Metallid (T) 1. Selgita mõisteid: metallide pingerida, leelismetallid, leelismuldmetallid, siirdemetallid, väärismetallid, oksüdeerumine, redutseerumine, oksüdeerija, redutseerija, maak, maagi rikastamine, särdamine, elektrolüüs, korrosioon, korrosioonitõrje, keemiline vooluallikas, amfoteerne ühend, sulam. 2. Metallide üldised keemilised omadused: · metallid käituvad keemilistes reaktsioonides alati redutseerijana; · metall on keemiliselt seda aktiivsem (seda tugevam redutseerija), mida kergemini tema aatomid loovutavad väliskihi elektrone; · pingerea kasutamine metallide reaktsioonivõime üle otsustamisel. 3. Vastavate reaktsioonivõrrandite koostamine :
Miks? 6. Mis on: mineraal, kivim, maak? mineraal maakoores kulgevate protsesside ning elusorganismide elutegevuse tagajärjel tekkinud kindla koostiseg akeemile ühend sõi lihtaine kivim enamasti mitmest mineraalist koosnev looduslik materjal maak kivim või mineraal, mis on mingi lihtaine saamise tooraineks 7.Milles seisnevad metallide tootmisprotsessi järgmised etapid: rikastamine, särdamine, redutseerimine? rikastamine maak vabastatakse lisanditest särdamine mitteoksiidse maagi põletamine oksiidseks redutseerimine elektronide liitumine redoksreaktsioonis, elemendi oks. aste väheneb 8. Milliseid aineid kasutatakse metallide redutseerimiseks oksiididest? CO, C, H2, Al 9.Mis on aluminotermia, karbotermia? aluminotermia lihtainete (enamasti metallide) saamine ühenditest alumiiniumiga redutseerimise teel
METALLIDE SAAMINE MAAKIDEST Maak→rikastatud maak→metallioksiid→metall Kogu protsess on väga energiamahukas. Ühendis sidemete lõhkumiseks tuleb kulutada Energiat. 1. Maagi rikastamine: maak vabastatakse kõrvalainetest kasutades füüsikaliste omaduste erinevust. 2. Särdamine: mitteoksiidsete maakide kuumutamine õhu juuresolekul, et saada oksiidne maak. 2PbS+3O2=2PbO+2SO2 3. Metalli redutseerimine metallioksiidist: Redutseerijana kasutatakse: a) koksi (C) (kõige odavam) Fe3O4+4C=3Fe+4CO b) süsinikmonooksiidi (CO), mis tekib ka koksi kasutamisel Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 c) vesinikku (väga puhaste metallide saamiseks) CuO+H2=Cu+H2O d) alumiiniumi (aluminotermia), kui on metalli vaja toota rasksulavast maagist
Seetõttu kõrgahjus ei saada puhast rauda, vaid sulamit, mida nimetatakse malmiks. Malm sisaldab 1,7-5% süsinikku ja veel teisi lisandeid. 2) Maakidest metalli tootmine on tavaliselt keerukas, mitmeetapiline protsess. Enne maagis sisalduvate ainete redutseerimist on vaja maaki sageli eelnevalt töödelda. Seda tehakse kahel moel: : Rikastamine- rikastamisel eraldatakse maagist suurem osa kõrvalainetest : Särdamine- metallioksiid üleviimine oksiidiks sest oksiidide redutseerimisel saadakse puhtam ja paremate omadustega metall. Seda tehakse särdamisel ehk kuumutamisel õhuhapniku juuresolekul ETAPID Metalli redutseerimine metallioksiidist: Redutseerijana kasutatakse: a) koksi (C) (kõige odavam) Fe3O4+4C=3Fe+4CO b) süsinikmonooksiidi (CO), mis tekib ka koksi kasutamisel Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
(kaitstav seade ühendatakse juhtme abil aktiivsemast metallist plaadiga protektoriga), korrosiooniaeglustaja kasutamine (inhibiitor) Maak - mitmest ainest koosnev ühend, mis sisaldab peale metalliühendi ka mitmesuguseid kõrvalaineid MAAK (rikastamine) > RIKASTATUD MAAK (särdamine) > METALLI OKSIID (redutseerimine) >METALL Malm raud + (2-5%)süsinikku, aga ka teisi lisandeid Metallid peegeldavad hästi valgust, plastilised, soojusjuhid, elektrijuhtivus(hõbe, vask) Redutseerija loovutab elektrone ehk ta oksüdeerub Rooste 4Fe + 3O2 + nH2O = 2Fe2O3 * nH2O Sulamid -koosnevad mitmest metallist või sisaldavad peale metalli(de) ka mittemetalle
liiguvad juhtme kaudu kaitstavale metallseadele, millel kulgeb redutseerimisreaktsioon. Elektrokeemiline kaitse toimib kuni protektori täieliku oksüdeerumiseni. 3. Metalli tootmine energia kulub, osake oksüdeerub, metalliioon liidab elektrone 1. Raua(malmi) saaminekõrgahju protsessis = raua redutseerimine Fe 23+O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2 2. Aluminotermia alumiinium on aktiivne metall ja vähemaktiivsetest (kuumutamisel) tõrjub teise välja. Cr2O3 + 2Al ->t Al2O3 + 2Cr 3. Särdamine (tootmise üks etapp) enamasti sulfiidsed maagid kuumutatakse hapnikuga, viiakse metall oksiidiks ja eraldub SO2. 2PbS + 3O2 -> 2PbO + 2SO2 4. Elektrolüüs elektrivool juhitakse läbi, asi laguneb ära ja metall tuleb välja. 2Al 2O3 ->elektrol. 4Al + 3O2 5. Sula naatriumkloriidi elektrolüüs 2NaCl -> elektrol. 2Na + Cl2(üles) 6. Paekivi kuumutamisel toodetakse kustutamata lupja CaCO3 ->t CaO + CO2(üles) Maagi töötlemise etapid:
keemiline korrosioon: toimub kuivades gaasides ja vedelikes, mis ei juhi elektrivoolu (nt raua ühinemine hapnikuga ilma niiskuse juurdepääsuta) elektrokeemiline korrosioon: on seotud galvaaniaelementide tekkimisega, toimub kui kaks erinevat metalli on kontaktis elektrolüüdi lahusega (juhib elektrit) maak:kivim või mineraal, mis on mingi lihtaine saamisel tooraineks metallurgia: metallide ja sulamite tootmine metallimaakidest särdamine: mitteoksiidsete maakide kuumutamine õhu juuresolekul, et saada oksiidne maak (metallide tootmisel maagist, pärast seda viiakse läbi redutseerimine) redutserimine: metalli saamine maagis sisalduva metalliühendi redutseerimisel (aluminotermia, karbotermia) maagi rikastamine: maak vabastatakse lisanditest, kasutades füüsikalise omaduste erinevust karbotermia: metalli redutseerimine maagist süsiniku või
vitriolimenetlus. Selle avastasid ja seda rakendasid 13. sajandil alkeemikud. Apteeker ja keemik Johann Rudolf Glauber konstrueeris maailma esimese väävelhappe-manufaktuuri, mis umbes 1650.a. Nordhausenis väävelhapet tootis. Tema teeneks on naatriumsulfaadi glaubrisoola (lahtisti) meditsiinilise toime avastamine ja tootmahakkamine. Tootmine Esimeses etapis toimub väävli või tema ühendi põletamine (särdamine) 3FeS2 + 8O2 Fe3O4 + 6SO2. Teises etapis oksüdeeritakse tekkinud vääveldioksiid kõrgemal temperatuuril ja katalüsaatorite osavõtul vääveltrioksiidiks 2SO2 + O2 2SO3 Kolmandas etapis saadakse kontsentreeritud väävelhape vääveltrioksiidi lahustamisel vees või lahjendatud väävelhappes. SO3 + H2O H2SO4 Kontsentreeritud väävelhape on väga niiskust imav, mistõttu võib ta lahtiselt seistes enda sisse siduda väga tugevasti vett
Elektrolüüs-elektrivoolu läbijuhtimine lahusest või sulatatud elektrolüüdist elekroodidel kulgev reaktsioon. Korrosioon- metalli hävimine keskkonna toimel. Aluminotermia-lihtainete saamine ühenditest alumiiniumiga redutseerimise teel. Karbotermia-metalli redutseerimine maagist süsiniku või süsinikoksiidi abil kõrgel temperatuuril. Särdamine-maagi kuumutamine õhuhapniku juuresolekul, et viia nendes sisaldavad ühendid üle oksiidideks. Maagi rikastamine-maak vabastatakse lisanditest kasutades füüsikaliste omaduste erinevust. Akumulaator-korduvalt kasutatav keemiline vooluallikas (pliiaku). Keemiline vooluallikas-seade, milles keemilises reaktsioonis vabanev energia muudetakse vahetult elektrienergiaks. Sulam-materjal, mis koosneb mitmest metallist või metallist ja mittemetallist. Sulamid on enamasti odavamad, kui
1)Oksüdeerija aine mille osakesed liidavad elektrone ise redutseerides Oksüdeerumine el.loovutamine redoksreakts. sellele vastab o.a suurenemine Elektrolüüs elektroodidel kulgev redoksreakts. mis toimub elektrivoolu läbijuhtimisel lahusest või sulatatud elektrolüüdist Aluminotermia lihtainete enamasti met. Saamine ühenditest alumiiniumiga reutseerimise teel Akumulaator korduvalt kasutatav keemiline vooluallikas, mis on laetav Särdamine metalliühendi üleviimine oksiidiks kuumutamisel õhuhapniku juuresolekul 2)keemiline metalli vahetu keemiline reakts. keskkonnas leiduva oksüdeer. kuivade gaasidega kk. Elektrok metalli kokkupuude elektrolüüdilahusega. Rohkem levinud. 3)muudetakse keemilisel reakts vabanev energia elektrienergiaks. Et elekktri saada tuleb oksüdeerumine ja reduts läbi viia eraldi elektroodidel. Ioonide liikumiseks ühendatakse lahused u-kujulise klaastoru abil, milles on elektrolüüdilahus
Metallide tootmisega seotud keskkonna majanduslikud ja poliitilised probleemid Kõiki metalli sisaldavaid ühendeid ei nimetata maakideks. Metallimaagiks loetakse vaid neid kivimeid ja mineraale, millest metalli tootmine on majanduslikult mõttekas. Metalli tootmine on mitmeastmeline protsess, mis koosneb maagi tootmisest, tema ettevalmistamisest (rikastamine - osaline lisanditest puhastamine, särdamine - sulfiidsete maakide muutmine oksiidiks) sellele järgneb metalli tootmine ja selle lõplik puhastamine. Metallurgia kui teadusharu uurib metallide ja nende sulamite omadusi ning tootmise ja töötlemise tehnoloogiat. Metallurgia tootmisel on omad keskkonnaprobleemid. Näiteks: Tekib palju aherainet, väga energiamahukad tööstusharud Suured piirkonnad muudetakse inimese ja loomade eluks ja inimese majandustegevuseks kõlbmatuks
Inhibiitor – korrosiooni aeglustaja Metalli redutseerimine maagist: koksiga (redutseerijaks koksi põlemisel tekkiv CO) odav.Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 vesinikuga - puhaste metallide tootmisel CuO + H2 Cu + H2O aluminotermia – rasksulavate metallide tootmisel Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3 sulandi elektrolüüs – aktiivsemate metallide tootmisel Maagi töötlemise etapid: Maagi rikastamine - lisandite eraldamine põhineb tavaliselt füüsikalistele meetoditele Särdamine – sulfiidsete maakide üleviimine oksiidideks, mida on parem redutseerida Redutseerimine - metalli eraldamine lihtainena
). Sulameid, mille koostisosad ei ole üksteises ühtlaselt jaotunud nimetatakse ebaühtlasteks sulamiteks (malm).9. Elavhõbedasulameid nimetatakse amalgaamideks.10.kõige enam kasutatakse edutseerijana süsinikku,süsinikoksiidi.11.Malm on habras ja raskesti töödeldav.Malmist tehakse nt kütteradiaatoreid,pliidiraudu jm.Teras on malmiga võrreldes oluliselt paremini töödeldav ja mehhaaniliselt vastupidavam.Ka teras sisaldab süsinikku,kuid vähem kui malm kuni2%.12.särdamine ehk kuumutamine. Sulfiid oksudeerub, tekib vastava metalli oksiid ja eladub SO2- 2PbS+3O2--2PbO+2SO2.13.maagi tööt. Etapid: maak-rikastatud maak-metalli oksiid- metall.Rikastamine,säradmine(ülevalO2), redutseerimine ül redutseerija.14:Üks tähtsamid eeliseid on see, et metallid on kergesti töödeldavad, nad on plastilised.15.Korrosioonitõrje võimalused:a.metalli isoleerimine väliskeskkonnast kaitsekihiga,b.metalli kaitsmine emaili-,värvi-või lakikihi abil,c
metall: lihtaine, millel on metallidele iseloomulikud omadused, keemilistes reaktsioonides käitub redutseerijana. maak: kivim või mineraal, mis on mingi lihtaine saamisel tooraineks aluminotermia: metallide saamine ühendist alumiiniumiga redutseerimise teel karbotermia: metalli redutseerimine maagist süsiniku või süsinikoksiidi abil kõrgel temperatuuril särdamine: mitteoksiidsete maakide kuumutamine õhu juuresolekul, et saada oksiidne maak (metallide tootmisel maagist, pärast seda viiakse läbi redutseerimine) elektrongaas: metalli kristallivõres ioone ümbritsev väga liikuvelektronide kogum. metalliline side: keemiline side metallides, tekib metalliaatomite vahel ühiste väliskihi elektronide abil plastilisus: Osad metallid on plastilised, seega
metallist kaitsekihiga. Maak-kivim või mineraal, mis on mingi lihtaine saamisel tooraineks. Maagi rikastamine-rikastamisel eraldatakse maagist suurem osa kõrvalainetest. Maagis sisalduvate ainete üksteisest eraldamine kasut. Enamasti ära nende ainete füüsikaliste omaduste erinevust. Metalli saamise 4 võimalust maagist: redutseerimine süsiniku või süsisinikoksiidiga, redutseerimine alumiiniumiga, rikastamine, särdamine. Sulam Koosneb: 1.metall+metall, 2.metall+mittemetall Eelised võrreldes lihtmetalliga: Madalam sulamistemperatuur kui seda moodus. Koostisosadel, sulam on kõvem kui tema koostisosad eraldi. Sulamid:malm, teras, eri terased, messing e. Valge vask, pronks, duralumiinium, amalgaamid(elavhõbe võib moodus. Teiste metallidega sulameid)
oksüdeerumine-elektronide loovutamine redoksreaktsioonis;sellele vastab elemendi oksüdatsiooniastme suurenemine redutseerija-aine, mille osakesed loovutavad elektrone(ise oksüdeerudes) redutseerumine-elektronide liitmine redoksreaktsioonis;sellele vastab elemendi oksüdatsiooniastme vähenemine sulam-mitmest metallist või metallist ja mittemetallist koosnev metalliliste omadustega materjal;saadakse enamasti koostisainete kokkusulatamisel särdamine-kuumutamine õhuhapniku juuresolekul. maagi rikastamine-rikastamisel eraldatakse maagist suurem osa kõrvalainetest. Maagis sisalduvate ainete üksteisest eraldamine kasutatakse enamasti ära nende ainete füüsikaliste omaduste erinevust, näiteks, erinevat tihedust, märgavust või magnetilisi omadusi KEEMILINE KORROSIOON: reageerimine kuivade gaasideg(O2;Cl) või vedelikega(bensiin;õlid). Intensiivsemalt kulgeb kõrgemal temperatuuril(nt.kuumtöötlemisel,
Oksüdeerija-redoksreaktsiooni käigus liidab endaga elektrone. Oksüdeerumine-aine loovutab elektrone ehk oksüdeerub. Redutseerimine-elektronide liitmisprotsess Korrosioon-metallide hävimine ümbritseva keskkonna toimel. Aluminotermia-oksiidist vaba metalli saamine alumiiniumi- ja oksiidipulbri segu süütamise teel. Akumulaator-aku, energia salvestamise seade Karbotermia-kõrgel temperatuuril metalli redutseerimine maagist süsiniku või süsinikoksiidi abil. Särdamine-metalliühendi üleviimine oksiidiks kuumutamisel õhuhapniku juuresolekul Keemiline vooluallikas-elektrokeemilises reaktsioonis vabanev energia muundub vahetult elektrienergiaks. Maagi rikastamine-maak vabastatakse kõrvalainetest kasutades füüsikaliste omaduste erinevust. 2.Võrrelge keemilise ja elektrokeemilise korrosiooni toimumise tingimusi. Keemiline- kuivades gaasides ja vedelikes, mis ei juhi elektrivoolu. Elektrokeemiline- galvaanielemendi teke, aktiivsem
oksüdeerumine eraldi elektroodidel. Elektroodi, millel toimub redutseerumine, nimetatakse katoodiks, elektroodi, millel toimub oksüdeerumine, nimetatakse anoodiks. 5) 6) Maagi rikastamine: rikastamisel eraldatakse maagist suurem osa kõrvalainetest. Maagis sisalduvate ainete üksteisest eraldamine kasutatakse enamasti ära nende ainete füüsikalliste omaduste erinevust, näiteks erinevat tihedust, märguvust või magnetilisi omadusi. 7) Metalli särdamine FeS2 + O2 = Fe2O3 + SO2 8) Aluminotermia Fe2O3 + Al = Al2O3 + Fe redutseerimine alumiiniumiga. 9) Karbotermia Fe2O3 + C = CO + Fe on redutseerimine süsiniku või süsinikuoksiidiga kõrgel temperatuuril. 10) Mis on korrosioon, võrdle keemilise ja elektrokeemilise korrosiooni tingimusi? Korrosioon on metallide hävimine ümbritseva keskkonna toimel. Raua korrosioon = roostetamine. Korrosioon põhjustab metallide ülemineku püsivamasse seisundisse
mgco3,caco3,caso4,baso4 Karbotermia on kõrgel temperatuuril metalli redutseerimine maagist süsiniku või süsinikoksiidi abil. Fe2o3+cofe+co2 Alumiiniumoksiidi tekkimisel vabaneb palju soojust ja väljatõrjutud metall sulab 2Al + Cr2 O3 = Al2 O3 + 2Cr 2 Al + Fe2 O3 = Al2 O3 + 2Fe Aluminotermiat kasutatakse rasksulavate metallide (Cr, Mn jt.) tootmisel ning termiitkeevitusel Maagi töötlemine 1)rikastamine 2)särdamine (O2 tekivad m-oxid)3)redutseerimine Elektrolüüs - Elektrolüütide lahustes ja sulatistes, elektrivoolu toimel kulgev redoksprotsess. Redutseerumine ja oksüdeerumine kulgevad elektroodide pinnal. Katood-Elektrood,millel toimub redutseerumine elektrolüüseris on katood seotud vooluallika negatiivse poolusega ja sinna on tekitatud elektronide ülejääk ( galvaanilises elemendis on katood positiivne) Redutseeruvad metalli (kat)ioonid ja eraldub vaba metall Cu2+ + 2e = Cu
oksüdeerumine eraldi elektroodidel. Elektroodi, millel toimub redutseerumine, nimetatakse katoodiks, elektroodi, millel toimub oksüdeerumine, nimetatakse anoodiks. 5) 6) Maagi rikastamine: rikastamisel eraldatakse maagist suurem osa kõrvalainetest. Maagis sisalduvate ainete üksteisest eraldamine kasutatakse enamasti ära nende ainete füüsikalliste omaduste erinevust, näiteks erinevat tihedust, märguvust või magnetilisi omadusi. 7) Metalli särdamine FeS2 + O2 = Fe2O3 + SO2 8) Aluminotermia Fe2O3 + Al = Al2O3 + Fe redutseerimine alumiiniumiga. 9) Karbotermia Fe2O3 + C = CO + Fe on redutseerimine süsiniku või süsinikuoksiidiga kõrgel temperatuuril. 10) Mis on korrosioon, võrdle keemilise ja elektrokeemilise korrosiooni tingimusi? – Korrosioon on metallide hävimine ümbritseva keskkonna toimel. Raua korrosioon = roostetamine. Korrosioon põhjustab metallide ülemineku püsivamasse seisundisse
vitriolimenetlus. Selle avastasid ja seda rakendasid 13. sajandil alkeemikud. ● Apteeker ja keemik Johann Rudolf Glauber konstrueeris maailma esimese väävelhappe-manufaktuuri, mis umbes 1650.a. Nordhausenis väävelhapet tootis. Tema teeneks on naatriumsulfaadi – glaubrisoola (lahtisti) meditsiinilise toime avastamine ja tootmahakkamine. Tootmine ● Esimeses etapis toimub väävli või tema ühendi põletamine (särdamine) 3FeS2 + 8O2 → Fe3O4 + 6SO2. ● Teises etapis oksüdeeritakse tekkinud vääveldioksiid kõrgemal temperatuuril ja katalüsaatorite osavõtul vääveltrioksiidiks 2SO2 + O2 → 2SO3 ● Kolmandas etapis saadakse kontsentreeritud väävelhape vääveltrioksiidi lahustamisel vees või lahjendatud väävelhappes. SO3 + H2O → H2SO4 Tootmine Kontsentreeritud väävelhape on väga niiskust imav, mistõttu võib ta lahtiselt seistes enda sisse siduda väga tugevasti vett
2. Metallide saamine ühenditest · Vähesed metallid looduses ehedalt. Enamik metalle saadakse maakidest metalli ühend mingi teise elemendiga. Fe2O3 pruun ja punane rauamaak, Fe3O4 magnetiit, FeS2 püriit, Al2O3, SnO2, Cu2S, NaCl, KCl, CaCO3, MgCO3, BaSO4. · Maagi töötlemise põhietapid: 1) peenestamine ja rikastamine (maagis sisalduvate ainete füüsikaliste omaduste ärakasutamine kulla kättesaamine kullaliivast), 2) särdamine (kuumutamine õhuhapniku juuresolekul ühenditest saadakse oksiidid), 3) redutseerimine (kasutatakse C, CO2, H2, aktiivsemaid metalle Al, Mg, Na). · Aluminotermia meetod, kus metallide redutseerimiseks ühenditest kasutatakse alumiiniumit. Näiteks: Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr. · Raua saamine redutseerimine CO-ga. Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 => Saadakse malm (süsiniku sisaldus rauas 2-5%).
kontekstis maavarad ning on seetõttu majanduslikult kasutud. Aheraine eraldatakse kaevandatavast maagist või toormest rikastamise käigus. Aheraine ladustatakse tavaliselt aherainemägedena või aherainepuistangutena. Vähesed metallid esinevad looduses ehedalt. Enamik metalle saadakse maakidest - metalli ühend mingi teise elemendiga. Maagi töötlemise põhietapid: 1) peenestamine ja rikastamine (maagis sisalduvate ainete füüsikaliste omaduste ärakasutamine) 2) särdamine (kuumutamine õhuhapniku juuresolekul - ühenditest saadakse oksiidid) 3) redutseerimine (kasutatakse C, CO2, H2, aktiivsemaid metalle Al, Mg, Na). 3. Metallide saamine elektrolüüsi abil Elektrolüüs - keemiline protsess, mis toimub elektrolüüsi lahuses või sulas elektrolüüsis elektrovoolu toimel. Elektrolüüs on metallide saamis meetod, kus metallid redutseeritakse ühenditest elektrivoolu abiga. Saadakse eelkõige mitmeid leelismetalle, aga ka teisi metalle (alumiinium).
2. Metallide saamine ühenditest · Vähesed metallid looduses ehedalt. Enamik metalle saadakse maakidest metalli ühend mingi teise elemendiga. Fe2O3 pruun ja punane rauamaak, Fe3O4 magnetiit, FeS2 püriit, Al2O3, SnO2, Cu2S, NaCl, KCl, CaCO3, MgCO3, BaSO4. · Maagi töötlemise põhietapid: 1) peenestamine ja rikastamine (maagis sisalduvate ainete füüsikaliste omaduste ärakasutamine kulla kättesaamine kullaliivast), 2) särdamine (kuumutamine õhuhapniku juuresolekul ühenditest saadakse oksiidid), 3) redutseerimine (kasutatakse C, CO2, H2, aktiivsemaid metalle Al, Mg, Na). · Aluminotermia meetod, kus metallide redutseerimiseks ühenditest kasutatakse alumiiniumit. Näiteks: Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr. · Raua saamine redutseerimine CO-ga. Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 => Saadakse malm (süsiniku sisaldus rauas 2-5%).
Keemiline energia muudetakse elektriks- Näiteks: elektriauto, mobiiltelefon ning kõik muud akud. Kõik mis seostub elektriga ja akudega on meile inimestele väga oluliseks teguriks meie elus ning ilma selleta on meie tavapärane elu häiritud. Metalli tootmine ei ole sugugi kerge protsess kui meile tavainimestele see ehk tundub see on mitmeastmeline protsess, mis koosneb maagi tootmisest, tema ettevalmistamisest (rikastamine - osaline lisanditest puhastamine, särdamine - sulfiidsete maakide muutmine oksiidiks) sellele järgneb metalli tootmine ja selle lõplik puhastamine. Tavaliselt ei ole metallid lisanditest täiesti puhtad, vajadusel neid puhastatakse. Üldiselt on täiesti puhta metalli saamine väga kallis ja seda tehakse vaid haruldaste ja väga väärtuslike metallide puhul. Enamasti ei ole aga metalli absoluutne puhtus vajalik, sest põhiliselt käsutatakse argielus metallide sulameid. Sulam saadakse vähemalt kahe lihtaine sulatatult segamisel
veega, hapete lahustega, soolalahustega) Metallid on reaktsioonides alati redutseerijad (loovutavad elektrone) Reageerivad veega väh. akktiivsed met.(Ni-Au) ei reagereeri veega 8.Redutseerija ja oksüdeerija määramine redoksreaktsioonis(oksüdatsiooniastmete muutumise järgi). Vihikus! 9.Selgita, mida tähendab metallimaagi rikastamine. Maak vabastatakse kõrvalainetest kasutades füüsikaliste omaduset erinevust 10.Selgita, mis on metallimaagi särdamine? Mitteoksiidsete maakida kuumutamine õhu juuresolekul, et saada oksiidide maak 11.Milliseid aineid kasutatakse metallimaakidest metalliväljaredutseerimiseks? Koksi Süsinikmonoksiid Vesinik Alumiinium 12.Mis on malm ja millest see koosneb? Malm on eelkõige vahesaadus maagist terase tootmisel, see koosneb süsinikkust ja teistest ainetest 13.Selgita lühidalt malmi saamise protsessi kõrgahjus. Küsi!! 14.Mis on teras? Raua ja süsiniku sulam 15
Valgevask (CU ja Zn) N:masinaosad,veekraanid Metallide saamine: Looduses leiduvad reeglina ühendina. Vabametallina kulda ja plaatina ning rauda (ka vahel meteoriidis). Fe,Al,Zn leidub põhiloiselt oksiididena. Pliid ja siirdemetalli-sulfiididena Leelismetalle e. IA rühma met. Kloriidiena Leelismuldmetall e. IIA karbonaatidena Metallide tootmisskeem: MaakrikastumineRikastatud maakSärdamineMetalli oksiidredutseerumine e. TaandamineMetall Rikastamine-maagist ebavajaliku välja sorteerimine Särdamine- kuumutamine(põletamine hapniku vooluga, saadakse oskiid) Metalli redutseerimine kõrgel temperatuuril Katoodil toimub katioonide redutseerimine Anoodil anioonid osküdeerumine N: katoodil: Na+1eNa Anoodil: 2Cl-2eCl2' 2NaCl2Na+Cl2 Vesilahuste korral: aktiivsete ja kesk. Aktiivsusega met. Kas redutseeriv katoodi vesi või vesinikioon kuna vajalik elektronipinge on madalam Kui happeanioon sisaldab hapniku toimub vesilahuse korral, anoodi vee oksüdeerumine. N=m/M n=V/22,4dm3/mol m=n*M
VÄÄVEL CASSANDRA LUIK TALLINNA ÜHISGÜMNAASIUM 11.B KLASS LIHTAINE OMADUSED • VÄRVUSELT KOLLANE • RABE • KRISTALNE • AKTIIVNE MITTEMTALL • EI JUHI ELEKTRIT • HALB SOOJUSJUHT • VEES HALVASTI LAHUSTUV • SULAMISTEMPERATUUR +119 C • KEEMISTEMPERATUUR +445 C • KEEMILINE SÜMBOL : S (SULFUR) • JÄRJENUMBER/AATOMNUMBER: 16 (TUUMAS16 PROOTONIT JA ELEKTRONKATTES16 ELEKTRONI) • ASUB 3. PERIOODIS (ELEKTRONKATTES 3 KIHTI) • ASUB VIA RÜHMAS (VÄLISELEKTRONE 6) • ELEKTRONSKEEM: S: +16|2)8)6) • VÄHESEL MÄÄRAL LAHUSTUB ORGAANILISTES LAHUSTITES NAGU BENSEEN JA ETANOOL • REAGEERIB NORMAALTINGIMUSTEL LEELISMETALLIDE , LEELISMULDMETALLIDE, ELAVHÕBEDA, VASE JA HÕBEDAGA. • SOOJENDAMISEL KULGEVAD REAKTSIOONID KA ALUMIINIUMI RAUA, TSINGI JA PLIIGA VÄÄVLI ÜHENDID JA KASUTUSALAD • VÄÄVELDIOKSIID SO2 – VÄRVUSETU TERAVA LÕHNAGA MÜRGINE GAAS, MIDA MÜRGISUSE TÕTTU KASUTATAKSE KELDRITE, LADUDE...
Karbonaadid, sulfaadid CaCO3 (paekivi), CaSO4, BaSO4… Silikaadid 4. Metallide saamine/tootmine metallurgia (lk43) Eestis SILMET Sillamäe. muldmetallide tootmine endotermiline protsess (püsivast ebapüsivasse) Me(n+) + ne() > Me(0) Tuleb leida redutseerija. Põhiline raud (odav) 1. karbotermia (C ja CO) 2C+O2>2CO Fe3O4+4C>3Fe+4CO (v CO2) Fe3O4+4CO>3Fe+4CO2 malm süsiniku sisaldus 25% 2. särdamine väävli väljapõletamine Cu2S+2O2>2CuO+SO2 3. metallotermia (redutseerijana kasutatakse aktiivseid metalle) 3MnO2+4Al>3Mn+2Al2O3 4. redutseerimine vesinikuga WO3+H2>W+H2O (hästi puhastatud metallid. kallis) 5. elektrolüüs Elektrivoolu abil kulgev redoksreaktsioon. Elektrivool on redutseerija. (endotermiline protsess) K: Katioon + e() > Me(0) redutseerumine A: Anioon e() > Mm(0) oksüdeerumine
Osa metallilisi elemente esineb sulfiididena. Metalli saamises tuleb metalliühendit kõrgel temperatuuril redutseerida. Redutseerimine süsiniku või süsinikoksiidiga. (malm) Karbotermia- redutseerimine süsiniku ja süsinikoksiidiga kõrgel temperatuuril. Redutseerimine alumiiniumiga (kroom) Maagi töötlemine: Rikastamine- Maagi rikastamine vajaliku mineraali suhtes. Maagist eraldatakse suurem osa kõrvalainetest. Särdamine- Metalliühendi üleviimine oksiidiks kuumutamisel õhuhapniku juuresolekul, et saada puhtamat metalli. Elektrolüüs Elektrolüüs- redoksreaktsioon, mis toimub elektrienergia arvel. Elektrolüüsil toimuvad redutseerumine ja oksüdeerumine eraldi elektroodidel. Elektroodi, millel toimub redutseerumine nim. katoodiks Elektroodi, millel toimub oksüdeerumine nim. anoodiks. Sulamid Sulam- materjal, mis koosneb mitmest metallist või metallist ja mittemetallist. Eelised:
Fe2 O 3+3 CO=2 Fe+3 Co2 2) Metallide oksiidide redutseerimine aktiivsemate metallidega. Seda meetodit nimetatakse metallotermiaks. Tänapäeval kasutatakse metallotermiat peamiselt raskesti sulavate metallide saamisel. Näiteks tekib kroom (III) oksiidi ja alumiiniumi segu kuumutamisel: Cr 2 O 3 +2 Al= Al 2 O 3 +2 Cr Alumiiniumiga redutseerimise protsessi nimetatakse aluminotermiaks. 3) Sulfiidmaakide särdamine ja moodustunud metallide oksiidide järgneva redutseerimisega söe või vesiniku abil. Näiteks tsingi saamine : 2ZnS+3O2=2ZnO+2SO 2 ZnO+C=Zn+CO Molübdeeni saamine : 2MoS2+7O2 =2MoO3+4SO2 MoO3 +3H 2=Mo+3H 2 O 4) Sulatiste elektrolüüs. Aktiivseid metalle naatrium, kaltsium, magneesium, alumiinium jt. saadakse nende sulatatud ühendite elektrolüüsil. 5) Hüdrometallurgia.
2Na+CuCl2+2H2O= Cu(OH)2+2NaCl+H2 2Na+ 2H2O=2NaOH+H2 2NaOH+CuCl2=Cu(OH)2+2NaCl Metallide saamine. Kivimeid, mis sisaldavad tootmisväärses koguses metallide ühendeid, nimetatakse metallimaakideks. Maakrikastatud maakmetallioksiidmetall 1. Maagi rikastamine: maak vabastatakse kõrvalainetest kasutades füüsikaliste omaduste erinevust. 2. Särdamine: mitteoksiidsete maakide kuumutamine õhu juuresolekul, et saada oksiidne maak. 2PbS+3O2=2PbO+2SO2 3. Metalli redutseerimine metallioksiidist: Redutseerijana kasutatakse: a) koksi (C) (kõige odavam) Fe3O4+4C=3Fe+4CO b) süsinikmonooksiidi (CO), mis tekib ka koksi kasutamisel Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 c) vesinikku (väga puhaste metallide saamiseks) CuO+H2=Cu+H2O
Küsimuse tekst Mis on eutektoid? Vali üks: a. tardunud faasist samaaegselt tekkinud faaside segu b. vedelfaasist samaaegselt tekkinud keemilised ühendid c. vedelfaasist samaaegselt tekkinud faaside segu d. tardunud faasist samaaegselt tekkinud keemilised ühendid Küsimus 4 Valmis Hinne 0 / 1 Märgista küsimus Küsimuse tekst Toorvase saamisel on lõppetapiks Vali üks: a. õhuga läbipuhumine konverteris b. särdamine c. elektrolüüs d. flotatsioon Küsimus 5 Valmis Hinne 1 / 1 Märgista küsimus Küsimuse tekst Kloori kasutatakse Vali üks: a. Cu tootmisel b. terase tootmisel c. Ti ja Mg tootmisel d. Al tootmisel Küsimus 6 Valmis Hinne 1 / 1 Märgista küsimus Küsimuse tekst Millised on metallide põhilised mehaanilised omadused? Vali üks: a. kõvadus, elastsus, löögisitkus b
61) reaktsiooni kiirus(mõju põhimõte)-on keemias reaktsioonis osaleva aine kontsentratsiooni muutus ajaühikus. 62) katalüsaator-aine, mis muudab reaktsioonikiirust 63) inhibiitor-aine või faktor, mis vähendab reaktsiooni kiirust või takistab reaktsiooni. 64) elektronbilanss- 65) korrosioon- on keemilise aine, materjali, kivimi või koe hävimine keskkonna mõjul 66) maak- on mineraalne maavara, mida kaevandatakse 67) maagi rikastamine- maagi vabastamine lisanditest 68) särdamine-maagi kuumutamine õhuhapniku juuresolekul, et viia nendes sisaldavad ühendid üle oksiidideks 69) kõrgahi- metallide tootmiseks vajalik ahi 70) räbu-raua tootmisel tekkinud lisasaadused 71) koks-süsinik 72) liig- 73) saagis-keemilise üksikprotsessi või mitme etapi summaarset produkti saamise efektiivsust 74) elektrolüüs-lahuse või sulami keemilise koostise muutumist elektrivoolu toimel 75) vee karedus-on lahustunud magneesiumi- ja kaltsiumiühendite sisaldus looduslikus vees
Metallide saamine maagist. Enamik metallilistest elementidest esineb looduses ühenditena mitmesugustes maakides. Aktiivsemad metallid on looduses sooladena. Ehedana leidub vaid väärimetalle. Vähemaktiivsed: Oksiidsed mineraalid : Al2O3 boksiit alumiiniumimaak Fe2O3 punane raua maak Fe3O4 -- - FeO . Fe203 magnetiit Sulfiidid : FeS2 püriit Etapid: 1) metalli rikastamine, puhastamine kõrvalainetes rikastatakse vajaliku mineraali suhtes 2) särdamine, lisatakse O2 , tekib vastava metalli oksiid, 3) redutseerumine: a. koksiga, kõige odavam meetod. nt. rauda. karbotermia redutseerumine süsiniku või süsinikoksiidiga. b. vesinikuga puhaste metallide saamiseks. c. aktiivsema metalliga, nt alumiiniumiga . aluminotermia kasutatakse rasksulamite metallide korral. näiteks Cr. d. elektrivooluga, kasutatakse aktiivsete metallide saamiseks
saadud kivisöe koksistamisel. Kütuse ülesandeks on lisaks kõrge temperatuuri tekitamisel olla keemiliseks reagendiks raua redutseerimisel oksiididest. Efektiivse malmi tootmise tagamiseks on oluline toorainete ettevalmistamine. Kõigepealt rauamaak peenestatakse väiksemateks tükkideks, et sulatusprotsess toimiks kiiremini. Seejärel purustatud maak pestakse puhtaks aheraine jääkidest- savist ja liivast. Kolmandana toimub särdamine, mille käigus eemaldatakse niiskus ja põletatakse ära väävel. Magnetsepareerimise käigus eraldatakse magnetiline maak mittemagnetilisest maagist. Malmi tootmine pürometallurgilisel meetodil toimub kõrgahjudes. Kõrgahi on sahtahi kõrgusega üle 30 m ja läbimõõduga 7-8 m. Malmi tootmine kõrgahjus toimub pidevalt kuni remondini. Selline ahi annab kuni 5 miljonit tonni malmi aastas. Komponentide sulamisel voolab ahju alt välja kaks toodangut toormalm ja räbu. Malmi lastakse
olemasolu elurajoonis häiriks paljusid inimesi. Samuti on vaja selleks kindlat kohta, kus neid maake leidub ning reostaks võimalikult vähe loodust. Ukrainas on metallurgiatehaste jaoks eraldatud lausa suur, 27,2 tuhande km2, maa-ala Zaporozhye. See moodustab Ukraina kogupindalast 4,5%. Metalli tootmine on mitmeastmeline protsess. See koosneb maagi tootmisest, tema ettevalmistamisest (rikastamine - osaline lisanditest puhastamine, särdamine - sulfiidsete maakide muutmine oksiidiks) sellele jargneb metalli tootmine ja selle lõplik puhastamine. Metallide tootmine on redoksprotsess, mille põhiklassideks on: · Pürometallurgilised meetodid · Hüdrometallurgilised meetodid · Elekrtometallurgilised meetodid Tavaliselt ei ole metallid lisanditest täiesti puhtad, vajadusel neid puhastatakse, kuid üldiselt on täiesti puhta metalli saamine väga kallis. Seda tehakse vaid haruldaste ja väga väärtuslike
d. ruumdefekt, tera, dislokatsioon Küsimus 8 Valmis Hinne 1,00 / 1,00 Flag question Küsimuse tekst SüsinikusisaIduse suurenemine terases vähendab Vali üks: a. rabedust b. kõvadust c. löögisitkust d. tugevust Küsimus 9 Valmis Hinne 1,00 / 1,00 Flag question Küsimuse tekst Toorvase saamisel on lõppetapiks Vali üks: a. flotatsioon b. õhuga läbipuhumine konverteris c. elektrolüüs d. särdamine Küsimus 10 Valmis Hinne 1,00 / 1,00 Flag question Küsimuse tekst Raua redutseerimine maagist tehakse Vali üks: a. CO2 b. CO c. CaO osalusel d. N2 Küsimus 11 Valmis Hinne 1,00 / 1,00 Flag question Küsimuse tekst Milliste metallide baasil valmistatakse pehmed magnetmaterjalid? Vali üks: a. nikli ja kobalti baasil b. aluminiumi ja nikli baasil c. raua ja räni baasil d. alumiiniumi ja räni baasil Küsimus 12
oksüdatsiooniastme suurenemine. Redutseerija aine, mille osakesed loovutavad elektrone (ise oksüdeerudes). Redutseerumine elektronide liitmine redoksreaktsioonis, sellele vastab elemendi oksüdastiooniastme vähenemine. Reaktsiooni kiirus lähteainete reageerimise kiirus keemilises reaktsioonis, mida iseloomustatakse reaktsioonist osavõtvate ainete kontsentratsiooni muutusega ajaühikus. Rikastamine kõrvalainete eraldamine maagist Särdamine - mitteoksiidsete maakide kuumutamine õhu juuresolekul ,et saada oksiidne maak.
2 3 3 Fe O magnetiit, FeS püriit, Al O , SnO , Cu S, NaCl, KCl, CaCO , MgCO , 4 2 2 3 2 2 3 3 BaSO .4 Maagi töötlemise põhietapid: 1) peenestamine ja rikastamine (maagis sisalduvate ainete füüsikaliste omaduste ärakasutamine kulla kättesaamine kullaliivast), 2) särdamine (kuumutamine õhuhapniku juuresolekul ühenditest saadakse oksiidid), 3) redutseerimine (kasutatakse C, CO , H , 2 2 aktiivsemaid metalle Al, Mg, Na). Aluminotermia meetod, kus metallide redutseerimiseks ühenditest kasutatakse alumiiniumit. Näiteks: Cr O + 2Al ® Al O + 2Cr. 2 3 2 3 Raua saamine redutseerimine COga
Väävlishapet kasutatakse pleegitamiseks ja desinfitseerimiseks. Väävlishappe soolasid kasutatakse redutseerijatena näiteks fotograafias (ilmutite koosseisus). H2SO4 väävelhape Väävelhape on värvuseta, lõhnata, hügroskoopne, veest ligi kaks korda raskem õlitaoline, vees väga hästi lahustuv tugev hape. Väävelhapet toodetakse peamiselt väävlist või mõnest tema ühendist (näiteks püriidist FeS2). Esimeses etapis toimub väävli või tema ühendi põletamine (särdamine) 3FeS2 + 8O2 Fe3O4 + 6SO2. Teises etapis oksüdeeritakse tekkinud vääveldioksiid kõrgemal temperatuuril ja katalüsaatorite osavõtul vääveltrioksiidiks 2SO2 + O2 2SO3 Kolmandas etapis saadakse kontsentreeritud väävelhape vääveltrioksiidi lahustamisel vees või lahjendatud väävelhappes. SO3 + H2O H2SO4 Kuna otsene vääveltrioksiidi reageerimine veega on väga eksotermiline ja tormiline, siis tekkiv lahjendatud väävelhappe aurustuks. Seepärast kasutatakse rohkem väävelhappe
need passiveeruvad. -) Sool = metall + soom (metall peab olema aktiivsem kui soolas olev metalliioon + ei tohi olla I/II A rühma metall ja sool vees lahustuv) * Metalli saab enamjaolt maa seest maakidena: -) Aktiivsed metallid sooladena (leelismetallid kloriididena ja leelismuldmetallid karbonaatide ja solfaatidena) -) Vähemaktiivsed metallid oksiideide ja solfiididena -) Väärismetallid ehedalt. * Töötlemise etapid: -) Maagi rikastamine lisandite eraldamine; -) Särdamine üleviimine oksiidideks; -) Redutseerimine puhta metalli eraldamine. *) Kasutatakse koksi (põlemine + CO), vesinikku ja aluminotermia (Al). * Sulam kahe või enama metalli või metalli ja mittemetalli kokkusulatamisel saadud materjal -) malm (Fe + 2+% C); teras (Fe + 2-% C); eriteras Fe+ (Cr & Ni = roostevaba; Mn = kulumiskindel, Mo = soomusteras); messing (Cu + Zn); pronks (Su + Sn); melhior (Cu + Ni); duralumiinium (Al + Mg,Mn,Cu); amalgaamid (Hg sulamid); joodis (Sn + Pb)
soolaga: 2Na+CuCl2+2H2O= Cu(OH)2+2NaCl+H2 2Na+ 2H2O=2NaOH+H2 2NaOH+CuCl2=Cu(OH)2+2NaCl Metallide saamine. Kivimeid, mis sisaldavad tootmisväärses koguses metallide ühendeid, nimetatakse metallimaakideks. Maakrikastatud maakmetallioksiidmetall 1. Maagi rikastamine: maak vabastatakse kõrvalainetest kasutades füüsikaliste omaduste erinevust. 2. Särdamine: mitteoksiidsete maakide kuumutamine õhu juuresolekul, et saada oksiidne maak. 2PbS+3O2=2PbO+2SO2 3. Metalli redutseerimine metallioksiidist: Redutseerijana kasutatakse: a) koksi (C) (kõige odavam) Fe3O4+4C=3Fe+4CO b) süsinikmonooksiidi (CO), mis tekib ka koksi kasutamisel Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 c) vesinikku (väga puhaste metallide saamiseks) CuO+H2=Cu+H2O
..0,15 mm. 11. Hammasrataste töötlemine- töödeldakse freesiga, iga hammas eraldi, tegui lihtsa pingiga, väike täpsus ja kvaliteet. 12. Põkk-keevitus- materjalid on ühes tasapinnas 13. Metalsete pulbrite tootmine mehaanilisel meetodil- malmid kõrgahjudes, titaani saadakse: rikastamine-> TiCl4 saamine-> TiCl4 taandamine Mg-> käsititaani rafineerimine-> plokkide valamine, maganeesiumi tootmine: särdamine-> kloreerimine-> MgCl või veeta karnalliidi MgCl ·KCl elektrolüüs-> rafineerimine 14. Mis eelised on kinnisel vormstantsimisel võrreldes lahtise stantsimisega? Väiksem metallikulu, toote paremad meh omadused, puudub vajadus kraadi äralõikeoperatsiooni järele. Võimalik stantsida ka väheplastseid metallisulameid. 15. Valandi gaasikoosluse põhjused? Võivad tekkida gaasitühikud. 16. Hallmalmi survetöötlemine
sõbralik lihaskudedele, ületades selles suhtes ka kõiki väärismetalle. 23.-24. VASK, VASESULAMID, TOOTMINE, LIIGITUS, KASUTUS Vask on üheks vanimaks inimkonnale tuntud metalliks. Vase sisaldus maakoores on suhteliselt väike ja vasemaagid vaesed, vasesisaldusega 1-2%. Enamik vasemaake sisaldab vase ühendeid väävli ja rauaga. Neist toodetakse vaske pürometallurgilisel meetodil. Esmalt maak rikastatakse flotatsioonmeetodil, saadud maagikonsentraati kuumutatakse 600-700 °C (särdamine) väävlisisalduse vähendamiseks. Saadus sulatatakse vasekiviks, millest saadakse konverteris õhuga läbipuhumise teel toorvask puhtusega 98,5-99,5% Cu. Järgnevalt rafineeritakse toorvaske kas leekmeetodil tehniliseks vaseks või elektrolüütiliselt puhtaks – 99,95-99,99% vaseks. Vask on kesksulav (sulamistemperatuur 1083 C o ), raskmetall, (tihedus 8,9Mg/ m3 ), kuubilise tahkkeskse kristallvõrega (K12), mis ei muutu temperatuuri muutmisel (pole
annaabi.ee 
