Raud. Fe. FerrumRaud (
Ferrum) on keemiline element järjenumbriga 26.
Raud asub Perioodilisussüsteemi VIII B rühmas ja 4. perioodis.
Tal on neli stabiilset isotoopi massiarvudega 54, 56, 57 ja 58.
Omadustelt on raud
metall .
Normaaltingimustel on raud tahke aine tihedusega 7,87 g/cm3.
Raua
sulamistemperatuur on 1535 Celsiuse kraadi. Raud esineb madalal
rõhul nelja kristallmodifikatsioonina olenevalt temperatuurist.
Raud on inimesele tuntud väga
ammu . Oli ju pärast pronksiaega
rauaaeg , mis Eestiski algas juba e. m. a. Metallidest on levikult
raud teisel kohal pärast alumiiniumi, kuid toodangult esikohal, sest
on kõige kättesaadavam metall.
Rauda leidub taimedes ja inimeses. Inimese veres oleva
hemoglobiini keskmeks on raua
aatom , mis seobki hapniku, mille
veri organismi
laiali kannab.
Nii vee kui liiva kollakas ja pruunikas värvus on tingitud
rauaühendeist.
Avastamine. SaamineEsmalt puutus inimene kokku meteoriitrauaga. Vanim leid,
meteoriitrauast helmes, on pärit aastast u 3500 eKr. Arvatavasti
tutvuti
rauaga u 5000-6000 a tagasi. Teisel aastatuhandel eKr hakati
rauda
tootma Egiptuses, Indias ja Kreekas. Tutanhamoni hauakambrist
on leitud rauast mitmeid pisiesemeid ja
pistoda .
Raud ja
rauasulamid on metallide maailmatoodangus esikohal. Tootmine
toimub astmeliselt. Kõrgahjuprotsessil toodetakse rauamaagist malmi.
Malm töödeldakse teraseks. Selleks vähendatakse
malmis süsiniku
jt elementide sisaldust, kasutades erimeetoteid.
Rauda toodetakse rauamaakidest, mis põhiliselt koosnevad
oksiididest. Parimaks rauamaagiks loetakse magnetrauamaaki ehk musta
rauamaaki ehk magnetiiti (Fe3O4), mis on värvuselt must ja on
magnetiliste omadustega. Magnetiidi rauasisadus ulatub kuni 72%-ni.
Eestis leidub seda Jõhvi lähedal. Lisaks eelnevale kasutatakse raua
tootmiseks punast rauamaaki ehk hematiiti(
Fe2O3 ) ja pruuni rauamaaki
ehk limoniiti, mis
oksiidile sisaldab ka kristallvett. Pruuni
rauamaagi värvus
varieerub kollasest kuni pruunini, olenevalt raua
sisaldusest. Ka Eestis leidub pruuni rauamaaki (Põltsamaa lähedal),
kuid tema rauasisaldus on väike ja rauda sellest ei toodeta. Küll
on ta tuntud tänu oma kollasele värvile kollase rauaookrina ja
kasutatakse maalrivärvide tootmiseks.
Rauda nimetati paljudes keeltes algul taevast kukkunud metalliks,
mis seostab rauda meteoriitrauaga. Kristuse-eelsel perioodil
seostati rauda Jupiteriga ja Marsiga, sest viimase punane helk sarnaneb
värvuselt punase rauamaagiga.
Ladinakeelne nimetus
ferrum tuleneb
kreeka-ladina päritoluga sõnast
fars (’olla kõva’).
Antiikaja autorid seostasid sõna
ferrum mõistetega kõva,
kange, raske.
Raud
looduses
- Raud on looduses laialt levinud element , olles sisalduselt maakoores neljandal kohal. Raud on ka kosmoses levinud element. Meie Päikesesüsteemi planeetidest on rauarikkamad Merkuur ja Marss.
- Lihtainena esineb rauda maailmaruumist Maale langenud meteoriitides, kuid ka mõningates magmakivimeis. Maa tuum koosneb metallilisest rauast. Meteoriitset rauda hakkas inimkond arvatavasti ka esimalt kasutama. Peamine kogus rauda sisaldub maakoores ühenditena.
- Rauaühendeid, mida kasutatakse malmi ja terase tootmisel , nimetatakse rauamaakideks. Maagi kaevandamisel saadakse koos rauaühenditega ka kivimeid ja mineraale , mis rauamaagi töötlemisel pole enamasti vajalikud. Selliseid jääkaineid nimetakse aheraineteks.
- Tähtsamad rauamaagid on järgmised :
- Punane ja pruun rauamaak sisaldavad põhiühendina raud(III)-oksiidi (Fe2O3), mis on hüdratiseeritud vee molekulidega (2Fe2O3, 3H2O jt ).
- Magnetiidi põhiosa moodustav triraudtetraoksiid on musta värvusega kristalne magnetiline aine. Magnetiit on kõige rauarikkam ja puhtam rauamaak. Suurim leiukoht maailmas on Kurski oblast.
- Püriiti (FeS2) tavaliselt rauamaagina ei kasutata , sest väävel halvendab püriidist saadud rauasulamite kvaliteeti. Püriiti kasutatakse väävelhappe tootmisel.
- Sideriit kujutab endast raudkarbonaati (Fe CO3). Raudkarbonaat reageerib süsinikdioksiidi sisalava veega, muutudes lahustuvaks raudvesinikkarbonaadiks : FeCO3+H2O+CO2=Fe( HCO3 )2
Raua
füüsikalised ja keemilised omadused
- Raud on hõbevalge keskmise kõvadusega metall. Lisandid muudavad raua kõvemaks. Raua tihedus on 7874 kg/m3 ja sulamistemperatuur 1539 kraadi.
- Raud on plastiline , mistõttu teda on võimalik valtsida ning sepistada. Ta on hea soojus - ja elektrijuht.
- Raud on magnetiseeritav. Raua kristallvõre muutub erinevatel temperatuuridel .
- Raud on keskmise aktiivsusega metall(asub metallide pingerea keskel). Kuivas õhus ta hapnikuga ei reageeri, kuid niiskuses kattub kergesti roostekihiga. Mida lisanditevabam on metall, seda püsivam on ta korrosiooni suhtes.
- Raud reageerib halogeenidega
- Reageerimine mittemetallidega. Toatemperatuuril oksüdeerub Fe õhus aeglaselt. Kõrgemal temperatuuril oksüdatsioon kiireneb . Peenpulbriline Fe on pürofoorne ja süttib õhus põlema juba toatemperatuuril.
- Reageerimine veega. Veega kulgeb reaktsioon toatemperatuuril väga aeglaselt. Punasel hõõgel reageerib Fe veeauruga:
3Fe + 4H2O -> Fe3O4 + 4H2
- Reageerimine hapetega. Lahjendatud HCl või H2SO4 reageerimisel rauaga eraldub H2 ja lahusesse moodustub vastav raud(II)sool (FeCl2, FeSO4)
Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2
Füüsikalised omadused:Keemilised omadused:Fluoriidid: FeF2, FeF2 • 4H2O,
FeF3, FeF3 • 3H2O
Kloriidid : FeCl2, FeCl2 • 2H2O,
FeCl2 • 4H2O, FeCl3, FeCl3
•
6H2O Bromiidid : FeBr2, FeBr3
Jodiidid : FeI2, FeI3
Hüdriidid: -
Oksiidid : FeO, Fe2O3, Fe3O4
Sulfiidid : FeS
Seleniidid: FeSe
Telluriidid: FeTe
Nitriidid : Fe2N
KasutusaladFe ja selle
sulameid kasutatakse kõikides rahvamajandusharudes.
Rauaajast alates on Fe tähtsaim tööriista-ja relvamaterjal. Puhast
rauda, milles kuni 0,1-0,2 % lisandeid kasutatakse vähe . C sisaldus
koos muude elementidega muudab raua teraseks või
malmiks . Lehtteras
on töödeldav isegi külmalt. Legeerivaid
metalle (V, W, Ti, Mo, Mn,
Cr, Ni) sisaldavaid teraseid nimetatakse
legeer - või eriteraseks.
Legeermetallid parendavad terase tugevust, kõvadust, kuuma-ja
korrosioonikindlust. Nii mõjutab magnetilisi omadusi ja
temperatuurist tingitud joonpaisumist. Fe-Ni-
sulam platiniit ja klaas
on ühesuguse joonpaisumisteguriga; neid saab kokku joota.
Fe-Ni-Cr-sulamit nimetatakse halva
soojusjuhtivuse tõttu
puitteraseks, sellest valmiastatakse pottide-pannide kõrvu ja
käepidemeid, mis toidu keetmisel või praadimisel ei kuumene.
Sajandeid tagasi olid
kuulsad : mustriline Damaskuse teras e bulatt,
millest valmistati mõõku, Austria habemenoateras (saisaldab Ag).
Suure puhtusega rauast valmistati juba sajandeid tagasi ilma
korrosioonijälgedeta püsinud
Delhi sammas.
Biotoime Siirdemetallidest on raud tähtsaim
biometall . Selle biotoime
avaldub nii
taimsetes kui loomsetes organismides. Oluliseks peetakse
rauaühendite kahte funktisooni:
a) O2 transport organismis ja selle salvestamist,
b)elektronide transporti redoksprotsessides.
Täiskasvanu organismis sisaldub 4,2 g Fe. Praktiliselt kogu Fe(98%)
on jaotunud organismis nelja rühma kuuluvate valgulise
iseloomuga ühendite vahel.
Fe leidub ka lihastes, nahas ja küüntes ning
kuulub juustevärvi määravate pigmentide koostisesse (eriti punased
juuksed).
Rauapuudusel areneb
kehvveresus , mida nüüdisajal leevendatakse
rauapreparaatidega.
Toiduainetes sisalduvat Fe omastab organism ainult osaliselt.
Lihasaadustes
olevast rauast omastatakse 20-30%, taimdetoidust alla
10%. Toidust omastatakse vaid Fe(II)-ühendeid, Fe(III)-ühendeid
organism ei
omasta .
Nikkel . Ni. NicodiumNikkel on keemiline element järjekorranumbriga 28.
Tal on 5 stabiilset isotoopi massiarvudega 58, 60, 61, 62 ja 64.
Omadustelt on nikkel metall. Nikkel on hästi töödeldav. Looduses
leidub nikkelit ainult ühendeis. Tema tihedus tavatingimustel on 8,9
g/cm3. Tema sulamistemperatuur on 1455 Celsiuse kraadi.
Maakoores on Ni keskmiselt levinud element(orienteeruvalt 22.
kohal). Tuntud on ligi 50 niklimineraali, neist tähtsamad on
sulfiidsed ühendid. Ni toodetakse peamiselt sulfiidsetest
vask-nikkelmaakidest (Kanadas, Austraalias ja Lõuna-Aafrikas) või
silikaatsetest toormest (Uus-Kaledoonias, Kuubal,
Filipiinidel ,
Indoneesias jm). Üldvarusid maailmas hinnatakse 70 miljonile
tonnile.
Avastamine ja nimetusNikkel oli sulamites (vase ja tsingiga) kasutusel
juba Vana-Hiinas üle 2 tuhande aasta tagasi. Inviduaalsel kujul
avastas ja eraldas
nikli rootsi mineraloog A.F.Cronstedt 1751 rootsi
looduslikust nikkelarseniidist NiAs. Seda mineraali tunti juba palju
varem saksakeelse nime
Kupfernickel all
ja seostati kiusliku Saksi mäevaimuga (ligikaudses tõlkes on
Kupfernickel ‘vana
Nick ’i vask’), kes ei lase sellest
maagist vaske sulatada.
Tegelik põhjus seisnes asjaolus, et
Kupfernickel(praeguse
nimetusega nikoliit või nikeliin) oli väliselt väga sarnane
vasemaagiga koostisega
Cu2O (mõlemad
mineraalid on ühesugust punast värvi).
Cronstedti ei leidnud kaua aega tunnustust (
teadlane suri enne seda
1765). Puhtamal kujul eraldas Ni rootsi
keemik ja metallurg t.
Bergman 1775, füüsikalised omadused määratleti täpsemalt alles
19. saj alguses( J. B. Richter,1804).
Omadused
Nikkel on lihtainena
hõbevalge, kollaka läikega plastne metall. Ta on hästi töödeldav
(kuid juba vähesed lisandid, eriti S ja O, halvendavad oluliselt
mehhaanilisi omadusi korrosioonikindlust).
- Keemiliselt on kompaktne Ni väheaktiivne, õhus püsiv. Metall kattub õhus NiO kaitsekihiga ning on püsiv kuni ca 800C.
- Hapetega H2SO4, HCl, H3PO4 ja HF reageerib Ni väga aeglaselt, kuid reageerib kergesti lahj HNO3 -ga; knots HNO3 toimel passiveerub.
- Leeliste lahused ei toimi niklisse, kuid Ni reageerib NH3 vesilahusega. Alles üle 550 C oksüdeerub Ni sulatatud NaOH toimel
2Ni + 2NaOH -> 2NiO +
2Na + H2
Vee ja õhuniiskuse suhtes
on Ni püsiv.
- Vesinikuga moodustab Ni tahkeid lahuseid.
- Lämmastik lahustub niklis väga vähe. Pihusa nikli reageerimisel NH3-ga moodustub nikkel(I) nitriid Ni3N.
- Halogeenidega kuumutamisel tekivad nikkel(II) halogeniidid . Ni on üks püsivamaid metalle F2 suhtes.
Sulatatud nikkel reageerib
süsinikuga, tekib nikkelkarbiid Ni3C(jahtumisel
laguneb, eraldub
grafiit )
- Räniga moodustab Ni silitsiide
- Booriga tekivad nikli boriidid
- Väävli reageerimisel nikliga tekivad sulfiidid
- Fosforiga moodustuvad fosfiidid
- Nikkel on kõrge katalüütilise aktiivsusega.
Füüsikalised
omadused:
Aatommass: 58,69
Sulamistemperatuur: 1453 °C
Keemistemperatuur: 2913 °C
Tihedus: 8,91 g/cm3
Värvus: hõbevalge, kollaka läikega
Agregaatolek toatemperatuuril: tahke
Tihedus tavatingimusel: 8,9 g/cm3
Kõvadus Mohsi järgi: 4
Keemilised
omadused:
Elektronegatiivsus Paulingu järgi: 1,91
Oksiidi tüüp: nõrkaluseline
Ühendid:
Fluoriidid: NiF2
Kloriidid: NiCl2 • 6H2O, NiCl2
Bromiidid: NiBr2
Jodiidid: NiI2
Hüdriidid: -
Oksiidid: NiO,
Ni2O3 Sulfiidid: NiS, NiS2, Ni3S2
Seleniidid: NiSe
Telluriidid: -
Nitriidid: -
Ühendeis on Ni o.-a. valdavalt II või III.
NiO saadakse Ni(NO)3, NiCO3
või Ni(OH)2 kuumutamisel kõrgel
temperatuuril, madalamal
temperatuuril tekib oksiidide segu või Ni2O3.
Hüdrooksiidid: Ni(OH)2, Ni(OH)3
* Ni(OH)2 tekib roheka värvusega
sademena Ni (II) soolade reageerimisel leelisega. Õhus on Ni(OH)2
püsiv, tugevate oksüdeerijate mõjul
leeliselises keskkonnas tekib Ni(OH)3.
Ni(III) ühendid on ebapüsivad ja käituvad
tugevate oksüdeerijatena. Ni(OH)2 oksüdatsioon võib toimuda ka
elektrivoolu mõjul. Sellel põhineb raudnikkelaku laadimisprotsess.
NiSO4 kristallub rohelise värvusega kristallhüdraadina NiSO44
* 7H2O vesilahusest.
Ni reageerimine hapnikuga agab temperatuuril umbes 500 C. Ni
reageerimisel P-ga tekivad fosfiidid, millest temperatuurikindlaim on
Ni2P. Toatemperatuuril on Ni vee ja õhu suhtes
vastupidav. Vee, orgaaniliste hapete ja leeliste suhtes on Ni püsiv,
aeglaselt kulgeb reaktsioon lahjendatud hapete HCl, HNO3 ja
H2 SO 4 -ga.
Vesilahustest kristalluvad Ni-
soolad kristallhüdraatidena. Nikli keemistemperatuur on 2732.0 °C.
Nikli sulamistemperatuur on 1453.0 °C.
Tootmine ja kasutamine
Rõhuv enamus Ni-toodangust kasutatakse ära nii raua-kui
värvilismetallide sulamite koostises. Rakendatakse ka teiste
metallide elektrolüütilist nikliga katmist (nikeldamist) kaitseks
korrosniooni vastu. Mõni protsent Ni-toodangust kasutatakse
katalüsaatorite saamiseks, mida rakendatatakse sünteesikeemias ja
toiduainetööstuses (margariini tootmisel vedelrasvadest nende
katalüütilisel hüdrogeenimisel).
Põhilised niklitootjad maailmas on Venemaa (25%),
Kanada 18%),
Uus-
Kaledoonia (12%) ja
Austraalia (10%).
BiotoimeNikkel on vajalik mikroelement nii taim-kui
loomorganismides . Kuigi
nikli rolli ja metabolismi eluslooduses on viimastel aastakümnetel
palju uuritud, on vastavad andmed ebatäpsed ja vastolulised( nt
inimorganismi summaarset niklisisaldust hinnatakse eri allikastes
vahemikku 1-14 mg). Inimeses osaleb Ni vereloomeprotsessides.
Suuremates kogustes on nikkel ohtilk keskkonnasaastaja. Ligikaudse
hinnangu järgi aastas õhku üle 50 tuhande tonni Ni (suur osa
sellest kivisöe põletamise tõttu), kogu Ni saastus on 105
t suurusjärgus aastas.
Nikkel võib olla allergeense ja kantserogeense toimega. Paljud
inimesed on nikli suhtes allergilised. Nikkel on kontakstallergeen,
allergiat võib põhjustada kokkupuude peenrahaga, käekella ja
kõrvarõngastega jne, mis sisladavad seda metalli.
Nikkel ja nikliühend põhjustavad professionaalse patoloogina vähi,
peamiselt kopsuvähi teket niklimaagi kaevandajate ja töötlejate
hulgas.
Koobalt . Co. CobaltumKoobalt (Co) on keemiline element, mille
aatomnumber keemiliste elementide tabelis on 27. Koobalt kuulub klassifikatsiooni
siirdemetallid, d-elemendid.
Co on maakoores keskmiselt levinud element (omavahel väga sarnastest
nn rauatriaadi (Fe, Ni, Co)elementidest on Co kõige väiksema
levimusega). Tuntakse üle 30 Co-mineraali. Co on Ni, Fe, Cu ja Mn
geoloogiline kaaslane. Co leidub ka ookeanide põhjakonkretsioonides,
mille varud on väga suured. Looduslik Co on 2 isotoobi,
massiarvudega 59 ja 57 segu.
Avastamine ja nimetusKoobalti nimetus tuleneb saksa sõnast
Kobold – ’mäevaim’
(ka ülemeelik majavaim või gnoom). Sõna
kobelt esines juba
Agricolal. Lihtainena sai Co esimesena rootsi keemik G. Brandt 1735.
a. Koobaltiühendid olid kasutusel juba kaugses minevikus, nt
ajajärgus
ca 2500 eKr on tuntud sinise koobaltklaasiga
kaunistatud kaelaekee (samast ajast on teada kaa koobaltit sisaldavad
värvid Egiptusest).
OmadusedKoobalt on hõbevalge plastne raskmetall. Co on üks kolmest
toatemperatuuril ferromagneetilisest lihtainest(need on Fe, Co ja
Ni), Curie punkt on 1121 C. Koobalt on toatemperatuuril õhus püsiv,
rauast passiivsem
metal . Koobalt praktiliselt ei reageeri H2O,
leeliste ega karboksüülhapetega, reageerib aeglaselt lahj
mineraalhapetega. Co passiveerub konts HNO3 toimel, reageerib HF ja
kuningveega.
Koobalt - Absorbeerib märgatavalt vesinikku hüdriide CoH2 ja CoH saadakse kaudselt .
- Ammoniaagiga moodustab nitriide Co3N ja Co2N
- Süsinikuga moodustab karbiide , püsivaid karbiide saadakse kaudselt
- Räniga moodustab silitsiide Co2Si, CoSi ja CoSi2
- Booriga moodustab boriide Co3B, Co2B ja CoB
- Fosforiga annab fosfiide Co2P, CoP ja CoP3
- Väävliga moodustab monosulfiidi CoS, kaudselt saadakse ka teisi sulfiide
Füüsikalised omadused: - Aatommass: 58,9332
- Sulamistemperatuur: 1495 °C
- Keemistemperatuur: 2927 °C
- Tihedus: 8,90 g/cm3
- Värvus: hõbevalge
- Agregaatolek toatemperatuuril: tahke
- Kõvadus Mohsi järgi: 5
Keemilised omadused: - Elektronegatiivsus Paulingu järgi: 1.88
- Oksiidi tüüp: segatud
Fluoriidid: CoF2, CoF3, CoF4
Kloriidid: CoCl2, CoCl2 • 6H2O,
CoCl3
Bromiidid: CoBr2
Jodiidid: CoI2
Hüdriidid: -
Oksiidid: CoO, Co3O4
Sulfiidid: CoS, CoS2, Co2S3
Seleniidid: -
Telluriidid: CoTe
Nitriidid: -
Tootmine ja kasutamineCo toodang on perioodilisustabeli naaberelementidega(Fe, Ni)
võrreldes väike. Peamised Co-tootjad on
Zaire , Sambia, Austraalia,
Venemaa, Kanada, Soome ja Jaapan. Peamine osa Co-toodangust(60%)
leiab kasutamist sulamites.
Koobaltisulamid sisaldavad tavaliselt 15-92% Co ja sageli mitmeid
teisi metalle. Peamised Co-sulamite liigid on
magnetilised sulamid ,
kulumiskindlad ja kõvasulamid, kindla joonpaisumiskoefitsiendiga
sulamid ning kuumakindlad sulamid.
Kõva hõbedast metalli koobaltit (Co) ja selle ühendeid
kasutatakse sageli. On leidnud rakendamist kuuma- ja happekindlates
sulamites terase tootmisel, mõningate keemiliste reaktsioonide
katalüsaatorina, elektri, klaasi, portselani, keraamiliste (savi)
fajanssesemate (valge urbse savi ja läbipaistva glasuuriga tooted)
tootmisel. Klaasi-, portselani- ja keraamikatööstuses kasutatakse
pigmenti, mida nimetatakse koobaltsiniseks. Koobalti ühendeid
lisatakse värvidele (näit trükivärvidele) ja lakkidele, et
kiirendada nende kuivamist. Rakendatakse polüestervalkude
katalüsaatorina. Kuulub emaili koostisesse. Kasutatakse
magnetlintide valmistamisel televisioonile. Koobaltit sisaldab ka
vitamiin B12, nn. kärbsepaber ning mõningad kunstväetised. Tsement
sisaldab õige väikeses koguses koobaltit.
BiofunktsioonKoobaltil on tähis osa nii alamate kui kürgamte organismide
elutegevuses. Maailma paljudes piirkondades on koobalti defitsiit
pinnases põhjustanud ulatuslikke loomade haigusi.
Inimeste ja loomade haigusi, mida tänapäeval sesotatakse
Co-defitsiidiga, 20.sajandil 20.-30. aastatel.
Kahjulikkus
inimorganismile
Inimorganismi satub koobalt tolmuna hingamiselundite ja naha vähesel
hulgal ka suu kaudu. Kõige rohkem leidub koobalti tolmu vastava
maagi kaevandamisel ja puhastamisel. Sageli esineb koobalt seal koos
nikliga. Sellel tolmul on
toksiline (mürgistav) toime organismisse.
Koobalti tervistkahjustavat toimet käsitles esimesena põhjalikumalt
inglane L. Oliver
1902 . a raamatus “Ohtlikud elukutsed”.
Kroonilise mürgistuse nähtudest on olulised pikemaaegne köha ja
röga (krooniline
bronhiit ), õhupuudus-hingeldushood
(bronhiaalastma), krooniline nohu ja seedehäired. Sageli on
täheldatud ka toksilist südamelihase kahjustust (eriti koobaltit
sisaldavate sulamitega töötajatel). Tihti esineb nahakahjustusi
(kontaktdermatiit ehk nahapõletik,
haavandid , naha hüperkeratoos e
liigsarvestmine).
Kasutatud kirjandusL. Tamm, Üldine ja
anorgaaniline keemia 2008, lk 226-244
lk 268-274
lk 255-260
Eneke 3 1984 lk 45
http://et.wikipedia.org/wiki/Koobalt http://et.wikipedia.org/wiki/Nikkel http://et.wikipedia.org/wiki/Ferru m
http://web.zone.ee/chemistry/Co.ht m
http://web.zone.ee/chemistry/Fe.ht m
http://web.zone.ee/chemistry/Ni.ht m
Kõik kommentaarid