Üldloodusteaduse kordamisküsimused-vastused (5)

1.Mis on aine?
Aine on aatomite kogum, mis on pidevas soojusliikumises; ainel on agregaatolek ning füüsikalis-keemilised omadused.
Aine all mõistetakse füüsikas tavaliselt stabiilseid seisumassiga elementaarosakesi (tavaliselt prootoneid, neutroneid ja elektrone) ning nende kombinatsioone. Selliselt mõistetuna vastandatakse ainet väljale.
2.Kuidas tõestada, et ained koosnevad osakestest ?
Erinevate katsete tegemisel, ntks. lõhna/värvi levimisel ( difusioon - nähtus, kus ained segunevad üksteisega. Sama moodi on difusioon ühe ja sama aine molekulide tungimine teise aine molekulide vahele; difusioon on soojus liikumisest tingitud protsess, mis viib kontsentratsiooni ühtlustumiseni ruumis).
3.Kuidas tõestada, et aatomid ja moleklulid on pidevas soojusliikumises?
Reaktsioonide toimumise tõttu.
Aineosakesed on pidevas soojusliikumises, selle kiirust mõõdame me kaudselt termomeetriga. Kui jahutada kehasid siis aineosakeste soojusliikumine aeglustub, väga madalatel temperatuuril lakkab see peaaegu täiesti.
4.Mis on aine agregaatolek? Mitut agregaatolekut tunnete?
Tahke
- tahke oleku korral mõjuvad molekulide vahel tugevad seosejõud, nii et nad saavad üksteise suhtes ainult võnkuda.
Vedel - tihedus mõõdukas, pigem suur, kulgliikumine olemas. Tegemist on voolava ainega, mille kuju on tavaliselt piiritletud anuma kujuga, mida ta täidab. Tema ruumala on rangelt määratletud temperatuuri ja rõhuga. Vedelik avaldab survet nii anuma külgedele, kui ka tema sisse asetatud objektidele. Selline rõhk kandub üle igasse suunda, olenemata kaugusest ja suurendes sügavuses.
Gaas (iline) - väike tihedus, vaba kulgliikumine. Gaasilises olekus on molekulid ja aatomid vabad. Ainsaks nendevaheliseks vastastikmõjuks on juhuslikud kokkupõrked. Osakesed liiguvad vabalt suvalises suunas. Gaas on aine korrastamata olek. Gaasilises olekus on aine kõrgemal energiatasemel, kui vedelas või tahkes olekus. Gaasi jahutamisel ta kondenseerub ehk muutub vedelikuks. Vedeliku edasisel jahutamisel toimub kristallisatsioon ehk aine muutub tahkiseks. Gaasi temperatuuri olulisel tõstmisel omandavad tema koostises olevad osakesed elektrilaengu ehk ioniseeruvad – gaasist saab plasma.
*Temperatuuri abil on võimalik viia ühest agregaatolekust teise.
5.Kirjeldage keemilisi reaktsioone - aine tasemel, aatomite ja molekulide tasemel.
Ühe aine muundumine teiseks/teisteks (valdav enamik elemente võib keemiliste reaktsioonide tulemusel moodustada keemilisi ühendeid (liitaineid)). Füüsikalised-keemilised omadused muutuvad.
Aatomite ja molekulide tasemel - osakesed põrkuvad ning struktuur muutub.
Keemilise reaktsiooni tagajärjel ei muutu aine (koosneb aatomitest) järjekorranumber.
14.Andke mooli definitsioon ja selgitage, miks mool on keemia üks kesksetest mõistetest.
Mool on ainehulk , milles sisaldub Avogadro arv loendatavat osakest, mis on sama palju kui aatomeid 12 grammis süsiniku isotoobis massiarvuga 12.
24.Andke massitoime seaduse formuleering. Selgitage, miks on keemiliste reaktsioonide kiirused sõltuvad ainete kontsentratsioonidest. Reaktsioonide järk.
Keemia põhiseadus, mis määrab reageerivate ainete ja reaktsioonisaaduste kontsentratsioonide (üldujuhul aktiivsuste) vahekorra keemilise tasakaalu korral; selle alusel arvutatakse reaktsiooni teoreetilist saagist. Massitoimeseadus :
Kc= k1 [C]c[D]d
k2[A]a[B]b
Kc – tasakaalukonstant
k1 ja k2 – temeperatuurist olenevad, kuid kontsentratsioonist sõltumatud kiiruskonstandid
A ja B – lähteainete ning C ja D reaktsioonisaaduste kontsentratsioonid tasakaaluolekus
a,b,c,d – reageerivate ainete stöhhiomeetriategurid reaktsioonivõrrandis
Enamiku reaktsioonide puhul sõltub reaktsiooni kiirus reageerivate ainete kontsentratsioonidest. Sedamööda kuidas lähteained ammenduvad , reaktsioon aeglustub.
On olemas esimene (vaata 25. vastus) ja teine järk ( A+R -> P) .
25.Esimest järku reaktsioonide kineetika kirjeldus ja analüüs.
Matemaatiliselt lihtsaim analüüsis kasutatav reaktsioon on esimest järku pöördumatu reaktsioon A -> P. Reaktsioon on esimest järku, tema kiirus avaldub: v=-d[A]=k[A].
dt
Pseudo esimest järku reaktsioonid ei leia reeglina analüüsis rakendust. Kasutatakse reaktsioone, kus osalvead vähemalt analüüsitav aine ja reagent.
Kui reaktsiooni kiirust jälgitakse produkti P tekkimise järgi, on mugavam viimane võrrand esitada kui [P] sõltuvus ajast t ja analüüsitava aine algkontsentratsioonist.

• Saadud sõltuvused on puhtalt eksponentsiaalsed
  
• Oluline on tähele panna, et võrdsete aegade jooksul kulub (või tekib) sama protsent (või osa) lähteaine (või produkti) kontsentratsiooni
  
• Poolestusaeg
  

27.Keemiliste reaktsioonide tasakaal - definitsioon. Mis määrab reaktsioonide tasakaalu?
Keemiline tasakaal on pöörduva reaktsiooni olek ühesuguse kiirusega, kus reaktsiooni liikmed on võrdsed. Välistingimuste (temp. ja rõhu) muutudes muutb tasakaaluolek vastavalt Le Chatelier’i printsiibile (tingimuste muutumine tasakaalusüsteemis kutsub esile tasakaalu nihkumise suunas, mis paneb süsteemi avaldama vastupanu tekitatud muutustele).
36.Mitu prootonit, neutronit ja elektroni on vesiniku, süsiniku, lämmastiku, hapniku, väävli ja fosfori aatomites. Arvutage nende aatomite massid grammides . Esitage tulemused tabelina.
Prooton
Neutron
Elektron
Aatommass
Vesinik
1
1
1
1
Süsinik
6
6
6
12
Lämmastik
7
7
7
14
Fosfor
9
9
9
18
37. Rutherford 'i katse ja planetaarse aatomimudeli tekkimise lugu.
Laengute jaotumise uurimiseks on kõige lihtsam suunata ainesse laetud osakeste kimp ja jälgida nende trajektoori muutumist. Osakesed peavad olema küllalt väikesed (muidu ei kõverdu trajektoor märgatavalt) ja uuritava aine kiht võimalikult õhuke (et vähendada kahe- ja rohkemakordsete hajumiste osa). Rutherford kasutas radioaktiivse preparaadi (raadiumi) poolt kiiratavaid alfa- kiiri ning üliõhukeseks leheks valtsitud kulda.
Arvutuste lähteandmeteks olid alfa-osakese q/m erilaeng ning kulla tihedus ja aatommass. Alfa-osakeste kiiruse määras kiirendava elektrivälja potentsiaal ,nende arvu kindlaks teha tsinksulfiidiga kaetud ekraanil ilmuvate sähvatuste järgi. Määratavaks seoseks oli kõrvalekaldunud osakeste suhtelise arvu sõltuvus kõrvalekaldenurgast. Hajunud osakeste tegeliku nurkjaotuse täpne vastavus punktlaengute väljast arvutatule ongi katse põhitulemus. Seevastu sageli pakutav "aatomituuma läbimõõt" on vaid positiivse laengu maksimaalne ruumiline ulatus. Niisiis - mudel, kus elektron võngub tuuma sees, pole võimalik. Järelikult peab ta võnkuma tuuma ümber. Mehaanika seisukohalt on seegi võimalik. Veelgi enam: uus ülesanne pole midagi muud, kui masspunkti liikumine pöördruutsõltuvusega jõuväljas, st. kõige enam uuritud mehaanikaülesanne. Rutherfordi mudeli kiire populaarsuse tegelikuks põhjuseks on tema sarnasus Päikesesüsteemiga. Keskel on massiivne tuum (Päike), selle ümber tiirlevad ringikujulistel orbiitidel elektronid ( planeedid ). Et astronoomia on populaarne teadus, sobis selline piltlik mudel hästi inimestes kinnistunud maailmapildiga. Seda enam, et " tegelikku " aatomit nagunii keegi kunagi ei näe.
" Planetaarne " aatomimudel
Piltidel on siiski oluline erinevus. Planeedid liiguvad maailmaruumis takistuseta ja seetõttu on Päikesesüsteem miljardite aastate jooksul püsinud muutumatuna. Aatomis liikuv elektron seevastu peab kiirgama elektromagnetlaineid, st. kaotama energiat. Et orbiit sõltub koguenergiast ("kõrgematel" orbiitidel on see suurem, "madalamatel" väiksem), tähendab energia kiirgamine elektroni lähenemist tuumale . Pöördruutsõltuvus nõuab suurema tõmbejõu tasakaalustamiseks suuremat orbitaalkiirust (), seetõttu väheneb tiirlemisperiood ja koos sellega kasvab kiiratava valguse sagedus.
Tulemuseks on kahekordne vastuolu eksperimendiga: kõigepealt pole "planetaarne" aatom stabiilne, teiseks ei kiirga ta konstantsel sagedusel.
38.Miks Bohr 'i aatomis on stabiilsed ainult teatud orbiidid ? Arvutage vesiniku ja hapniku molekulidega seotud de Broglie lainete pikkused, kui nad liiguvad toatemperatuuril keskmise kiirusega.
Elektronid võivad aatomis liikuda ainult kindlatel statsionaarsetel orbiitidel. Sellisel orbiidil liikudes elektron ei kiirga.Niisiis, statsionaarsel orbiidil elektron energiat ei kaota ja võib seal püsida igavesti . Edasi on lihtne: selleks, et aatom kiirgaks, peab elektron orbiiti vahetama . Elektroni üleminekul suurema energiaga orbiidilt väiksema energiaga orbiidile aatom kiirgab kvandi, üleminekul väiksema energiaga orbiidilt suurema energiaga orbiidile aga neelab selle. Järelikult pole kiirguse lainepikkus (sagedus) pole määratud mitte elektroni tiirlemissagedusega, vaid statsionaarsetele orbiitidele vastavate energiate vahega. See on täiesti uus lähenemine - lähtumine mitte aatomi ehitusest, vaid kiirguse olemusest. Kuna kiirgus koosneb kvantidest, ei saa aatom kaotada energiat pidevalt, vaid ainult terve kvant korraga. Statsionaarsed on need orbiidid, kus tekivad lained. „Korpuskulaar-laineline dualism .”
39.Elementaarkvantmehhaaniline aatomimudel.
http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/bohr.html
40.Kirjutage kvantarvude valiku reeglid.
Orbitaalkvantarv – l väärtusega 0,1,2....n-1 määrab ära orbitaali kuju (st piirkonna kus elektroni leidumine on kõige tõenäosem). O iseloomustab orbitaalide jaotust energia järgi ühe elektronkihi piires. Igale orbitaalarvule l vastab oma alakiht . Kui l=0, siis on tegu s-orbitaaliga, kui l=1, siis p-orbitaaliga ja kui l=2, siis d-orbitaaliga.
Magnetkvantarv – m väärtustega -2,-1,0,1,2,...+-L(l) (määrab orbitaali asendi üksteise suhtes).
Peakvantarv – n väärtustega 1,2,3... määrab ära orbitaali energia e. Orbitaali kauguse tuumast (e. millisel elektronkihil elektron asub).
Spinn - +-1/2, iseloomustab elektroni „sisemist” magnetmomenti (on tingitud elektronpilve „pöörlemisest”).
41.Kasutades kvantarvude valikureegleid selgitage, miks kolmandas perioodis on 18 elementi.
n=3 l=0,1,2 m=-2,-1,0,1,2 s=1/2 , -1/2
teed sama moodi kõigiga läbi
n=3 -> l=0 -> m=0 s=1/2 ja -1/2 (siit saab 2)
l=1 -> m=-1,0,1 s=1/2 ja -1/2 (siit saab 6)
l=2 -> m=-2,-1,0,1,2 s=1/2 ja -1/2 (siit saab 10)
Kolmandas perioodis on 18 elementi
42.Kasutades kvantarvude valikureegleid näidake, et Mendelejevi tabeli teises perioodis ei saa olla rohkem kui 8 elementi.
n=2 l=0 -> m=0 -> s= + 1/2 (1)
l=1 -> m=-1-> s= + 1/2 (2)
-> m=0 -> s= + 1/2 (3)
-> m=1 -> s= + 1/2 (4)
l=0 -> m=0 -> s= - 1/2 (5)
l=1 -> m=-1-> s= - 1/2 (6)
-> m=0 -> s= - 1/2 (7)
-> m=1 -> s= - 1/2 (8)
Teises perioodis on 8 elementi.
43.Kuidas tekivad kovalentsed sidemed? Kirjeldage sidemete tekkimise kahte loogikat.
a)kui aatomite väliste elektronkihtide paardumata elektronid moodustavad molekulis ühised elektronpaarid
b)kui aatomite väliste elektronkihtide paardumata elektronide orbitaalid „kattuvad” ning moodustavad ühise molekulaarse orbitaali
44.Mitu paardumata elektroni võib olla väävli ja fosfori aatomis? On teada, et väävel on kolmanda perioodi viies element ja fosfor
kolmanda perioodi kuues element.
Teha ruutskeem vms. ja siis saab ilusti aru :)