Kasutaja:Kruusamägi/Keemilised elemendid

Liitiumi aatom See keemia-alane lehekülg valmib õppe-eesmärgil ja on mõeldud keemia-alaseks konspektiks. Lehekülg ei ole veel valmis – palun oodake parandustega! Siit leheküljelt ammutan ka inspiratsiooni uute keemialaste artiklite kirjutamiseks.

Metallid

Metallid on keemilised elemendid ja lihtained, mille aatomite välimisel kihil on 1–3 elektroni, mille nad keemilistes reaktsioonides loovutavad.

Keemilised omadused

1. Reageerivad lihtainetega (tuntuim nendest hapnik, tekivad oksiidid).

2. Kõrgemal temperatuuril reageerivad väävliga.

3. Reageerivad hapetega vastavalt pingereale.

4. Metall + vesi

5. Metall + sool (soolalahus)

Metallide saamine

1. Saadakse loodusest ehedalt, maaki rikastades (põhiline on kuld).

2. Redutseerimine

a) Söega redutseerimine

Kõige odavam variant

Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO ja (viiakse läbi reageerimine eraldanud vingugaasiga) Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

b) H₂-ga redutseerimine

CuO + H₂ → Cu + H₂O

c) Aluminotermia

Redutseerimine alumiiniumiga viiakse läbi kallite ja haruldaste metallide puhul

d) Sulatatud soolade elektrolüüs

Korrosioon

Korrosioon on metallide hävimine väliskeskkonna toimel. Metallid oksüdeeruvad.

Keemiline korrosioon

Keemiline korrosioon toimub kuivas keskkonnas ja metall reageerib otseselt lihtainega. Tavaliselt on temperatuur kõrge ja lihtaine on gaasilises olekus.

Elektrokeemiline korrosioon

Elektrokeemiline korrosioon toimub metalli pinnal elektrolüüdi lahuses.

Korrosioonikaitse viisid

Leelismetallid – 1A

Leelismetallid moodustavad veega reageerides leeliseid (tugevaid aluseid).

Leelismuldmetallid – 2A

Siirdemetallid

Siirdemetallid on B alarühma metallid. Väliskihtidel tavaliselt 2 elektroni.

Liitium

3	1 2
Li 6,939
Liitium

Naatrium

11	1 8 2
Na 22,9898
Naatrium

Kaalium

19	1 8 8 2
K 39,102
Kaalium

Kaalium on vajalik osmoose rõhu säilitamiseks kudedes.

Väga vajalik mikroelement südametegevuseks. Ööpäevane vajadus täiskasvanud inimesel on umbkaudu 2–3 grammi.

Kaaliumkloriid

Kaaliumkloriid (KCl) on kasutusel kaaliumväetisena.

Kaaliumhüdroksiid

Kaaliumhüdroksiid (KOH) on tugev leelis. Vedela (värvuselt rohelise) seebi lähteaine.

Kaaliumnitraat

Kaaliumnitraat ehk kaaliumsalpeeter (KNO₃) on musta püssirohu koostisosa. Kasutatakse kaalium- ja lämmastikväetisena. Kuumutamisel eraldab kergesti hapnikku.

Kaaliumpermaganaat

Kaaliumpermaganaat (KMnO₄) on tumelilla värvusega kristalne aine, mille lahusega puhastatakse haavu.

Tseesium

55	1 8 18 18 8 2
Cs 132,905
Tseesium

Frantsium

87	1 8 18 32 18 8 2
Fr <223>
Frantsium

Kaltsium

20	2 8 8 2
Ca 40,08
Kaltsium

Kaltsium on hõbevalge värvusega läikiv metall. Keemiliselt väga aktiivne (oksüdeerumise vältimiseks säilitatakse puhast kaltsiumit petroolis).

Inimorganismis on kaltsiumi vaja luukoe moodustamiseks, vere hüübimiseks, närviimpulsside ülekandeks, lihasekontraktsioonide tarvis jne. Täiskasvanu ööpäevane vajadus ca. 0,8 g. Inimorganismis leidub seda põhiliselt hammastes (kuni 25%), luudes (11%), rasvkoes (0,06%), maksas (0,01%) ja põrnas (0,01%). Luudes ja hammastes on peamisteks kaltsiumiühenditeks kaltsiumfosfaat ja -karbonaat.

Täiskasvanud inimese organismis on kaltsiumit umbes 1,7 kg. Võrdluseks: näiteks munakoores on kaltsiumi umbes 2,5 g (valdavalt kaltsiumkarbonaadina).

Kaltsiumkarbonaadist koosnevad näiteks pärlid ja korallid.

Kustutamata lubi

Kustutamata lupja ehk kaltsiumoksiidi saadakse kaltsiumkarbonaadi põletamisel:

CaCO₃ → CaO + CO₂↑

Kustutatud lubi

Kustutatud lubi ehk kaltsiumhüdroksiidi saadakse kaltsiumoksiidi reageerimisel veega:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

Kaltsiumkloriid

Kaltsiumkloriid (CaCl₂) on valge kristalne aine. Seob hästi õhust veeauru ja moodustab kristallhüdraadi (st: hügroskoopne aine).

Kaltsiumsulfaat

Kaltsiumsulfaat on raskestilahustuv kristalne aine, mida leidub kipsina.

Kuumutamisel eraldub osa veest ja saadakse põletatud kips. Sellele vett lisades toimub ühinemisreaktsioon veega ja mass kivistub:

CaSO₄ + 2H₂O → CaSO₄·2H₂O

Strontsium

38	2 8 18 8 2
Sr 87,62
Strontsium

Baarium

56	2 8 18 18 8 2
Ba 137,34
Baarium

Raadium

88	2 8 18 32 18 8 2
Ra <266>
Raadium

Raud

26	2 14 8 2
Fe 55,847
Raud

Raud (Ferrum; Fe) on hõbehall, magneetiliste omadustega, raske (7,9 g/cm³), raskestisulav (1540°C) metall. Raud on suhteliselt kõva (palju sõltub lisanditest), plastilise (s.t: hästi töödeldav), hea elektri- ja soojusjuht.

Raua järjenumber on 26. Raud asub Perioodilisussüsteemi VIII B rühmas ja 4. perioodis.

Raud on kõige levinum element Maa koostises ning levimuselt maakoores teine metall alumiiniumi järel.

Raual on neli stabiilset isotoopi massiarvudega 54, 56, 57 ja 58.

Inimorganismis kuulub raud hemoglobiini koostisse.

Maagid:

pruun ja punane rauamaak (Fe₂O₃)
must rauamaak e. magnetiit (Fe₃O₄) on musta värvi magnetiliste omadustega ühend.

Elektronskeem:

Fe +26| 2) 8) 14) 2)

Fe – 2e = Fe²⁺ Fe – 3e = Fe³⁺

Raud on keskmise aktiivsusega metall.

Reageerimine erinevate ainetega:

4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃
3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂↑
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃
Fe + CuCl₂ → FeCl₂ + Cu

Raud(III)oksiid

Raud(III)oksiid ehk diraudtrioksiid (Fe₂O₃) on punakaspruuni värvusega kristalne aine, mida leidub punase ja pruuni rauamaagi koostises.

Raud(II)hüdroksiid

Raud(II)hüdroksiid (Fe(OH)₂) on valget värvi kristalne aine. Tekib raud(II)soolade reageerimisel leelistega. Õhus seisteb oksüdeerub kiiresti raud(III)hüdroksiidiks.

Raud(III)hüdroksiid

Raud(III)hüdroksiid (Fe(OH)₃)

Tekkimine: FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl

Raudvitriol

Raudvitriol ehk raud(II)sulfaat-vesi (1/7) (FeSO₄*7H₂O)

See leiab kasutust taimekahjurite tõrjes ja puidu konserveerimisel. Samuti kasutatakse seda värvide valmistamisel.

Raud(III)kloriid

Raud(III)kloriid (FeCl₃) on pruunika värvusega kristallne aine. HVäga hügroskoopne.

Levinuim raud(III)sool.

Meditsiinialaselt leiab selle lahus kasutust väiksemate haavade puhul verejooksu tõkestajana.

Alumiinium

13	3 8 2
Al 26,9815
Alumiinium

Alumiinium (Aluminium; Al) on levinuim metalliline element.

Tähtsaim maak on boksiit (Al₂O₃)

Omadused:

Kristallilisel kujul väga kõva (korund, smirgel, rubiin, safiir)
Hõbevalge
Peegeldab hästi valgust
Kerge (2,7 g/cm³)
Sulab madalal temperatuuril (660°C)
Väga hea elektri- ja soojusjuht
Plastiline
Pehme

Elektronskeem:

Al +13| 2) 8) 3)

Al – 3e = Al³⁺

Alumiinium on üsna aktiivne metall, kuid õhuke ja tihe oksiidikiht kaitseb O₂ ja H₂O eest.

Reageerimine erinevate ainetega:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃
2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑
2Al + 3CuSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Cu
2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe

Alumiiniumi kasutamine:

Eelised: kerge, püsiv O₂ suhtes, hea elektri- ja soojusjuht, odav
Puudused: pehme, reageerib hapetega

Nikkel

28	2 16 8 2
Ni 58,71
Nikkel

Värvuselt on nikkel hõbevalge ja nõrgalt kollaka helgiga.

Niklil on 5 stabiilset isotoopi massiarvudega 58, 60, 61, 62 ja 64.

Tihedus on tavatingimustel 8,9 g/cm³. Sulamistemperatuur on 1455 °C.

Toatemperatuuril on nikkel püsiv (nii õhus kui veekeskkonnas).

Nikkeloksiid (NiO) ja niklisoolad on värvuselt rohelised.

Tähtsamad sulamid on nikroom (nikkel + kroom), melhior (vask + nikkel), invar (raud + nikkel) ja platiniit (raud + nikkel).

Niklit kasutatakse katalüsaatorina ja sellega hüdrogeenitakse vedelaid rasvu tahketeks.

Titaan

22	2 10 8 2
Ti 47,90
Titaan

Titaan on hõbevalge värvusega raskestisulav kergemetall.

Toatemperatuuril on titaan keemiliselt väga püsiv.

Titaandioksiid

Titaandioksiid (TiO₂) on parim olemasolev valge värvi pigment (väga head peegeldus- ja katmisvõime, pikk püsivus, värvipind ei pragune ja säilitab hästi läiget). Tuntud ka titaanvalge nime all. Sellest valmistatakse valget emaili.

Tantaal

73	2 11 32 18 8 2
Ta 180,948
Tantaal

Tantaal on looduses haruldane sinakashalli värvusega raskemetall.

Toatemperatuuril on metall ülimalt püsiv, kuna selle pind on kaetud õhukese ja väga tiheda oksiidikihiga (Ta₂O₅).

Tantaaliga ei reageeri ei happed ega leelised.

Tantaal parandab metallisulamites sulamite omadusi.

Tantaal on väga kulumiskindel.

Plii

82	4 18 32 18 8 2
Pb 207,19
Plii

Plii on väga pehme raskemetall. Värvuselt sinakasvalge, lõikepind hõbedane (kattub kiiresti tuhmi oksiidikihiga (PbO)).

Plii ja tema ühendid on mürgised!

Plii on nõnda pehme, et seda võib noaga lõigata.

Pliist valmistatakse elektrikaablite kattetorusid, haavleid ja akusid. Pliiühendeid kasutatakse ka õlivärvide (nt: oranž pliimennik) ja kristallklaasi valmistamisel.

Volfram

74	2 12 32 18 8 2
W 183,85
Volfram

Volfram on helehall raskemetall. Ta on kõige kõrgema sulamistemperatuuriga metall (3400 °C).

1 kg volframist saab valmistada hõõgniite ?? 000-le elektripirnile.

Volframkarbiid

Volframkarbiid (WC) on peaaegu teemanti kõvadusega volframi ja süsiniku ühend. Materjalina väga kuumakindel.

Volframkarbiidi ja koobalti ühendist valmistatakse pobediiti, mida kasutatakse lõiketerade ja puuriotste valmistamiseks.

Volframoksiid

Volframoksiid (WO₃) tekib, kui volfram ühineb kõrgel temperatuuril hapnikuga.

Sellele vastab volframhape (H₂WO₄), mille sooli nimetatakse volframaatideks.

Tina

50	4 18 18 8 2
Sn 118,69
Tina

Tina on madala sulamistemperatuuriga (232 °C) hõbevalge raskemetall.

Tal on 10 stabiilset isotoopi.

Tinast valmistatud pulga painutamisel on võimalik kuulda tinale iseloomulikku kriginat, mille tingib tinakristallide omavaheline nihkumine.

Kuna tina ei ole mürgine võib tinatatud nõudes toiduaineid hoida. Tinatatud plekist tehakse konservikarpe.

Tina ja vase sulam on pronks.

Tina ja plii sulamit kasutatakse jootmisel.

Tinasulfiid (SnS₂) on tuntud kui kassikuld.

Kroom

24	1 13 8 2
Cr 51,996
Kroom

Kroom on raskestisulav hõbevalge metall. Väga kõva aga samas habras.

Tavatamperatuuril püsiv aga kõrgel temperatuuril (2000 °C) põleb hapnikus kroom(III)oksiidiks.

Kroom(III)oksiid

Kroom(III)oksiid ehk dikroomtrioksiid (Cr₂O₃) on rohelise värvusega kristalne aine, üks tähtsamaid kroomi oksiide.

Seda kasutatakse roheliste värvide ja klaasi valmistamisel.

Kroom(IV)oksiid

Kroom(IV)oksiid ehk kroomtrioksiid (CrO₃) on punase värvusega kristalne aine. Väga tugev oksüdeerija – paljud orgaanilised ühendid süttivad sellega kokkupuutes.

Reageerib veega moodustades kroomhappe ja dikroomhappe.

CrO₃ + H₂O = H₂CrO₄

2CrO₃ + H₂O = H₂Cr₂O₇

Kaaliumkromaati (esimese happe soola; K2CrO4) ja kaaliumdikromaati (teise happe soola; K2Cr2O7) kasutatakse laborites reaktiividena, tuletikutööstustes, pürotehnikas ja puidu immutamisel. Varem on kasutatud ka fotograafias.

Need ained on tugevad oksüdeerijad. Samuti on need mürgised.

Puidu immutamisel nendega muutub puit mittesüttivaks ja saavutab püsivuse paljude seenhaiguste, bakterite ja putukate suhtes.

Kroomühendeid kasutatakse ka riidematerjalide töötlemisel.

Kroomkaaliummaarjast kasutatakse nahaparkimisel. Sellega töödeldud nahk muutub painutamisele ja kulumisele vastupidavaks, omandab ilusa läike ja ei pundu vees. Sellist nahka nimetatakse kroomnahaks.

Mittemetallid

Süsinik

6	4 2
C 12,01115
Süsinik

Süsinik on keemiline element järjenumbriga 6 ja massiarvuga 12.

Tal on kaks stabiilset isotoopi massiarvudega 12 ja 13.

Looduses leidub ka radioaktiivset isotoopi massiarvuga 14, mille poolestusaeg on 5700 aastat ja mis tekib kosmilise kiirguse toimel.

Süsinik on mittemetall.

Süsinikul on kalduvus moodustada 4 sidet või vastaval arvul mitmekordseid sidemeid. Et süsinik moodustab palju vähepolaarseid kovalentseid sidemeid, on oksüdatsiooniastme määramine sageli raske. Märkus: oksüdatsiooniaste määratakse araabia numbritega kuna rooma numbritega ei saa murde kirjutada.

Tal on palju allotroopseid vorme. Tavatingimustes on neist stabiilseim grafiit. Teisteks vormideks on teemant ja mitmesugused karbüünide ja fullereenide vormid.

Süsiniku stabiilseim oksiid on süsihappegaas (CO₂). Oluline on ka süsinikoksiid (CO).

Süsinik on oluline element orgaanilistes ühendites ning kesksel kohal orgaanilises keemias. Seetõttu nimetatakse seda keemiavaldkonda sageli ka süsinikukeemiaks.

Süsinikoksiid ehk vingugaas

Vingugaas (CO) on värvusetu, lõhnatu ja väga mürgine gaas. Vees hästi ei lahustu.

Süsinikku: 42,9%, hapnikku: 57,1%.

Inimorganism eritab CO-d umbes 10 ml ööpäevas.

Vingumürgistust põhjustab vingugasi ühinemine hemoglobiiniga, mille käigus tekib väga püsiv karboksühemoglobiin (HbO₂ + CO → HbCO + O₂). Üks hemoglobiinimolekul seob neli CO molekuli ja nendevaheline side on 250 korda püsivam kui side hapnikuga. CO peatab hemoglobiini hingamisfunktsiooni ja organismil tekib hapnikupuudus.

Süsinikdioksiid ehk süsihappegaas

Süsinikdioksiid

Süsihappegaas (CO₂) on värvusetu, peaegu lõhnatu (nõrgalt hapuka lõhnaga) gaas. Ei ole mürgine. Õhust 1,5 korda raskem.

Lahustub hästi vees teatud määrani.

Kõrge süsihappegaasisisaldus õhus võib tekitada lämbumist. Suurim lubatud kontsentratsioon õhus (tööruumides) on 0,5%.

Tahket süsihappegaasi nimetatakse kuivjääks. Süsihappegaas tahkub temperatuuril −78,5°C.
Ettevaatust! Kokkupuude veeldatud või tahke süsihappegaasiga põhjustab külmakahjustusi.

Suhteline tihedus on 0,82.

Süsinikku: 27,3% ja hapnikku: 72,1%.

Süsihappegaas lahustub vees mõõdukal määral. Lahused on happelised süsihappe esinemise tõttu.

Tööstusliku süsihappegaasi hind (2007): 30 kg ballon on ca. 570 kr.
Toiduainetööstuses kasutatava süsihappegaasi hind: 10 kg BIOGON toidusüsihappegaasi balloon maksab ca. 385 kr (sellest kogusest piisab umbes 600 liitri joogikraami gaseerimiseks – see tähendab, et ühe liitri joodava kohta kuluks 16,(6) g süsihappegaasi, mis maksab ca. 64 senti).

Metaan

Metaan (CH₄) on värvitu, lõhnatu, maitsetu mürgine gaas, mis ei lahustu vees. Metaan on õhust kergem.

Metaani põlemine:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Metaani kasutamine:

kütteks, toorainena keemiatööstuses

Biokeemilised aineringed: Süsinikuringe

Süsinikuringe näeb välja järgmine:

Hapnik

8	6 2
O 15,9994
Hapnik

Hapnik

Biokeemilised aineringed: Hapnikuringe

Hapnikuringe näeb välja järgmine:

Vesinik

1	1
H 1,00797
Vesinik

Vesinik (Hydrogenium; H) on gaas.

Leidumine looduses:

Vesinik on universumis, tähtedes ja hiidplaneetides kõige tavalisem elemendi isotoop.
Sisaldus maakoores on massi järgi väike (0,87%), aatomite arvu järgi suur (17%). Vesinik on

leviku poolest Maal 9. kohal, universumis kõige levinum element.

Saamine tööstuses:

Vee elektrolüüs

2H₂O → 2H₂ + O₂

maagaasi lagundamisel

CH₄ → C + 2H₂↑

Füüsikalised omadused:

kergeim gaas (õhust 14,5 korda kergem)
värvusetu, lõhnatu, maitsetu

Keemilised omadused:

Põleb

2H₂ + O₂ → 2H₂O

Redutseerib oksiididest metalle

H₂ + CuO → Cu + H₂O

Isotoobid: Vesinikul on kaks stabiilset isotoopi massiarvudega 1 ja 2.

Erinevalt muudest elementidest on keemilised ja füüsikalised erinevused vesiniku isotoopide vahel suhteliselt suured. Seetõttu on neil erinimetused ja mitteametlikud, ent laialdaselt kasutatavad erisümbolid. Isotoopi massiarvuga 1 nimetatakse prootiumiks ja keemiline sümbol H käib eriti selle isotoobi kohta. Isotoopi massiarvuga 2 nimetatakse deuteeriumiks, mille keemiline sümbol ²H (mitteametlikult D).

Vesinikul on ka radioaktiivne isotoop massiarvuga 3 ja poolestusajaga 12,3 aastat. Selle nimetus on triitium ja sümbol ³H (mitteametlikult T). (Erinimetused ja -sümbolid on ka isotoopidel, mis kuuluvad radioaktiivsetesse ridadesse.)

Prootiumi aatomi tuum on prooton, mis on elementaarosake. Deuteeriumi aatomi tuum on deuteron, mis koosneb ühest prootonist ja ühest neutronist. Triitiumi aatomi tuum on triiton, mis koosneb ühest prootonist ja kahest neutronist.

Väävel

16	6 8 2
S 32,064
Väävel

Väävlit sisaldavad karvad, suled, sarved, küüned jne. Täiskasvanud inimese ööpäevane väävlinorm on 1,2 grammi.

Vääveldioksiid

Vääveldioksiid (SO₂) on terava lõhnaga mürgine gaas.

Divesiniksulfiid

Divesiniksulfiid (H₂S) on värvitu mädamunalõhnaline mürgine gaas.

Mürgisus: Divesiniksulfiidi 0,2 % sisalduse juures õhus saabuks inimesele surm minuti jooksul; 0,07 % sisalduse korral sureks inimene tunni jooksul; 800 ppm 5 minuti vältel on 50 % inimestele surmav kontsentratsioon; kontsentratsioon mis ületab 1000 ppm viib juba esimese hingetõmbega kokkukukkumisele ja toob kaasa hingamistegevuse lakkamise.

Lahustuvus vees on 2,5 g/1 l kohta temperatuuril 40 °C.

Seda gaasi tekib näiteks roiskumisel ja vulkaanipursetel.

Biokeemilised aineringed: Väävliringe

Väävliringe näeb välja järgmine:

Taimede juured seovad sulfaate (SO₄^2-).
Sulfaatides esinev hapnik seondub aminohapete sünteesimise käigus vesinikuga.
Loomad söövad taimi.
Loomad/taimed surevad. Väävlit sisaldavad aminohapped lagundatakse bakterite toimel divesiniksulfiidideks.
Bakterite toimel eraldub sulfiididest väävel.
Väävel seotakse teiste bakterite poolt hapnikuga. Tekivad taas sulfaadid.

Kloor

17	7 8 2
Cl 35,453
Kloor

Kloor on keemiline element järjenumbriga 17.

Tal on kaks stabiilset isotoopi massiarvudega 35 ja 37 (sealt ka keskmine molaarmass 35,5 vastavalt nende isotoopide esinemissagedusele)

Keemilistelt omadustelt on kloor halogeen. Seetõttu on tema stabiilseim oksüdatsiooniaste -1. Teised klooriühendid, sealhulgas kloori oksiidid, on tugevad oksüdeerijad ja vähestabiilsed. Kloori oksiidid on happelised. Vesinikuga moodustab kloor vesinikkloriidi, mis on tugevalt happeline.

Ta moodustab kaheaatomilisi molekule ja on normaaltingimustel rohekaskollane gaas, mis kondenseerub temperatuuril –33°C.

Kloor on keemiliselt aktiivne. Ta mõjub inimkehale, eriti kopsudele, söövitavalt.

Lämmastik

7	5 2
N 14,0067
Lämmastik

Biokeemilised aineringed: Lämmastikuringe

Lämmastikuringe näeb välja järgmine:

Fosfor

15	5 8 2
P 30,9738
Fosfor