiin. Rauarikkad toiduained on loomsed , taimsed toiduained kui ka mõned mineraalveed. Raua puudusel tekib aneemia. Surmav annus inimesele on 79g. B12-vitamiini keskmes on koobalti aatom. Võtab osa punaste vereliblede tekkest, aktiveerib ensüüme ja soodustab raua omastamist. Eriti rikkad on loomsed toiduained ja taimsed toiduained. Defitsiit tekitab surmavat aneemia vormi. Defitsiit esineb sageli eakatel. Inimesed, kes on seotud koobalti tootmisega, neil võib põhjustada vähktõbe. Nikkel indutseerib vabaradikaale, initseerib eipiidide ja DNA perodsüdatsiooni. Nikliühendidte liig põhjstab mürgisust, millega kaasnevad hemodialüüs, hüppernikkelheemia, iiveldus, oksendamine, nõrkus ja peavalu. Võib põhjustada dermatiiti. Maakoor koosneb 4,1% rauast. Kõige huvipakkuvaim raua isotoop on 55Fe, millel lagunemisel tekkib 55Mn ühend. Jaapanlased lõid magnetterase, mis suudab hoida endast 100-2000 korda suurema massiga rauatükki. Rottide peal tehti kindlaks, et nikli defitsiit põhjustab kasvu aeglustamist ja vere hemoglobiinisisalduse vähenemist.
Kasutatud kirjandus:
http://www.ooker.ee/index.php?id=52
http://forum.piromani.pl/chemia-794/5079-nikiel-opis.html?language=et
http://et.wikipedia.org/wiki/Sideriit
,,Keemia koduõpetaja põhikooliõpilasele`` Hergi Karik
,,Keemia huvilistele anorgaanilisest keemiast `` Boriss Konarev
,,Perioodilisestabel`` Keemilised elemendid, millel on jumet
,,Üldkeemia`` Anorganiline keemia. Hergi Karik
,,Leiutised ja avastused keemias`` Hergi Karik