Sissejuhatus Keemiasse (0)

SISSEJUHATUS KEEMIASSE
Aine ehitus
Kõikide ainete väikseimad osakesed on molekulid. Molekulid omakorda koosnevad aatomitest.
Keemiline element on üht liiki aatomite kogum. Iga keemilise elemendi aatomil on oma kindel ehitus.
Aatomi ehitus
Keemias aine ehituse seletamiseks piisab , et aatomit vaadatakse ehituselt meenutavat päikesesüsteemi. Seda nim. planetaarseks aatomimudeliks.
Planetaarse aatomi mudeli järgi koosneb aatom aatomituumast ja elektronkattest.
Aatomituum
Aatomituum asub aatomi keskel ja tuuma on koondunud praktiliselt kogu aatomi mass.
Tuum koosneb prootonitest ja neutronitest .
Prootonid on positiivse laenguga osakesed ja neutronitel laeng puudub. Seega on aatomi tuumal positiivne laeng.
Tuumalaenguks nimetatakse aatomi tuumalaengut.
Tuumalaengu määrab prootonite arv tuumas. Kokkuleppeliselt loetakse prootoni laenguks +1.
Näiteks kui tuumas on 3 prootonit, siis tuumalaeng on +3.
Li 3 , 3 on järjekorra number , ütleb prootonite arvu tuumas.
Prootonite arv ehk tuumalaeng määrab keemilise elemendi järjekorranumbri.
Elektronkate
Elektronkate tuuma ümber tiirlevad kindlatel orbiitidel elektronid.
Elekronkatteks nimetatakse aatomituuma ümber tiirlevate elektronide kogumit.
Elektron on väga väikese massiga võrreldes aatomi tuumaga ja negatiivse laenguga osake.
Kokkuleppeliselt loetakse ühe elektroni laenguks -1.
Tervikuna on aatom neutraalne ehk 0. Aatomi laeng on 0.
Aatomis on elektronide arv elektronkattes alati võrdne prootonite arvuga aatomituumas.
Na +11| 2)8)1) ( aatomi ehitus)
Elektronkate jaguneb kihtideks. Kihtides saab olla mitu elektroni. Igal elektron kihil saab olla kindel maksimaalne arv elektrone.

kiht maksimaalselt 2 elektroni

kiht maksimaalselt 8 elektroni

kiht maksimaalselt 18 elektroni

kiht maksimaalselt 32 elektroni
Näidiseks teeme Na aatomi ehituse ja Cl .
Na - Na 11 11 on järjekorra number, mis ütleb prootonite arvu tuumas.
Na + 11 | 2)8)1) 11elektroni 2)esimene kiht 8)teine kiht
Cl - Cl 17 17 on järjekorra number, mis ütleb prootonite arvu tuumas.
Cl + 17 | 2)8)7) üle 8 elektroni viimases kihis olla ei saa.
ELEKTRONOKETISEADUS – looduse poolt paika pandud.
Seadus ütleb, et aatomi välisel elektronkihil saab olla maksimaalselt 8 elektroni.
Aatomid , millel on välisel kihil 5,6 või 7 elektroni, tahavad sinna elektrone juurde saada kuni maksimaalse 8 elektronini. Neid nimetatakse mittemetallideks.
NB! Elemendid, millel on 8 juba olemas väliskihis on VÄÄRISGAASID ja need on ka MITTEMETALLID .
Need aatomid, millel on väliskihil 1,2 või 3 elektroni tahavad elektrone ära anda seni, kuni väliskiht saab tühjaks. Neid elemente nimetatakse keemias METALLIDEKS.
Need elemendid, kellel on väliskihil 4 elektroni, võivad nii juurde haarata kui ka neid loovutada.
Väikse tuumalaenguga sellised elemendid pigem haaravad juurde (nt.süsinik) ja suurema tuumalaenguga sellised elemendid pigem loovutavad. (nt.Sn-tina , Pb- plii). Võivad olla nii mittemetallid kui ka metallid.
Keemiline side
Keemiline side moodustub aatomite väliskihi elektronide osavõtul ( põhjus - osad aatomid tahavad haarata, teised loovutada).
Keemilise sideme tekkepõhjuseks on elektronide üleminek ühelt aatomilt teisele või aatomeid siduva ühise elektronpaari moodustumine.
Iooniline side (M+MM)
Iooniline side tekib elektrone loovutava metalli aatomi ja elektrone haarava mittemetalli aatomi vahel.
Näiteks Ba Cl2 ; Ba S; Fe2 O3;
Ioonilise sideme tekke käigus muutub metalli aatom + iooniks ,( sest ta annab – elektrone ära) ja mittemetalli aatom muutub – iooniks (,sest ta haarab – elektrone endale juurde.)
Ioonilise sidemega aineteks on ioonvõre. Ioonvõrega ainetes ei ole molekule.
Teeme näiteks NaCl ioonivõre moodustumise:
Aatom Na+11| 2)8)1 aatom Cl +17 | 2)8)7)
Na + Cl - naatriumkloriid
Na + Cl –
Na + ioon Cl –ioon
+ioon Na+ +11| 2)8)
-ioon Cl- +17| 2)8)8)
Elektroodid + ja –
+ katioon (liigub katoodi suunas -)
- anioon (liigub anoodi suunas + )
Kovalentne side
Tekib lähedaste omadustega mittemetalli aatomite vahel.
Elektronegatiivsus – aatomi omadus, võime siduda elektone tuuma ümber.
Metalli aatomitel on suhteliselt väike elektronegatiivsus ja mittemetallide aatomitel on suhteliselt suur elektronegatiivsus.
Kovalentse sideme moodustamisel osalevad aatomite väliskihi elektronid.
Kovalentne side saab tekkida alles siis kui aatomid lähenevad üksteisele nii, et nende väliskihid kattuvad ja seetõttu tekib aatomitel ühine elektronide orbiit .
Ühise elektronide orbiidi tekkimise tõttu saavad väliskihtide elektronid käia ümber mõlema aatomi tuuma ja tekivad ühised elektronpaarid. Iga ühine elektronpaar tähendab ühte kovalentset sidet. Neid on kahte liiki: polaarne kovalentne side ja mittepolaarne kovalentne side.
Polaarne kovalentne side – moodustub kahe veidi erineva elektronegatiivsusega mittemetalli aatomi vahel.
Delta E Kui need aatomid lähenevad üksteisele nii, et väliselektronkihid kattuvad, saavad väliskihi elektronid liikuda ka teise aatomi väliskihil.
NT: HCl
H +1| 1 max. 2 Cl+17| 2)8)7) max.8
Eh on väiksem kui Ecl
E-elektronegatiivsus (EN)
H+Cl
Kovalentse sideme tekkel moodustub ühine väliselektronkiht aatomitel, seda nim. molekulorbitaaliks.
NB! Kovalentse sidemega ainetes on alati molekulid.
Polaarse kovalentse sideme korral, tekib polaarne molekul .
Polaarsel molekulil on kaks otsa: positiivne ja negatiivne.
+otsaks saab aatom, mille EN on väiksem ning –otsaks saab aatom, mille EN on suurem.
Mittepolaarne kovalentne side- Tekib kui üksteisele lähenevad kaks täpselt ühesuguse elektronegatiivsusega mittemetalli aatomit. Sellisel juhul molekulorbitaali tekkimisel kuuluvad ühised elektronpaarid võrdselt mõlemale aatomile. Sellisel juhul tekib mittepolaarne molekul, mis tähendab, et molekulil ei ole + ega – otsa.
O2 hapniku molekul
O+8| 2)6) O+8| 2)6)
Metalliline side -Tekib kahe ja rohkema metalliaatomi vahel. Need aatomid on täpselt ühesugused.
Nt. ainult kuld (puhas kuld ), kulla-aatomid
Ainult hõbe(puas hõbe), hõbeda aatomid
Metalliaatomid on kõik sellised, kes tahavad väliskihi elektrone loovutada. Metalliaatomid lähenevad üksteisele kuni väliselektronkihi kattumiseni ja siis selgub , et keegi ei taha neid enda väliskihile juurde. Kõik väliskihi elektronid jäävad seetõttu liikuma vabalt aatomite vahelises ruumis.
Keemilised ained : anorgaanilised ained ja orgaanilised ained.
Anorgaanilised ained jagunevad : lihtained ja liitained .
Lihtained koosnevad ainult ühte liiki aatomitest :
a) METALLID
b) MITTEMETALLID
Liitained koosnevad kahest või enamast aatomite liigist:
a) OKSIIDID
b) HÜDROKSIIDID e ALUSED
c) HAPPED
d) SOOLAD
Orgaanilised ained saab jaotada süsivesinikud ja teised. Neljavalentne süsiniku ühendite keemia.
Süsivesinikud – alkaanid , alkeenid , alküünid, areenid . Koosnevad süsinikust, vesinikust,
C;H.
Ja teised – alkoholid( fenool ) , aldehüüdid, karboksüülhapped, estrid , aromaatsed ühendid, rasvad , valgud , sahhariidid.
Anorgaanilised ained .
Lihtained koosnevad ainult ühte liiki aatomitest , kas metalli aatomitest või mittemetalli aatomitest.
METALLID – koosnevad ainult ühte liiki metalli aatomitest.
Näiteks – vask Cu, kuld Au, hõbe Ag.
MITTEMETALLID – koosnevad mittemetallide aatomitest.
Näiteks – väävel S, süsinik C
O2 hapnik , O3 osoon
H2 vesinik , N2 lämmastik,
VII A rühma mittemetallid: F2 fluor, Cl2 kloor , Br2 broom , J2 jood.
Liitained koosnevad kahest või enamast aatomite liigist.
Liitainetes on alati võimalik eristada +ioon ja –ioon. Positiivne pool ja negatiivne pool.
+ - + -
NaCl Na2/So4
Oksiid : (Jagunevad : metallid ja mittemetallid)
metallioksiid :
+1 -2 +2 -2
Näide : naatriumoksiid Na O baariumoksiid BaO
+2 -2=0
+ -2
liitiumoksiid LiO
2
mittemetallioksiid
-2
SO vääveltrioksiid
3
Hüdroksiid ehk alus
Näide
+1 -1
NaOH naatriumhüdroksiid , vees lahustuv leeliseline
+3 -1
Al(OH) alumiiniumhüdroksiid , vees ei lahustu
Osad hüdroksiidid lahustuvad vees ja osad mitte. Leelisteks nim. vees lahustuvaid hüdroksiide. Leeliseline keskkond tähendab, et vees lahustunud aineks on leelis.
Hape
+1 -2
väävelhape H2SO4
+2
+1
väävlishape H2SO3
lämmastikhape HNO3
+1 -2
süsihape H2CO3
vesinikkloriidhape HCl ehk soolhape
Sool
+1 -2
sulfaat Na2SO4
naatriumsulfiit Na2SO3
naatriumnitraat NaNO3
naatriumkarbonaat Na2CO3
naatriumkloriid NaCl
Orgaanilised ained
C +6| 2)4) Tänu 4b rühmale võib ta juurde võtta või ära anda.
H-Cl
O=O
Orgaanilised ühendid on ained, mis kindlasti sisaldavad 4valentseid süsiniku aatomeid.
4valentne süsinik tähendab, et süsiniku aatom moodustab kindlasti kovalentset 4sidet teiste aatomitega.
Teisteks aatomiteks on kas teised süsiniku aatomid, vesinikud, hapnikud , harvem lämmastiku aatomid. Veel harvemgi väävlit, fosforit , halogeene(7A rühma elemendid) ja metalle .
Orgaanilised ained jagunevad aineklassidesse sõltuvalt sellest, milliseid süsiniku valentsolekuid on molekulis ja sellest, kellega süsinik neid sidemeid moodustab.
NB! Orgaaniline aine saab kuuluda korraga mitmesse aineklassi !
Selleks, et orgaaniliste ühendite nimetusi anda, kasutatakse eesliiteid, mis tähistavad süsinike arvu.
Met C1
et C2
prop C3
but C4
pent C5
heks C6
hept C7
okt C8
non C9
dek C10
mono 1
di 2
tri 3
tetra 4
pent 5
heks 6
hept 7
okt 8
non 9
dek 10
Alkaanid on küllastunud süsivesinikud, mis tähendab, et süsinike aatomite vahel on ainule kovalentsed üksiksidemed. Alkaan koosneb ainult süsiniku ja vesiniku aatomitest.
Küllastunud -C-C-C- üksiksidemed
Küllastumata -C=C-C- kaksiksidemed
Propaan
CH3-CH2-CH3 lihtsustatud struktuurivalem
C3H8 molekulvalem
Alkeenid on küllastumata süsivesinikud, mille molekulides on süsinike aatomite vahel vähemalt üks kaksikside.
Buteen
Alküünid (ÜÜN) on küllastumata süsivesinikud, mille molekulides esineb kolmikside.
Pent-2-üün
Areenid on benseenituuma (ehk aromaatsettuuma) sisaldavad süsivesinikud.
Alkoholid (OOL) on orgaanilised ühendid, mis sisaldavad molekulis hüdroksüülrühma (OH).
Pentaan – 2- ool
Etanool
Propaan -1,2,3- triool ehk glütserool
Fenool on orgaaniline ühend, kus benseenituuma üks vesinik on asendunud hüdroksüülrühmaga.
Aldehüüdid (aal) on orgaanilised ühendid, mis sisaldavad molekulis funktsionaalrühma
(esimese süsiniku juures)
Propanaal
Karboksüülhape on orgaaniline aine, mis sisaldab funktsionaalrühma
Pentaanhape
Rasvhape on karboksüülhaoe, milles süsinike arv on 6-20 ja see on paarisarv .
Heksadekaanhape (küllastunud)
Oktadekeenhape (küllastumata)
Seebid on rasvhapete soolad, kus vesiniku asemele on pandud Na või K.
Estrid on karboksüülhapete ja alkoholide reageerimissaadus.
Propaanhape + etanool
Rasvad on ka estrid aga rasvhapete ja glütserooli reageerimissaadus.
Sahhariidid ehk süsivesikud on orgaanilised ühendid, mis koosnevad süsinikust, vesinikust ja hapnikust, kus enamusel juhul vesiniku ja hapniku vahekord on (H2O)n
Glükoos – valge suhkur
Fruktoos – puuviljasuhkur
Valgud on looduslikud kõrgmolekulaarsed ühendid, mille molekuli koostisesse kuulub C, H, O ja N. Valgud koosnevad aminohapete jääkidest, mis on omavahel seotud peptiidsidemega. Aminohape - NH2
Aminohape - 2-aminobutaanhape
Reaktsioonitüübid:

Ühinemisreaktsioon ehk liitumisreaktsioon on reaktsioon , kus kahest või enamast lähteainest tekib üks uus aine.
2 Ca + O2 = 2 Ca O

Lagunemisreaktsioon on reaktsioon, kus ühe aine lagunemisel tekib kaks või enamat uut ainet
Ca CO3 = Ca O + CO2 ( kuumutamine )

Asendusreaktsioon on reaktsioon, kus lihtaine aatomid asenduvad liitaine koostisesse kuuluva teise elemendi aatomiga
Zn + 2H Cl = Zn Cl2 + H2

Vahetusreaktsioon on reaktsioon, mis toimub kahe liitaine vahel ja mille tulemusel tekib kaks uut liitainet
Na2 O + 2 H Cl = 2 Na Cl + H2O
Lahus koosneb lahustunud ainest ja lahustist , ei reageeri veega, nad lihtsalt segunevad.
Lahuse konsentratsioon ehk massi %
nt 100g 20% suhkrulahust
100g * 0,2 = 20g suhkurt ja 100g – 20g = 80g vett
11