Keemia ja materjaliõpetus · Keemia ja materjaliõpetus 1 1. Sõnastage ja kommenteerige (millistel juhtudel on vaja neid arvestada või kasutada) Elementide ja nende ühendite omaduste

Keemia ja materjaliõpetus

1

1. Sõnastage ja kommenteerige (millistel juhtudel on vaja neid arvestada või kasutada) Elementide ja nende ühendite omaduste muutumise perioodilisus: Keemil elem ja nendest moodust liht-ja liitainete omad on perioodilises sõltuvuses elementide aatomite tuumalaengust (elementide aatommassidest). Iga periood v.a. esimene algab aktiivse metalliga, lõpeb väärisgaasiga. Perioodi piires elementide järjenumbri kasvamisel nõrgenevad metallilised ja tugevnevad mittemetallilised omad. Suurtes perioodides nn pea- kui ka kõrvalalarühmade elementide omad korduvad perioodiliselt. Kahe esimese peaalarühma elemendid asuvad perioodi paarisarvulistes, ülejäänud paarituarvulistes ridades. Paarisarvulistes ridades on ülekaalus metallilised omad. Metallilised omadused tugevnevad peaalarühmas ülalt alla, mittemetallilised omadused aga nõrgenevad. VII-peaalarühmas on tüüpilised mittemetallid. Alates III-peaalarühmast nim suurte perioodide paarisarvuliste ridade elemente siirdeelementideks. Kõikides väikestes perioodides kasvab vasakult paremale liikudes elektronide arv aatomi välisel energia tasemel. Aatomite elektronkihtide perioodiline kordumine elementide järjenumbri kasvamisel toob endaga kaasa isoleeritud aatomite kogumi perioodilise kordumise. Massi jäävus kinnises süsteemis: Reaktsioonist osa võtnud ainete mass võrdub reaktsiooni saaduste massiga (Lomonossov, 1756). Aine koostise püsivus: igal keemilisel ühendil on kindel kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis, sõltumata nende saamisviisist: C+O2=CO2 (nn daltoniidid); Tahkete ainete korral ei kehti, st koostis oleneb saamisviisist (nn bertolliidid) N: FeS0,95.. Archimedese seadus: igale vedelikus või gaasis asetsevale kehale mõjub üleslükkejõud, mis on võrdne selle keha poolt väljatõrjutud vedeliku või gaasi kaaluga. Faraday seadused: 1)Elektrolüüsi ajal on elektroodidel toimuvates keemil reakts tekkiva aine hulk võrdeline elektrolüüti läbiva elektrihulgaga. 2)Erinevatest elektrolüütidest võrdse elektrihulga läbijuhtimisel on elektroodidel eralduva iga aine moolide arv pöördvõrdeline tema loomlaengu suurusega.

2. Aine ja materjali mõiste, nende eksisteerimise olekud tavatingimustel

Aine on osake, mis omab massi ja mahtu, võib esineda nii puhtana (suhteline mõiste) kui ka ühendites, nt prooton, neutron, elektron. Materjal on aine, mille töötlemisel (kasutamisel) ei toimu keemilisi muutusi (nt alumiiniumpotid). Tavatingimused: 20 ºC (293 K) ja 1 atm (101325 Pa). Kõik ained, mis on tavatingimustel vedelas olekus, on võimalik üle viia tahkesse olekusse, kuid mitte kõiki gaasilisse olekusse (temp tõustes ja rõhu langemisel osad ained lagunevad); tavaolekus tahke aine võib viia vedelasse olekusse, aga mitte kõiki gaasilisse olekusse. Samuti on aineid ja mat mis eksisteerivad ainult kahes olekus (parafiin – vedelikuks kuid vähesel määral gaasiliseks; jood läheb kiiresti gaasiliseks). Millest sõltuvad ainete ja materjalide kõik omadused? Füüsikal omad sõlt osakeste massist ja nende ,,kokkupakitusest“ (tihedus), keemil sideme tüübist ja struktuurist (kõvadus, sepistatavus, venitatavus, sulamis- ja keemistemp), laetud osakeste liikumisvõimest (elektrijuhtivus) jne. Keemil omad sõlt elektronide paigutusest aatomis (elektronskeemist), keemilise sideme tüübist, struktuurist ja energiamuutustest. Ainete ja materjalide enamkasutatav klassifikatsioon, ainete ja materjalide tähistamine praktikas: Klassifikats toimub alati mingi tunnuse alusel, sama ainet võib klassifitseerida eri tunnuste järgi, st aine võib olla eritunnustega ja kuuluda samaaegselt erinevatesse klassidesse. Ainete ja materjalide tähistamine: 1)NIMI a)Nimi ei anna infot aine päritolu, kasutamise ega omaduste kohta (kriit, vesi); b)Nimes sisaldub mingi info (sooraud, seebikivi); c)Kaubanduslik nimi ei sisalda mingit infot (määrdeõli, kiudained); 2)VALEM: a)Empiiriline – näitab aine elementaarkoostist ja elementide gruppide omavahelist suhet, erandjuhul näitab valem aine molekulaarkoostist (gaasid, vedelikud, molekulvõrega tahkised, nt N2 ja CH4) Tahkete ioonvõrega ainetel molekule ei ole; b)Struktuuri valem – näitab lisaks elementide ja elemendi gruppide suhtele, kuidas need on omavahel seotud; c)Valem tähtede ja numbrite kombinatsiooniga N:El00-E199 toiduvärvid; d)Nomenklatuursed nimetused on standardiseeritud puhastele ainetele JUPAC poolt H2SO4 (tetraoksosulfaat(VI)vesinik). Lisaks keemilisele tähestikule kasutatakse mitmeid numbrilisi koode, milledest tähtsamad on CAS ja EINEKS registrite numbrid. (CAS – Chemical Abstract Services (kemikaali (aine) reg nr andmebaasis), EINEKS (European Inventon of Existing Commercial Chemical Substances) – on kemikaali (aine) reg nr Euroopa kaubanduslike ainete


2

loetelus. CAS reg nr omistatakse ainele kui see lisatakse andmebaasi, igale CAS nr vastab üks ja ainult üks aine. CAS nr järgi saab Interneti kaudu kätte ka selle kemikaali ohutuskaardi.

3. Liht- ja liitaine, puhta aine, materjali, homogeense ja heterogeense segu mõisted.

Lihtaine: Lihtaine koosn ühe elemendi aatomitest, keemilises reakts ei saa seda lõhkuda lihtsamateks aineteks. Lihtaine valemina kasut vastavate elementide sümboleid (üheaatomilised: Fe, Au, Ag, C, S; kaheaatomilised: H2, O2, F2, C12, Br2). Enamik elementidele vastavaid lihtaineid on toatemp-l tahked ained või gaasid. Ühend ehk liitaine: koosn kahe või enama elemendi omavahel seotud aatomitest (H2O, H2SO4, CO2, NaCl). Tal on koostiselementidega võrreldes teistsugused füüsikalised ning keemil omad. Iga elemendi sisaldus ühendis on konstantne, nt vesi koosneb alati kahest osast H-st ja ühest osast O-st. Puhas aine: on aine, mis sisaldab ainult ühte lihtainet või ühendit (suhteline mõiste). Puhtaks loetakse aineid, milles on lisandeid 0,00001% või milles on põhiainet rohkem kui 95% (puhasaine). Homogeenne segu: on selline ainete (materjalide) segu, mille omad ja keemil koostis on kogu aine ulatuses ühesugused, nt lahus (lahustunud aine ja lahusti osakesed on molekulid või ioonid), õhk. Heterogeenne segu: on selline ainete (materjalide) segu, mille koostis ja omad. on materjali piires erinevad, N:suspensioon, mille osakesed on erinevad. Homog segu koosn kahest või enamast keemil koostise või strukt poolest erinevast homog osast. Reaktsiooni kiiruse mõiste, kuidas seda mõõdetakse? Näitab ajaühikus ruumala kohta tekkinud reageerinud aine hulka moolides, reaktsiooni kiirust mõõdet reageerivate ainete kontsentratsioonide muutusega ajaühikus. Millised tegurid ja kuidas need mõjutavad reakts kiirust homog ning heterog süsteemis? Heterogeenses kk-s l)temp; 2)kontsentratsioon; 3)gaaside ja aurude korral nende rõhk; Homogeenses kk-s lisaks veel: 4)faaside kokkupuutepinna suurus; 5)reaktsioonisaaduste difusioonikiirus; 6)2-aatomiliste gaaside dissotsiatsioonienergia, nt A+B=AB, v=k*(A)*(B), kus k – reaktsiooni kiiruskonstant ja (A), (B) – reageerivate ainete konsentr (mol/l), keemil reakts kiirus jääval temp-l on võrdeline reag ainete konsentr korrutisega. Üldkujul: nA+mB=pC, v=k*[A] m*[B] n

. Plahvatused – ülikiired reakts. Plahvatavad segud: 1)Aur-õhk: atsetoon 2-13 mahu%, bensiin 1-7% 2)Gaas-õhk: propaan 5-35%, etüün 2,5-80% 3)Tolm-õhk: tärklis ja väävel 7%, jahu 10%. Van’t Hoffi reegel: temp tõstmisel 10°C võrra kasvab reakts.kiirus 2-4 korda.

4. Ainete valemite mõiste ja seletus.

Ainete valemite mõiste ja seletus: 1)empiirilises valemis on esitatud iga elemendi aatomite lihtsaim suhe ühendis. See ei näita iga elemendi aatomite koguarvu kovalentses või keemilise sideme tüüpi ühendis. 2)molekulivalem (gaasid, vedelikud, molekulvõrega tahkis, nt N2, CH4). Molekulivalem kujut. lihtaine või ühendi ühe molekuli koostist ja näitab, milliseid elemente molekul sisaldab ja milline on iga elemendi aatomite arv molekulis, kuid ei näita keemil sideme tüüpe molekulis. 3)lihtsustatud struktuurivalemis on näidatud aatomite rühmade (nt karboksüülrühm) järjestus molekulis ja keemil. sideme tüüp nende aatomite rühmade vahel (näidatud kriipsukestena). 4)täielik struktuurivalem näitab molekulis aatomite paigutust üksteise suhtes. Valemis on märgitud ka kõik molekulis esinevad sidemed. Keemiline reaktsioon on muundumine, mille tulemusena muutuvad aine keemilised omad. või moodustub uus aine. Keemilisel reakts tekivad lähteainetest saadused. Keemiline reaktsioon on protsess, kus tekib uus aine. Keemilisel reaktsioonil kätkeb vähemalt üks ja tekib juurde vähemalt üks keemiline side erinevate elementide vahel. *Kahe erineva aine osakeste vahel: 1)2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O; 2)MgCO3+2HCI=MgCl2 +H2O+CO2; 3)CuSO4+ Zn=ZnSO4+Cu; 4)CuO+ H2SO4= CuSO4+H2O; 5)2SO2+ O2=2SO3

*Sama aine osakeste sees (lagunemisreaktsioon): 1)NH4Cl=NH3+HC1; 2) CaCO3= CaO+CO2; 3)2NaHCO3= Na2CO3+H2O+CO2

Klassifitseerimine käib mitmete tunnuste järgi, kuid olulisem on oks-astme järgi: a) kui reaktsiooni käigus muutub vähemalt ühe elemendi aatomite o-a, nim reaktsiooni redoksreaktsiooniks; b) kui elemendi o-a ei muutu, nim seda liitumis-, asendus- vm reaktsiooniks. Keemilise reaktsiooni iileskirjutis sisald reageerivate ainete ja reakts saaduste keemil valemeid


3

ning näitab reaktsioonis osalevate ainete moolide arvu N:2H2+O2=2H2O. Koostamise üldpõhimõtted: 1)võrrandi vasakule poole kirj lähteaine valemid, paremale saaduste valemid. Võrrandi pooli eraldab pöördumatu reakts korral → või =, pöörduva reakts korral↔; 2)võrrand tuleb tasakaalustada, st elemendi aatomeid on võrrandi vasakul ja paremal pool võrdselt; on tavaks kirj gaasina eralduva aine valemi järele ↑ ja sademena eralduva aine järele ↓. Praktikas kasutamine: fotokeemia – valgustamine, kiirguskeemia – kiiritamine, katalüüs.

5. Ainete ja materjalide isel (sertifitseerimise) printsiibid. Vesilahuste omadused. Loodusliku vee püsiv karedus on 4.8 mmol/l, mööduv karedus 3.1 mmol/l, kui palju võib moodustuda katlakivi 5 m3 veest (katlakivi koostiseks võtta CaCO3)? Ainete ja materjalide iseloomustamise (sertifitseerimise) printsiibid: a)agregaatolek normaalrõhul ja toatemp-l; b)värvus; c)tahkete ainete puhul osakeste kuju, suurus ja pinna iseloomustus; d)vedelike puhul viskoossus erinevatel temp-l; e)tihedus; f)sulamis- ja keemistemp; g)koostiselementide või ainete ja lisandite sisald; h)lisainfo; Gaaside ja aurude omadused (gaasid on ained, mis esinevad nt gaasina ja aurud vedelike või tahkete ainetena): a) sulamis-, keemis-, tahkumis- ja veeldumistemp; b) kriitiline temp – temp, millest kõrgemal ei saa gaasi vedeldada ilma rõhu kasvamiseta; c) kriitiline rõhk – rõhk, mille korral gaas on nii gaasilises kui ka vedelas olekus, nende vahel esineb tasakaal. Millised on vesilahuste peamised omadused, milliste näitajatega isel. neid sertifikaadis? 1)vedelik; 2)värvus; 3)vikoossus erinevatel temp; 4)tihedus; 5)keemistemp; 6)koostis; 7)lisainfo; Vesilahuse lahustiks on vesi. Enamasti on tegu anorg. lahusega, mis võib olla tuleohtlik või toksiline. Loodusliku vee püsiv karedus on 4.8 mmol/l, mööduv karedus 3.1 mmol/l, kui palju võib moodustuda katlakivi 5 m3 veest (katlakivi koostiseks võtta CaCO3)? Üldine karedus= 4,8+3,1=7,9mmol/l. 1mmol/l=40,08mg/l Ca2+ ioone või 24,31mg/l Mg2+ ioone, st 5000L=39,5mol=39,5*40=1580g Ca2+. mCaCO3=(1580g*100g/mol)/(40g/mol)=3950g. Ca2++2HCO3→CaCO3+CO2+H2O või Mg2++2HCO3→Mg(OH)2+2CO2.

6. Aatomi, elektroni, molekuli, iooni, valemi, mooli, faasi ja süsteemi mõisted Aatom: elemendi väikseim osake, millel säilivad selle elemendi keemilised omadused, koosn pos laenguga tuumast ja seda ümbritsevast elektronkattest. Elektron: neg laenguga (-e) aatomi stabiilne elementaarosake. Molekul: elektriliselt neutraalne, st iseseisvalt eksisteeriv väikseim aine osake, ühe- või erisuguste aatomi tuumade ja elektronide püsiv dünaamiline süsteem, mille sisemised vastasmõjud on suuremad kui vastastikmõjud ümbrusega. Ioon: on elektriliselt laetud osake, mis tekib siis, kui aatom loovutab või liidab ühe või mitu elektroni, et moodust stabiilset väliselektronkihti. Jagunevad – katioonid ja anioonid. Valem: on informatsioon ühendi keemilise koostise ja struktuuri kohta, milles kasut elementide keemilisi sümboleid; jagunevad empiirilisteks ja struktuurilisteks. Empiiriline valem näitab aine elementaarkoostist ja elemendi ning elemendi gruppide omavahelist suhet. Struktuurivalem näitab lisaks empiirilisele ka kuidas need on omavahel seotud Mool: (mol) on aine hulga SI ühik, mis sisaldab samapalju struktuuri elemente kui on aatomeid 12 g C-s. Faas: on kahe või rohkema olekuga ainete segu eraldi osa, neid eraldab piirpind. Nt liiva ja vee segu koosneb kahest faasist – tahkest faasist (liiv) ja vedelast faasist (vesi). Süsteem: on omavahel seotud vastasmõjus olevate objektide terviklik kogum (suletud, avatud või poolsuletud), nt tasakaalureaktsioonis osalevad ained. Avogadro arvu suurus ja sisu: NA on osakeste arv ühe mooli kohta, mis võrdub 6,02 * l023 mo1-1. Hapete ja aluste teooria, hapete ja aluste tugevuse mõiste: Hape on osake, mis loovutab prootoneid H2SO4↔2H++SO4

2-. Alus on osake, mis liidab prootoneid ja moodust vesi OH-

+H+↔H2O. Kas aine on alus või hape oleneb partnerist, nt CH3COO(a) + H2O(h) = CH3COOH(h) + OH(a); NH4(h) + H2O(a) = H3O(h) + NH3(a). Tugevad happed ja alused on need, millede osakesed dissotseeruvad prootoniteks, hüdroksiidioonideks võimalikult täielikult, (nõrgad happed – etaanhape; keskmised – fosforhape; tugevad – HNO3, H2SO4, HCl; nõrgad alused – ammoniaagi vesilahus, tugevad – NaCl). pH tähendab vesinikeksponenti, mis iseloomustab vesinikioonide kontsentratsiooni lahuses. Mida rohkem on lahuses vesinikioone, seda happelisem lahus on; mida rohkem on lahuses hüdroksiidioone, seda aluselisem on lahus. N:Nõrk alus on NH3-vesilahus (pH=10,6), tugev alus on NaOH (pH=14,0), nõrk hape on äädikhape (pH=2,4) ja tugev hape on


4

HCl, HNO3 (pH=1,0). Kui a)pH=2,7, siis [H+]=102,7=501mol/l b)kui pH=8,8, siis [H+]=6,3*108mol/l c)kui pH=12,8, siis [H+]=6,3*1012mol/l.

7. Gaasi ja auru mõiste Gaas: aine, mis norm rõhul 1 atm ja toatemp (18-23 °C) on täielikult gaasilises olekus (ainel pole kindlat ruumi ega kuju). Aur: selline aine gaasilises olekus, mille keemistemp on kõrgem kui toatamp nt veeaur (st gaasilises olekus olevad ained, mis tavatingimustes on kas vedelad või tahked, nt vesi (vedel), jood (tahke)). Omadused: l) gaaside võime paisuda ja kokkusurutavus; 2) gaasidel ei ole kindlat kuju, nad võtavad anuma kuju; 3) gaasi ruumala ühtib anuma ruumalaga, milles ta asub (ruumala sõltub temp ja rõhust); 4) gaas avaldab anuma seintele püsivat rõhku, mis on kõikidele seintele ühesugune, nt P= 101325 Pa = l atm; T= 273,15 K = 0°C; VM= 22,4 l/mol. Gaaside seadused: Boyle-Mariotte- Gay-Lussaci võrrand: PV/T=P1V1/T1, Clapeyroni võrrand: pV=νRT. Kriitiline temp: temp, millest kõrgemal ei saa gaasi veeldada rõhu suurendamisega N:CH4 -82°C. Kriitiline rõhk: rõhk, mille korral gaas on nii vedelas kui gaasilises olekus, st vedela ja gaasilise oleku vahel on tasakaal N: CH4- 45,8atm. Reaalgaaside käitumise kõrvale kaldumine ideaalgaaside omast suureneb madalamatel temp ja kõrgetel rõhkudel, mil kaugused molekulide vahel on märksa väiksemad. Osarõhk on niisugune rõhk, mida vaatlusalune segukomponent omaks, kui ta antud temp täidaks üksinda segu koguruumala. Kuna ideaalsete omad. segu komponentide korral on iga komponendi osarõhk Pi=n; RT/V, siis jagades selle seose võrrandiga PV=nRT, saame Pi/P=ni/n=X ehk Pi=XiP. Gaasisegudes: Püld = P1 + P2 + P3 + ... + Pi; nt õhk on gaaside segu (põhikomponendid: N2 – 78%, O2 – 21%, veeaur, CO2, väärisgaasid – 1%). Van der Waalsi valem – (P + an2 / V2)(V – nb) = nRT kus a on konstant, mis arvestab mõjujõudusid molekulide vahel ning b on konstant, mis arvestab gaasi molekulide omaruumala.

8. Vedeliku mõiste ja üldised omadused. Vedelik: On ained ja materjalid, mis voolavad tavatingimustel raskusjõu mõjul; tekivad gaaside jahutamisel ja kokkusurum ning tahkete ainete külmutam; ei oma kindlat kuju, kuid omab kindlat mahtu. Kokkusurutavus on väga väike, selleks on vaja väga suurt rõhku. Aurumine: Aine üleminek vedelast olekust gaasilisse. Vedelas olekus on kõik osakesed kaootilises liikumises, seega kõigil osakestel teatud kin energia. Osakesed, mille energia ületab piirväärtuse (omavaheline kokkutõmme), lähevad vedeliku pinnalt gaasilisse olekusse. Kui aurude kontsentrats gaasi faasis on konst, siis aurude osarõhku nim küllastunud aururõhuks (Pküll). N: H2O 20°C, siis Pküll = 17.5mmHg. Benseen 26.1 °C, Pküll = 100mmHg. Keemine: Protsess, kus vedeliku osakesed lähevad üle gaasilisse olekusse mitte ainult vedeliku pinnalt, vaid ka vedeliku seest. Vedelik keeb, kui Pküll vedeliku pinnal saab võrdseks välisrõhuga. Puhas vesi keeb 1atm 100°C, kui rõhk on kõrgem, siis kõrgem ka keemistemp. Keemisprotsessi ajal jääb temp samaks. Kondenseerumine: Aine taasüleminekut gaasilisest olekust vedelasse tahke aine pinnal ja saadud vesi on kondensaat. Tahkumine: Vedela oleku muutmine tahkeks aine puhul, mis toatemp-l ja atmosf.rõhul on tahke. Vedelike lenduvus ühel ja samal temp-l sõlt nende vedelike keemistemp ja aurude difusioonikiirusest ümbritsevasse keskkonda. Lenduvusest saab rääkida ainult lahtises süsteemis. Mida madalam on temp, seda suurem lenduvus: bensiin 3.5, tolueen 6.1, atsetoon 2.1. Tahke aine vedelas lahustis: Absol. mittelahustuvaid aineid pole olemas. Rõhk oluliselt mõju ei avalda. Lahustuvus suureneb temp tõustes, kui lahustumisprotsess on endotermiline(∆H>0). Väheneb temp tõustes, kui lahustumispr on eksotermiline (∆H<O). Lahustumise temp.sõltuvus väljendab lahustuvuse muutumist temp muutmisel. Kinnises süsteemis: tahke aine osakesed jäävad vedelikku, auruvad lahusti molek. Avatud süsteemis: lahustunud ainete osakesed jäävad alles, muu aurustub. Vedelik vedelikus: sarnased vedelikud (vesi, etanool) lahustuvad teineteises igas vahekorras. Temp tõusuga suuren. vedelike vastastikune lahustumine. Kinnises süsteemis: auruvad mõlema vedeliku molek. Avatud süsteemis: kõik aurustub, kuid erineva kiirusega: esmalt, millede Pküll kõige suurem, dif kõige suurem jne. Kõikidel juhtudel Paur < Pküll.


5

9. Vedeliku mõiste, saamine. Vedelikud on ained ja materjalid, mis voolavad tavatingim-l raskusjõu mõjul. Saadakse kas tahke aine kuumutamise teel või lahustamisel ning gaaside jahutamisel ja kokkusurumisel. Voolamine on osakeste liikumine raskusjõu mõjul üksteise suhtes. Viskoossus on vedelike omadus takistada oma osakeste liikumist üksteise suhtes. Temp tõusuga viskoossus väh. Voolamist ja viskoossust mõj. osakeste vahel. jõud, kuju, struktuur ja mass. Pindpinevus χ on jõud, mis rakendub pinna osakestele ja suunatud vedeliku mahu sisse→ vedeliku osake püüab võtta max kera kuju. Vedelik võib tahke aine horisontaalsel pinnal märjata α<90°, mitte märjata α>90° ja laiali valguda (õli). 1)Fadh>Fkoh märgav vedelik tõuseb mööda kapillaare üles, tõusu kõrgus on pöördvõrdel. kapillaari raadiusega (H=2χ/ρgr) 2) Fadh<Fkoh mittemärgav vedelik N:Hg. Äärenurk α tekib mingist punktist vedeliku ja gaasi vahelisele piirpinnale tõmmatud puutuja ja tahke faasi vahele. Kui äärenurka ei moodustu, on tegemist täieliku märgumisega. Kui tahke aine pinnal on kaks vedelikku, siis nende märgumise järgi klassifits. tahked ained: l)hüdrofiilsed – veega tugev vastastikmõju: aine märguvus ja lahustuvus on veega head, N:väikese molekulmassiga alkoholid, karboksüülhapped, amiinid; 2)hüdrofoobsed – vastastikmõju veega puudub: ei toimu märgumist, pundumist ega vees lahustumist, N:süsivesinikud, eetrid, rasvad, kõrge molekulmassiga alkoholid ja karboksüülhapped. Kapillaarsus on nähtus, mis põhjust molekulaarjõudude mõju tasakaalus oleva või liikuva vedeliku vabale pinnale, mittesegunevate vedelike lahustuvus pinnale või taha ja vedela aine piirpinnale. Kapillaarsus seletub nähtusega: vedelike tõus või ringlus peenikestes torudes ja poorsetes kk-s olenevalt, kas vedelik märgab kapillaari või ei. Märgava vedeliku tõus mööda kapill. ja pragusid on pöördvõrd. kapillaaride raadiusega. Osmoos: lahusti molekulide ühesuunaline difusioon läbi poorse vaheseina. P= RT/V= RTM, kus R – 0,082 dm*atm/mol*°C, M –molaarsus, P –osmoosne rõhk (rõhk, mida avaldab lahuse sammas). Looduses on osmoosseks anumaks rakk. Ehituses nt betoonist mahuti lahuses.

10. Vedelate lahuste mõiste. Kuidas määratakse vee üldist ja mööduvat karedust? Vee üldine karedus on 2,8 mmol/l, mööduv karedus 4,5 mmol/l, kui palju tekib katlakivi 12 m 3-st veest (CaCO3)? (VT KÜSIMUST 19. Vastus: katlakivi hulk= (mmol) liitris * liitrite arv) Lahus on vähemalt 2 aine homog segu, üks ainetest on lahusti, teine lahustatav aine. Sarnane lahustab sarnast, st lahusti molekuli omadused on sarnased lahustatava aine molekulide omadustega. Nad võivad olla gaasilises, vedelas ja tahkes olekus. Vahuks nim vedelikus lahustunud gaasi, suspensiooniks vedelikus lahustunud tahket ainet ja emulsiooniks vedelikus segunenud mitte lahustuva vedeliku segu. Lahustunud aine järgi jagatakse lahuseid: 1)küllastumata – kui vedelikku viidud väike kogus ainet veel lahustub 2)küllastunud – sama aine lisamisel see enam ei lahustu 3)üleküllastunud – kui lahusesse viidud kristallike kutsub esile lahustunud aine kristallatsiooni. Lahusesse jääb niipalju ainet, kui suur on selle lahusti lahustuvus antud temp, ülejäänud on tahkes faasis. Tahkete ainete lahustuvus suureneb temp tõustes. Gaaside korral lahustuvus väheneb vedelikes (rõhu tõstmisel aga suureneb). Vedelike keemisel lähevad selle molekulid üle gaasilisse olekusse kogu vedeliku mahu ulatuses. Aurumine toimub ainult vedeliku pinnal. Vedelik keeb siis, kui küllastunud auru rõhk saab võrdseks atm rõhuga. Keemisel on vedeliku temp konstantne niikaua kuni vedelik on läinud gaasilisse olekusse. Edasisel soojendamisel hakkab suurenema auru rõhk ja temp. Lahusti külmub, siis kui moodustuvad esimesed lahusti kristallid (nende tekke põhjuseks on molekulide vahelised jõud). Vee karedus on Ca2+- ja Mg2+-ioonide sisaldus vees, mille tulemusena tekib katlakivi. Üldkaredus – mööduv karedus = püsiv karedus. Katlakivi HCO3 →H++CO3

2-. Karbonaatse kareduse määramine toim soolhappega tiitrimise teel: HCO3+H→H2O +CO2 ja 2HCO3+Ca2+→Ca(HCO3)2. Indikaatorina kasut metüülpunast (-oranži): CM=VHCl* CM(HCl)/ 2*Vvesi. (VT küs 27) Üldkareduse määramine toim nn kompleksonomeetrilise tiitrimise teel. Tiitiritakse triloon-B lahusega. Indikaatorina kasut kromogeenmusta, mis moodust Ca2+ ja Mg ioonidega sirelililla värvusega kompleksiooni. Lisatakse triloon-B ja kui kõik Ca ja Mg ioonid on seotud värvitusse kopleksi triloon-B-ga, muutub lahus indikaator-aniooni värvuse tõttu siniseks CM=Vtriloon-B*CM(triloon-B)/Vvesi.

11. Milline protsess on lahustumine? Lahustuvus – aine võime mood. teiste ainetega homogeenseid süsteeme (lahuseid). Tahkete ainete korral mõõdetakse lahustuvust g-des 100 g lahusti kohta. Analoogil. arvutatakse ka gaaside ja


6

vedelike lahustuvust: Gaaside korral gaasimaht liitrites N:milline lahustub 100 g vees. Sellest tulenevalt on lahustuvuse ühikuteks kas 1/100 g või g/100 g. Temp tõusuga tahkete ainete lahustuvus suureneb. Mõnede ainete korral ka väheneb. Gaaside korral lahustuvus temp tõusuga vedelikes väheneb, rõhu tõstmisel suureneb. Lahustuvuskorrutis KS=[Ba2+][SO4

2-] =1,1*10-10 (25°C) on küllastatud lahuses olevate ioonide kontsentratsioonide korrutis. Vees abs lahustumatuid ühendeid ei ole, seepärast on mõtet raskesti lahustuvate soolade korral rääkida lahustuvuskorrutisest. Lahustuvust kasut praktikas a)tahkete ainete puhastamiseks. Selleks valmist tahkest ainest võimalikult kõrgel temp küllastatud lahus. Küllastatud lahuse aeglasel jahutamisel hakkavad lahusest üle minema tahkesse olekusse lahustunud aine osakesed. Tahkete ainete puhastamine on võimalik, kui nende ainete lahustuvused on suuresti erinevad kõrgel ja madalal temp-1; b)ainete eraldamiseks segudeks lahustitega. Ekstraktsiooni protsess, nt rasvade erald töödeldakse segu kas dietüüleetri või bensiiniga. Rasvad lahustuvad ning lahustite eemaldamiseks saadakse kätte tahkel kujul vastavad rasvad. Seda kasut ka paljude ainete eraldamisel; c)lahusteis olevaid lahustunud aineid kasut lahuste doseerimiseks vajalikesse süst-sse. Lahusti lahustamisomadused sõltuvad: a)lahusti molekulide polaarsusest, b)lahustatava aine struktuurist.

12. Loodusliku vee koostis. Vee karedus. Loodusliku vee koostisained: H2O,Ca2+,Mg2+,Fe3+,Na+,K+,Cl-, HCO3

-, SO42-, H+, OH- ja muda,

savi. Vee karedus on tingitud peamiselt Mg- ja Ca-sooladest. Karedust väljendatakse katlakivi tekitavate Ca- ja Mg-soolade sisaldusega vees (mg-ekv/dm3; mmol/l), jaotatakse mööduvaks ja jäävaks kareduseks. Mööduv ehk karbonaatne karedus on tingitud vees lahustunud Ca- ja Mg-vesinikkarbonaatidest. Seda tüüpi karedus väheneb vee keetmisel (vesinikkarbonaadid lagunevad → sadenevad CaCO3 ja Mg(OH)2). Tekkinud sade anuma seintel ja kuumutuselementidel on katlakivi tekke põhjuseks. Püsiv ehk mitte-karb. karedus on põhjustatud teistest Ca- ja Mg-sooladest (sulfaadid, kloriidid, nitraadid). Keetmine ei aita. Vee pehmendamise meetodid: 1)destillatsioon – vett keedetakse, eralduv aur kondenseeritakse jahutamisel taas vedelikuks. Vees lahust soolad ei lendu koos veeauruga ja jäävad keetmisnõusse, kust nad eemald. See on väga efektiivne, kuid energiamahukas ja kallis. Dest vett kasut peam laborites; 2)Ioonivahetus – kare vesi lastakse läbi ioonfiltri, milles sisald ioniidid (tahke teraline mass) eemaldavad vees leiduvad lisandioonid. On kahte tüüpi ioniite: kationiidid eemaldavad vees leiduvad katioonid, anioniidid eemaldavad anioonid. Eemaldamine toimub ioonivahetuse kaudu: lahuses olevad Ca2+- või Mg2+-ioonid asendavad kationiidi koostises olevaid H+-ioone (mis lähevad lahusesse). Samuti asendatakse kareda vee anioonid (HCO-3, SO4

2-, Cl-) anioniidi koostises olevate OH--ioonidega. Niiviisi asendatakse karedust põhjustavad soolad järjestikku H+- ja OH--ioonidega, mis moodustavad vee: H++OH-=H2O. Ca2+ vahetumine: 2Na+R(t)

-+Ca2+(l) ↔Ca2+ (R)2(t)+2Na+(l); Cl--

iooni vahetamine: R+OH-(t)+Cl-(l) ↔R+Cl-(t)+OH-

(l). Sellist demineralis. vett kasut laialdaselt nii laborites kui ka tööstuses; 3)mitmed eri tüüpi meetodid (kasut vähem): membraan-filtrimine, ka kemikaalide kasut, mis sadestavad ebasoovitavad katioonid vähelahustuvate ühenditena. Vee kuumut iile 65 °C laguneb HCO3 = H+ +CO3

2-, siis sadestub välja CaCO3, mis on katlakivi põhikomponent, milles on veel Fe2O3*nH20 ja CaMg(CO3). Põhjavee Fe2+ kokkupuutel õhuga: 2Fe2++0,5O2+H2O→2Fe3++2OH- tekib Fe(OH)3 sade (punakaspruun). Kui see õhuga kokku puutunud vesi juhtida läbi liivafiltri, saab vähend Fe2+ sisaldust vees..

13. Vee dissotsiatsioon, pH. pH iseloomustab vesinikioonide sisaldust lahuses. Neutraalses lahuses on vesinikioone ja hüdroksiidioone võrdselt. Mida rohkem on lahuses vesinikioone, seda happelisem ta on. pH diapasoon võib ulatuda 0...14, kus 0...6 on happeline kk, 8...14 on aluseline kk, 7 – neutraalne kk. Vesi dissotseerub vastavalt võrrandile: H2O = H + OH e 2H2O = H30 +OH. Prootonite ehk vesinikioonide kontsentratsiooni abil võib avaldada lahuse reaktsiooni, aga selle asemel võib kasut vesinikioonide konts-i neg logaritmi, mida nim vesinikeksponendiks: pH = -log[H+]. Lihtsaim viis pH määramiseks on kasut indikaatoreid, mis oma olemuselt on kas alused või happed. Olenevalt prootonite kontsentr-st lahustes, nihkub nende dissots tasakaal kas paremale või vasakule, mis avaldub indikaatori värvi muutuses. pH määramise viisid: 1)indikaatorpaberitega 2)ioonselektiivsed elektroodid 3)nö eksperthinnanguna. Ülesanded: a) [H+] = 6,2 * 10-3 siis pH = -


7

log(6,2 * 10-3) = 2,2; b) [H+] = 2,7 * 10-12 siis pH = -log(2,7 * 10-12) = 11,6

14. Millised ained on happed, millised alused? Hapete ja aluste moodustumine. Hape on osake, mis loovutab prootoneid (keemiline ühend, mis lahuses dissots vesinikiooniks ja ainooniks) H2SO4↔2H++SO4

2-. Alus on aine, mis neutraliseerib hapet, võttes temalt vesikioone. Keemiliselt on ta happe vastand, (alus on osake, mis liidab prootoneid ja moodust vesi OH-

+H+↔H2O). Hapete moodustumine: hapnikhappeid saab vastavate oksiidide reageerimisel N:H2O+SO3=H2SO4, vesiniksulfiidhape ja vesinik-halogeniidhapped on vastavate gaasiliste ainete vesilahused ja neid saadakse vesiniku reageerimisel veega H2 + Cl2 = 2HCl või vastavate soolade reageerimisel tugevama happega FeS+H2SO4=FeSO4+H2S. Aluste moodustumine: aluseid võib saada oksiidide lahust veega Na2O+H2O=2NaOH. Raskesti lahustuvate aluste saamiseks käsitsetakse soola lahuseid leelistega CuSO4+2NaOH = Cu(OH)2+Na2SO4. Happe molekul koosneb ühest või mitmest vastavast aatomist ja happe jäägist, happe molekulis on võimalik asend vesinikku met-ga. Sõltuvalt mitu vesiniku aatomit on ühes happe molekulis, met-ga asendatavad jaot-se met a)1-aluseline: HCl, HBr, HNO3; b)2-aluseline: H2SO4, HOOC-COOH, H2S; c)3-aluseline: H2PO4; d)4-aluseline: H4SiO. Hapete ja aluste tugevuse konts: Tugevad happed on oksüdeeruva toimega, nende pH≤2, tugevate aluste pH≥12. Tugevad happed on HNO3, H2SO4; nõrk hape H3PO4; tugevad alused NaOH, KOH; nõrk alus Ca(OH)2. Tugevaks nim aluseid ja happeid, milles suurem osa osakesi on dissots. Hapete reaktsioonivõime oleneb happe prootonite loovutamise võimest ehk aktiivsusest – pingerida. Kui a)pH=2,7, siis [H+]=102,7=501mol/l b)kui pH=8,8, siis [H+]=6,3*108mol/l c)kui pH=12,8, siis [H+]=6,3*1012mol/l.

15. Millist ainet ja materjali nim tahkeks? Eksisteerimise vormid, tihedus Ained ja materjalid, mis omavad tavating kindlat muutumatut kuju nim tahketeks. Tahke aine ei voola, tema molekule ja ioone seovad omavahel tugevad jõud, omadused määrab ära selle aine ja materjali keemil koostis ja strukt. Sisestruktuuri järgi jaot tahked ained: a)poorsed b)kihilised c)kiulised d)homogeensed. Osakesed võivad olla vaheldumisi pos ja neg ioonid (soolad), molekulid (org ained), neutraalsed aatomid (metallid). Tahked ained ja mat võivad olla puhtad ained ja puhaste ainete segud. Segud on homog ja heterog. Eksisteerimise vormid: a)kristalne b)amorfne c)klaasjas d)pulbrina. Pulbrid on tahke aine eksist erivormid. Neil on eriomadusi, mida ei ole tahketel ainetel kompaktsel kujul; koosn osakestest d=100-150µm, puistematerjali d>500µm, tolmmaterjal d<30µm. Kristallainetes paiknevad elem aatomid ja aatomite grupid tasapinnati st aatomitest on võimalik mõtteliselt läbi panna paralleeltasapindade pakette. Amorfsetes ainetes ja mat paiknevad elem-te aatomid ja aatomite grupid korrapäratumalt. Klaasid on amorfsete ja kristalsete ainete vahel (tahked lahused); moodust sulavate ainete jahtumisel. Tegelik tihedus on tihedus koos pooridega – mass jagatakse pulbri mahuga, millest on lahutatud pooride maht. Efektiivne tihedus on sellise aine tegelik tihedus, millel puuduvad poorid, see saadakse kui pulbri mass jagatakse pulbri mahuga. Seaduspärasused: kui muuta temp ja rõhku suurenemise suunas, siis saab muuta ainete kuju ning viia neid gaasilisse või vedelasse olekusse. Samal ajal paljud tahked ained temp tõstmisel lagunevad. Üldiselt tahketele kehadele rõhu muutus ei mõju, küll aga temp: a)muutub elektrijuhtivus b)osakeste vaheliste sidemete tugevus.

16. Tahkete ainete röntgenfaasianalüüsi printsiip, saadav info ja analüsaatori skeem. Röntgenfaasianalüüs – aine struktuuri analüüs, mis põhineb röntgenkiirguse difraktsioonil. Difusiooni pilt jäädvustatakse. Pildil olevate difraktsioonide maksimumide asukoha järgi identifits. kristalli ühikraku mõõtmed ja difr-nud kiirguse intensiivsuse jaotust analüüsides, sellel paiknevate aatomite koordinaadid. Fourieri meetod annab ühikrakus olevate aatomite elektronide tiheduse jaotuse, mille max ühtivad aatomite paigutusega. RFanalüüsi kasut ainete eksisteerimisvormi kindlaks tegemisel (kristalne, amorfne, nende segu). Iga aine omab ainult talle iseloomulikku „d“ väärtust ja reflekside intensiivsuste omavahelist suhet, mille saabki antud uuringul difraktogrammil välja lugeda. Difraktogrammi järgi tehakse kindlaks uuritav materjal ja eksist vorm. Saadav info: 1)kas tegemist on amorfse-, kristallilise aine või nende seguga 6-8ainet; 2)millised kristallained on uuritavas proovis; 3)on võimalik määrata võre parameetrid a,b,c. Analüüsi ettevalmistatud proov (preparaat) on: 1)pulbriline - pressitakse proovihoidjasse (osakeste suurus ø<5µm, 20-2000mg 2)lihvitud pinnaga aine või materjal - liimiga. Difraktogramm on


8

peegeldunud röntgenkiirte intensiivsuse üleskirjutis röntgenkiirte langemisnurga θ suhtes. Inerpreteerimine: difraktogrammid määrat. kõigepealt vastavalt refleksile, määrat. nende reflekside suht. kõrgused põhirefleksi suhtes ja võrreld. reflekside väärtusi ja omavahelisi kõrgusi puhaste ainete omadustega ja suhtelise intensiivsusega.

17. Puistematerjalide ja pulbrite mõiste. Eripinnad. Pulbrite ja pooride klasifikatsioon Pulbrid on tahke aine eksisteerimise vormid. Neil on eriomadusi, mida ei ole tahketel ainetel kompaktsel kujul; koosn osakestest d=100-150µm, puistematerjali d>500µm, tolmmaterjal d<30µm Pulbreid isel: a)fraktsioonilise koostisega osakeste järgi; b)reaktiivse koostisega tiheduse järgi (erijuhul); c)eripinnaga – pinna suurus massi ühiku kohta. Eripind on pulbrite korral osak-te pinna suurus massiühikus (m2/g). Pulbriliste materjalide klassifikatsioon: a)makropoor >50nm; b)mesopoor 2-50nm; c)mikropoor <2nm. Pulbrilise keha tugevus sõlt: 1)Autoadhesioon - osakeste iseeneslik omavaheline liitumine; 2)molekulaarjõud - Van der Waalsi ja kohesioonijõud tüki sees, 3)elektrilised, magnetilised, 4)kapillaarsed 5)mehh.jõud. Agregaat on nõrga sidemega primaarsete osakeste kogum N:kastmes jahuklimbid; põhjustatud pindpinevusest ja adhesiooni-jõududest. Aglomeraat on tugeva sidemega kogum, tekib kuumutamisel või surve all agregaatidest; eristat. sise- ja välispinda N:klinkertellis; osadeks saab uuesti teha jahvatamise teel. Pulbrite koostist määratakse suuruse järgi: a)sõelumise teel b)mikroskoopia – mikroskoobi all loetakse osakeste arv vastavas suuruse vahemikus; c)sedimentatsioon – settimiskiiruse järgi vedelikus. Pulbrite fraktsioonilise koostise määramine: jaotatakse I grupp: keemiline koostis, strukt koostis, geom parameetrid, autoadhesioon ja hõõrdejõud; II grupp: pulbri kui terviku om-d – fraktsiooniline koostis suuruse järgi, osakeste pakkimise tihedus (mahukaal), tugevus tõmbele, takistus nihkele, sisehõõrde koefitsient; III grupp: pulbri tehn om. Neid mõjutavad 16 tehnoloogilist om-st. Pulbrite segude lahutamine: 1)osakeste suuruse järgi – sõelumine, mikroskoopia, sedimentatsioon 2)erikaalu järgi 3)Mang omad järgi 4)Osakeste pinnaenergia järgi.

18. Mõisted kristallaine struktuurist: elementaarrakk, võre parameetrid, Elementaarrakk on kristalse aine väikseim osake, mis isel veel võre strukt iseärasusi. Selle raku moodustavad võre sõlmpunktides olevad osakesed ja neid ühendavad sidemed. Võre parameetrid on sidemete pikkused a, b, c ja nende vahelised nurgad α, β, γ. Kuubikujulise kristallvõre korral on a = b = c ja α = β = γ = 90°, aga heksagonaalse puhul on al = a2 = a3 ≠ b ja αl = α2 = α3 = 60°, β = 90°. Elementaarrakk võib kasvada ruumis kõigis 3 suunas, kui kasvukiirus kõigis suundades on ühtlane, tekib monokristall. Võrekonstant on kõige väiksem kaugus kahe naaberosakese tsentrite vahel elementaarrakkudest. NB!Ainete sisestrukt on peam faktor, millest oleneb aine ja materjali kõvadus, tugevus. Kristallisüsteemide klassifikatsioon: 1)kuubilme 2)tetragonaalne 3)rombiline 4)heksagonaalne 5)monokliinne 6)trikliinne 7)trigonaalne. Kristallvõrede tüübid: 1)aatomvõre sõlmpunktides asuvad neutr aatomid, mis on üksteisega seotud kovalentsete sidemetega (teemant); 2)molekulvõre sõlmpunktides asuvad neutr molekulid, mis on üksteisega seotud nõrkade jõududega (naftaliin); 3)ioonvõre sõlmpunktides vahelduvad korrapäraselt katioonid ja anioonid; 4)metallivõre – kristallivõre sõlmpunktides on pos ioonid; 5)kihihsed ahelakujulised kordinatiivsed võred – erijuhud, kihtidevahelised sidemed on nõrgad, kihis eneses tugevad. **Kristalseid aineid saab üle viia amorfsesse olekusse ja vastupidi; on aineid, mis võivad olla samaaegselt nii kristalne kui amorfne N:polüetüleen.

19. Millistel juhtudel toimub keemiline reaktsioon elektrolüütide vesilahustes? Mis on vee


9

karedus? Vee üldiseks kareduseks määrati 5.2, mööduvaks 4.1 mmol / l, kuidas neid arve on vaja kasutada saadud koostisega vee tarvitamisel? Mis on katlakivi, kus seda leidub, kuidas valmistatakse? Näited. Millised keemilised reaktsioonid võivad toimuda plahvatuse korral? Millised on argielus kõige plahvatusohtlikumad süsteemid?

Elektrolüüdi vesilahuses toimub keemiline reaktsioon, siis kui vesilahuse dielektriline läbitavus on küllalt suur, et lõhkuda elektrolüüdi sidemed. Kui tõsta elektrolüüdi vesilahuse temp, siis tekib ioone veelgi rohkem Elektrolüüdi vesilahuses toimub keemiline reaktsioon, mille käigus neutr elektrolüüdi molekul laguneb iooniks: CuCl2 = Cu 2+ + Cl2

-. Elektrolüüs on protsess, mille korral juhitakse alalisvool läbi elektrolüüdi vesilahuse või sula elektrolüüdi. Aineid, mille lahused juhivad elektrit nim elektrolüütideks. Vee karedus on Ca- ja Mg-ioonide sisaldus vees, mille tulemusena tekib katlakivi. Üldkaredus – mööduv karedus = püsiv karedus ehk 5.2 – 4.1 = 1.1, mis näitab, et kui me vett pehmendame, siis jääb mingil määral vette Ca- ja Mg-osakesi, mis ei eemaldu filtreerimisel ega keetmisel. Seda nim vee jäävaks kareduseks. Katlakivi on vees leiduvaist karedust põhjust sooladest ja metalli korrosiooni produktidest katla või soojusvaheti soojusvahetuspindade veepoolsele küljele moodust kõva sadestis; koosneb leelismuldmet-de, raua ja vase ühenditest. Leidub eriti soojaveetorudes, kateldes, veekeetjates, termostes. Tekib pinnavee ja põhjavee kokkusattumisel või põhjavee kokkupuutel õhuga, vee korduval kuumutamisel. Reaktsiooni nim plahvatuseks kui see toimub sekundi murdosa jooksul; toimuvad ühinemisreaktsioonid (redoksreakts skeemi järgi, kus üheks komponendiks on õhus olev O2). Et reakts toimuks, on vaja ergastada üks osake ja edasi toimub ahelreakts. Argielus on kõige plahvatusohtlikumad: 1)aur-õhk (atsetoon 2-13, bensiin 1-7), 2)gaas-õhk (NH3, butaan, maj-pid-gaas 5-35), 3)tolm-õhk (suhkur 10, tärklis, väävel 7).

20. Millised reaktsioonid on tasakaalureaktsioonid? Mõiste+näited. Tasakaalukonstant. Tasakaalu nihkumise ju nihutamise mõisted ja seaduspärasused. Näited. Katalüüs (mõiste, klassifikatsioon, nt).

Tasakaalureakts on lõpuni mitteminev reakts ehk pöörduv, st selline olek, kui reakts lähteainete ja saaduste konts ei muutu, kuna pärisuunalise reakts kiirus on võrdne vastassuunalisega, nt CO2+H2=CO+H2O; H+OH=H2O. Tasakaalukonstant: K =K1/K2= [(C)p*(D)q] /[(A) m*(B)n], kus pärisuunaline v1=K1(A)m*(B)n, vastassuunaline v2. Le Chatelier’ printsiip: tasakaalses süst tasak nihkumine toim selles suunas, mis toimub vastu välisele muutusele N:kui tõsta rõhku gaasilises süsteemis, siis nihkub tasakaal mahu vähenemise suunas. Tasakaalu nihutamnes nim tasakaalu parameetri (temp, konts, rõhk) muutmist: 1)kasutades ühe komponendi liiga 2)saaduse pidev eemald süst-st 3)muuta tingim. N:temp muutumisel, muutub ka tasakaalu konts väärtus: N2O4=2NO2; rõhu suuren. kaldub reakts sinna, kus maht on väiksem: N2+3H2=2NH3. Katalüüs on protsess, millega suurendatakse reakts kiirust lisaainete viimisega reakts segusse. Lisaained ehk katalüsaatorid ei võta reakts osa nii, et nad jääksid lõppsaadusesse, vaid moodustavad vahe saadusi: A + B + kat = Akat + B = AB + kat. Klassifikatsioon: 1)homogeenne - katalüsaator samas füüsikalises olekus kui reakts lähteained N:O2 + 2NO = 2NO2 2)heterogeenne – katalüsaator ja reag ained eri faasides, N: ½02 + S02=SO3. Inhibiitor – reakts.kiirust vähendav aine. Promootor – lisandid, mis suurend katalüsaatori aktiivsust.

21. Difusiooni mõiste. Millest sõltub difusiooni kiirus? Adsorbtsioon, selle isotermid Difusioon on osakeste soojusliikumisest tingitud protsess, mis viib selle aine konts-i

ühtlustumiseni ruumis. Suurim difusioonikiirus on gaasides ja aurudes, järgnevad vedelikud ja tahked ained. Gaaside dif kiirus võib erineda vertikaal ja hor. suunas, juhtudel kui gaasi osakeste vahelised vahed on suured, nt Cl on õhus palju kiirem horisontaalsuunas levija. Dif kiirus õhus H2 – 0,634 cm2/sek; O2 – 0,178; CO2 – 0,139. Lahustes on dif kiirus oluliselt väiksem kui gaasides ja aurudes, seejuures on eristatavad dif kiirused nii vertikaal kui hor. suunas. Hor. suunas on dif kiirem N:KCl (4M ja 10°C juures 1,27 cm2/päev.

Tahkete ainete korral on dif kiirus väike, sest kokkupuutuvate ainete dif teineteisega on seotud suure juhusega - et üks osake teise kehasse pääseks, peab just täpselt selle osakese juures olema tahke aine jaoks suhteliselt suur auk. Osakesel peab just sel hetkel olema väga suur augusuunaline kiirus Difusiooni kiirus on sõltuvuses temp-st, kui tõuseb temp, tõuseb ka dif kiirus. Dif looduskeskkonnas toimub koos välismõjudega, seega pole võrdeline konts-gradiendiga.


10

Adsorbtsioon on aine osakeste kogunemine vedelast või gaasilisest faasist tahke aine pinnale, mille põhjustab tahke aine pinnal olev vaba energia, mis kutsub esile sidemete tekkimise pinnal olevate osakeste ja pinna vahel. Adsorbentideks nim aineid, mida kasut teatud ainete eemaldamiseks gaasidest või vedelikest, taval. on pulbrid või puistematerjalid (aktiivsüsi). Adsorbts isotermid: (6tk: pinnale adsorbeerub monokiht, mitu kihti jne)Temp langedes ads-n tõuseb ja vastupidi. Kasutam tööstuses eri komponentide eraldamiseks gaasisegudest, majapidamisgaaside puhastamiseks lisanditest, gaaside valikuliseks kogumiseks ja säilitamiseks; nii tööstuses kui tavaelus gaaside segudest koos kahjulike ühendite kõrvaldamiseks. Tööstuses on nendeks paljudel juhtudel nn katalüsaatori mürgid, mis reag protsessikatalüsaatoriga pöördumatult, nt H2S. Tavaelus on nendeks gaasitorbikud, kus hingamiseks mõeldud õhk tõmmatakse läbi adsorbendi kihi, mis eraldab gaasid ja aurud. Veepuhastusjaamades kasut viimases tsüklis aktiivsüsi.

22. Millised reaktsioonid on redoksreaktsioonid? metalli korrosioon... Redoksreaktsioonid on reakts, mille käigus elementide o-a muutub N:põlemine. See on seotud

üleminekuga ühtedelt osakestel teistele. Nt Zn+2HCI=ZnCl2+H2; PbS+HNO3=PbSO4+NO +H2O; SnS2+H2O+NHO3=H2SnO3 +NO+S; 2HNO2+H2S =S+2NO+2H2O. Oksüdeerija on osake, mis liidab elektrone – Cl2, O2, O3, Br2, H2O2, MnO4. CrO3, NO3 jne. Redutseerija on osake, mis loovutab elektrone – C, CO, H2, H2S, Na, K, Mg, Al, SO2, Sn, SO3. Metallide korrosioon – metalli hävimine ümbritseva kk (õhu, vee, lahuste) mõjul. Klassifits: 1)keemilme – toim kõrgetel temp >300°C gaasilise kk toimel; 2)elektrokeemiline – peamine met korr liik, toim elektrolüüdi lahuste või sulatiste toimel ja kemism seisneb galvaanielementide mood pinnale, anood hävib; 3)erosioon – mehh met hävimine liikuvate gaaside, vedelike toimel; 4)bioloogiline – kemismi on kahte tüüpi: a)mikroorganismid, mis tarvitavad oma elutegevuseks vastavaid met N:rauabakter b)mikroorganismid eritavad oma elutegevusega aineid, mis reag met N:N-bakter. Näited: 2Na + 2HCl = 2NaCl + H2; 3Fe + 2O2 = Fe3O4 Protsessid: erinevate potentsiaalidega met ühendamisel tek korr., kus negatiivsem met hävib N: 1)Cu-Fe: anoodil Fe-2e=Fe2+ ja katoodil 2H++2e=H2 2)Fe-Al: anoodil [Al(OH)3] Al-3e=Al3+ ja katoodil (Fe) 2H++2e=H2.

23. Tsingi korrosiooni seaduspärasused vees ja vesilahustes ning atmosfääris. Vedelikes – korr.kiirus on kõige väiksem kui pH=10, Zn korr on väga kiire, kui pH≥12 ja pH≤8.

Vees - temp mõju korr-le dest-vees. Kõige kiirem on korr 75°C juures, OK kui 50° või >100°. Mida puhtam on vesi, seda kiiremini Zn korr. Mida karedam on vesi, seda aeglasem on korr, sest Ca-ioonid mood Zn-pinnale kaitsvate ühendite kihi. Atm-s – paatina 2ZnCO3*3Zn(OH)2 kiht on tihe, hästi nakkunud ning kaitseb seetõttu Zn-i. Vees on taoline kate raskesti lahustuv. Atm-s on korr kiirus 0,13-0,013µm/a. Fe ja Cu sisald võimalikult väike. Galvaaniliselt kaetud tsingitud terasplekki võib kasut ainult siseruumides. Välisting tuleb kasut kuumtsingitud terasplekki. Zn-katte valmist – 1)kuumtsinkimine - hapetega puhastatud teras tõstetakse või tõmmatakse läbi sula tsingi (Zn sulamistemp 419,6°C). Katte paksus 40 - 400µm. Selle meetodiga saadakse terasele kõige kvaliteetsem Zn-kiht; 2)kuumpihustus - puhast det pihust sula Zn. Kasut Zn-pulbrit või -traati, millised sulat gaasi- või kaarleegis. Kihi paksus 2-5 → 200-300 µm; 3) elektrokeemiline (galvaaniline) katmine – det on katood, Zn on anood, elektrolüüdiks Zn-soola lahus. Zn-kate on suht õhuke; 4)difusioonimeetod - puhast det pannakse koos Zn-pulbriga trumlisse. Trummel pannakse pöörlema ja kuumut Zn sulamistemp lähedale. Moodustub õhuke Fe-Zn kiht; 5)tsinkpulbervärv - kasut väga peenikest Zn-pulbrit. Kuivanud värvikiht sisaldab massi järgi 95% Zn; 6)Zn-Al sulamist pinnakate 55% ja 6%. Zn-kihi kvaliteedi omadused: kihi paksus ja poorsus, lisandid (vähe Fe ja Cu-d). Ühildumine terasega (1), vastupidavus korrosionile (2), terast kaitsvad omadused (3), vastupidavus mehh mõjudele (4), kontrollivõimalused (5), sobivus värvimiseks

24. Milliseid protsesse nim elektrokeemilisteks? Elektrokeemilised on protsessid, mille käigus tekib elektrivool või millised toimuvad elektrivoolu

toimel. Metallide tootmine toodet sula halogeenidest (NaOH, CaCl2) või vesilahustest (Fe, Cd, Co, Zn, Mn, Cu), nt Al toodetakse sulast Al2O3 *nH2O + Na2AlF6 *krüoliit (70:30; t°>940 °C; pinget 4,2-4,5V). NaOH tootmine: NaCl vesilahus – 2NaCl + H2O =H2↑+ Cl2↑ +2NaOH; Cl2 tootmine: sulat NaCl – 2NaCl (elektrolüüs) = 2Na + Cl2. Kemikaalide tootmine: KmnO4; HclO4; H2O2; Cl2.


11

Metalli rafineerimine: ehk metallide puhastamine - see meetod põhineb met ja lisandite elektrokeem potentsiaali erinevusel. Võtame nt CuSO4 = elektroIüüt, puhastamata Cu = anood, puhastatud Cu =katood. Galvaanielemendid on seadmed, milles keemiline energia muudetakse elektri-energiaks ehk keemil reakts tulemusena saadakse elektrivoolu. Galv katete valmistamine: so metallikihi sadestamine eseme pinnale elektrolüüsi teel. Kaetav ese aset katoodina elektrolüüsi vanni, milles on kattemet sisaldav elektrolüüdilahus. Anoodiks on harilikult kattematerjalist plaat. Kui elektrolüüti läheb vool, sadestub esemele metallikiht Det poleerimine: viimistlustöötlemine sileda pinna saamiseks. Kuna vool liigub eelistatult läbi teravike, siis need lahustuvad kõigepealt. Pinged on suuremad kui galv katmisel. Terase poleerimisel pinge nt 40-60V, tihedus 400-600 A/m2, elektrolüüdiks HClO4 lahus. Katete valikuliseks eemaldamiseks kasut sama süst, mida katmiselgi, kuid vahet elektroodid - anoodiks det, millelt kate eemald, katoodiks puhas eemald met. Katteid on võimalik eraldada suht selektiivselt, nt tinakatte eemald teraselt, hõbetatud vasest hõbeda eraldamine.

25. Elektroodide mõisted (lahustuvad ja lahustumatud) elektrokeemias. Elektrood on mittemet-se kk kokkupuutes olev juht, mis ühendab kk elektriahela teise osaga.

Elektroodi ül-ks on voolu juhtimine kk või sellest välja, aga ka el.välja tekitamine, mistõttu on elektrood taval metallist ja sihipärase kujuga. Inertne elektrood on elektrood, mis elektolüüsi ajal ei muutu (ei lahustu, nt plaatinaelektrood). Aktiivne elektrood on taval met – elektrood, millega elektr ajal toimub keem muundumine (lahustuv). Standardpotentsiaal (E°) on galvaanielemendi emj, milles üheks elektroodiks on vesinikelektrood, teiseks uuritav elektrood. Uuritava elektroodi pot saadakse võrdlemise teel vesinikelektroodi potentsiaaliga, mille väärtus loetakse nulliks. Stand potentsiaali arvut: E = E°H+ - E°X, kus E°H+ > E°X. Standardpotents suurus oleneb met ioonide konstruktsioonit lahuses. Järjestus: Al(-1,66V), Zn(-0,76V), Fe(-0,44V), Sn(-0,14V), Cu(0,34V); Kontaktkorrosioon on korr eri met kokkupuutekohtades (ei tohi ühendada otseselt Al ja Cu elektrijuhtmeid, vahetus kokkupuutes ei tohi olla Cu ja teras veetorud, tuleb vältida vase pinnalt voolava vee sattumist Al, Fe ja Zn pinnale). Ühtlane, laiguline, pisteline, keevitatud juures, pilu-, hõõrde-, kontakt-, kiht-, kihtide vaheline, kristallide vaheline ja sisene, väsimus.

-------------- 26. Millest olenevad reaalsed elektroodide potentsiaalid (Nernsti võrrand)... Nernsti võrrand: Eme = E°Me + RT / nF * ln[Men+], kus R - 8,314J/kmol; T - temp; n -

üleminevate elektonide arv; F – Faraday arv (96485c/mol); Kui T=298K, siis Eme = E°Me + 0,059 / n * ln[Men+]. Järeldused: 1) on võimalik valmistada GE, millede elektroodid on ühest ja samast elektroodi mat-st, elektrolüüt on sama, konstr on sama, kuid elektroodidel on erinevad temp. Sellist elementi nim temp GE-ks; 2) on võimalik valm GE ühest ja samast elektroodi materjalist, samal temp, kuid erineva konts-ga elektrolüüdi lahuses. Seda GE nim konts GE-ks. Elektroodide plarisatsioon on pos elektroodi muutumine neg-ks ja neg elektroodi muutum pos-ks. Elektroodi polariseerumine kiirendab protsessi elektroodil ja võimaldab seega elektroodist vajaliku tugevusega voolu läbi juhtida. Elektrokeemiline korrosiooniprotsess toimub elektolüüdi lahuse või sulatiste toimel. Seisneb GE mood pinnal ja pinnaosa, milline on anoodiks hävib. Anoodiks on det ja katoodiks erinevad elektrolüüdi lahused (erinevate om-ga oksiidi kihid) Korrosiooni kiirus näitab ajaühikus korrodeerunud metalli massi pindalauhiku kohta (m2). Tavaliselt sisaldavad Me teiste Me-de intermetalliliste ühendite või teiste ühendite lisandeid. Põhimetalli pinnal toimub enamasti Me anoodreakts, lisandi pinnal aga katoodreakts, st anoodipürkond on piirkond, kus toimuvad anoodreakts (Me seob endaga elektrone, muutudes neg); katoodipiirkonnas aga katoodreaktsioonid (Me loovutab oma elektrone anoodile, muutudes ise seejuures pos). Anoodipiirkonnaks on korr-nud metalli pind ja katoodipiirkonnaks on korr-nud puutumata met pind.

27. Millised soolad hüdrolüüsuvad ja kuidas? Nende vesilahuste pH-de piirkond. Kuidas

määratakse vee mööduvat karedust? Kui palju tekib katlakivi, kui vee üldkaredus on 1,2 ja mööduv karedus 1,8 mmol/l, 5 m3-st veest, kui katlakivi koostiseks võtta CaCO3?...(vt küs 5)

Soola hüdrolüüs on neutralisatsioonireaktsiooni pöördprotsess. Tugeva happe ja tugeva aluse neutralisatsioonireaktsioon kulgeb lõpuni ja tekkinud sool ei allu hüdrolüüsile. Kui soola tekitanud


12

komponentidest (happest või alusest) on üks komponent nõrk ja teine tugev (nt NH4Cl, KCN), siis hüdrolüüsub sool vähesel määral. Suuremal määral hüdrolüüsuvad soolad (nt NH4CN), mille hüdrolüüsil tekib kaks nõrka elektrolüüti. Täielikult hüdrolüüsub nt Al2S3. A) tugeva aluse ja nõrga happe sool: NaCH3COO + H20 = CH3COOH + OH, pH > 7 (aluseline kk); B) tugeva happe ja nõrga aluse sool: Me -soola katioon Me + 2H2O = MeOH + H20, pH < 7 (happeline kk); C) nõrga aluse ja nõrga happe sool: Me + A + H2O = HA + MeOH, pH = 7 (neutraalne kk). Vee mööduva kareduse määramine: mõõdan pipetiga l00 cm3 vett, lisan 3-4 tilka mo ja tiitrin 0, l M soolhappega kuni lahus muutub punaseks. Arvutan valemi järgi mööduva kareduse V1 * 1000 * CM1 / 2 * Vvesi = mmol/l (VT küs 10)

28. Kuidas töötavad Volta ja Jacobi galvaanielemendid Kuidas viiakse läbi elektrokeemilist

poleerimist ning Al ja Ti elektrokeemilist oksüdeerimist?... Galvaanielemendid on seadmed, milledes keemiline energia muudetakse elektrienergiaks.

Põhiliselt jagunevad GE-d: 1)Volta GE (1799) on kaks elektroodi samas elektrolüüdi lahuses. Volta element ei ole pööratav, ta töötab seni, kuni tsink elektrood on lahustunud. Sisuliselt elektrivoolu saab redoksreaktsioonide ja oksüdatsioonireaktsioonide tulemusena. Elektronid liiguvad mööda elemendi juhet anoodilt (Zn) katoodile (Cu) Zn = Zn -2 + 2e ja 2H- + 2e = H2. 2)Daniel-Jacobi GE-s on kaks elektroodi eri elektrolüüdi lahustes. See GE koosneb CuSO4 lahusesse sukeldatud Cu elektroodist ja ZnSO4 lahusesse sukeldatud Zn elektroodist. Elektronide liikumise suuna järgi välisahelas on katoodiks Cu ja anoodiks Zn. Elemendi töötamisel kulgevad elektroodide ja lahuse vahel järgmised elektrokeemilised reaktsioonid: Zn - 2e = Zn²- ja Cu-2 + 2e = Cu. Poleerimine põhineb füüsikalisel nähtusel, kui vool liigub mööda tippe. Poleeritavad kehad asetatakse lahusesse, nad ühendatakse vooluallikaga nii, et üks oleks anood, teine katood. Kuna vool liigub eelistatult läbi teravike, siis need lahustuvad esimesena. Poleerimisel kasutatakse suuremaid pingeid, kui galvaanilisel katmisel (terase poleerimisel on pinge 40-60V ja voolutihedus 400-600 A/m² ja elektrolüüdiks on HClO4 lahus). Veel kasutatakse sama tehnoloogiat detailide täpseks töötlemiseks. Oksüdeerimise korral kasutatakse detaili anoodina. Kasutades erineva koostisega elektrolüüdi lahuseid, saadakse erinevate omadustega oksiidi kiht, s.o värvus, paksus, tugevus ja elektrilised omadused. Alumiiniumist detail, mis tuleb tootmisest omab 4-10 nm oksiidikihti, seda suurendatakse tehislikult 1000-2000 korda. Selleks kasutatakse kahte tehnoloogiat: 1) tekitatakse alumiiniumi pinnale oksiidi kiht, misjärel viiakse detail värvaine lahusesse, kus Al-oksiid adsorbeerib värvaine oma pinnale. 2) värvaine sisaldub juba elektrolüüdi lahuses ja värvikiht saadakse kohe, kuid värvide valik on eelmisest väiksem.

29. Millised seadmed on akumulaatorid? Isel raud-nikkel- ja pliiakumulaatorit. Millistel

tingimustel moodustuvad (tekivad) igapäevases elus galvaanielemendid? ... Akumulaatorid on seadmed elektrienergia kogumiseks ja saamiseks. Elektrivool muundatakse

keemiliseks energiaks ja siis see omakorda elektrivooluks. Esimesena ehitas Volta. Sisuliselt on aku Daniel-Jacobi pööratav GE. Akumulaatorid jaotatakse elektrolüüdi järgi: happe (plii) ja leelis (raud-nikkel) akudeks. Pliiaku: laadimine, [+]- PbSO4 + 2e = Pb + SO4

-2; [-]- PbSO4 + H2O = PbO2 + 4H- + SO4

-2 + 2e; tühjenemine: [-] Pb + SO4-2 = PbSO4 + 2e; [+] PbO2 + 4H- + SO4

-2 + 2e = PbSO4 +2H2O; raud-nikkel aku: 2NiOOH +Fe +2H2O =2Ni(OH)2 +Fe(OH)2 (E=1,48V) ja 2NiOOH+Cd+2H2O = 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 (E=1,44V). Parimate omadustega aku on Ag-Ni aku. Akule lisatakse järgnev info: a) saadav pinge, 2)võimsus ühe massiühiku kohta, 3) võimsus, mis saadakse 5 minuti jooksul.

30. Värvide põhimõtteline koostis ja klassifikatsioonis kasutatavad peamised tunnused.

Milline on värvikilede moodustumise kemism-mehhanism? Näited. Kuidas korrodeeruvad sünteetilised polümeerid ja puit?

Värvid koosnevad sideainest, lahustist, pigmendist ja lisaainetest. Klassifikatsioon: 1)kile moodustumise viis (füüs, keemil) 2)sideaine(an-, org) 3)kasutamisviis (pihust) 4)pigmendid (korrosioonikaitse (Al, Zn, värvus jt) 5)kasutamise kohad (puit, metall, betoon jne) 6)kasutamisjärjekord (alus-, vahe- ja pealmine värv). Kile moodustumine : 1)Füüsikaline – lahusti aurub, sideaine ja osakesed liituvad. a)kloor, kautsuk + lahusti, b)PVC+lahusti, c)mõni polümeer+vesi (lateksvärvid) d)eelnevad pulbrina, mis kuumutamisel hakkavad voolama ja


13

katavad pinna kile kelmega. 2)Keemiline – kile moodust keemil reakts tulemusena: a)1-komponentsed: *reag õhu hapnikuga (alküüdlateksid) *kõvenevad kuumutamisel (polüestrid) b)2-komponentsed: *monomeer+kõvendaja *pulber+vedelik (Zn+etüülsilikaat). Sünteetilised polümeerid lagunevad põhil strukt muutuste järel, millele kaasn mehh sisepinged. Polümeerid ei talu UV-kiirgust. Polümeeride korrosioon: 1)vedelikud tungivad polümeeri, see paisub ja võib hakata siis reageerima 2)gaasid ja aurud tungivad polümeeri 3)pingekorrosioon- tingitud strukt muutustest polümeeri tunginud ainete ja UV-kiirguse toimel. Puidu korrosioon: ligniin lahustub välja; põhjust nii happelised kui aluselised lahused. 1.korr aste: rakud erald teineteisest 2.korr aste: ligniin lahustub, alles jääb tselluloos; puidu tugevus langeb. Lisaks seened ja bakterid.

31. Milline protsess on elektrolüüs? Mis on lagunemispinge ja mis on ülepinge? Millest

olenevad nende suurused? Milliseid aineid toodetakse elektrolüüsi abil. Näited. Millistel eesmärkidel ja kuidas töödeldakse puitu kemikaalidega? ...

Elektrolüüs on protsess, milles toimub alalisvoolu läbijuhtimise elektrolüüdi lahusest või sulast elektrolüüdist. Protsessis katioonid liiguvad neg-le elektroodile, mille pinnal muutub nende o-a ja anioonid liiguvad pos elektroodile (kanoodile) ja pinnal muutub mõne aniooni koostises oleva aatomi o-a ehk anoodilt võetakse elektroode ja antakse katioonidele elektrone. m=M*I*t/z*F, kus F - Faraday const (ühe mooli prootonite arv: 6,02*102~prooton/mol=9,6487*104C/mol), I- voolu tugevus (A), t - aeg (sek), z -osakeste laeng; Printsipiaalne aparatuur - juhtmed, elektroodid, elektrolüüt, alalisvoolu allikas, vann. Lagunemispinge: (Elag) on elektroodidele antav pinge, mille juures algab elektrolüüs. Ülepinge: (η) on lagunemispinge ja süst-s moodust GE emj vahe (η=Elag-EGE). Elektrolüüsi abil toodetakse: 1)H2, Cl ja Fl ning halogeemühendeid; 2)Me (Na, K, Mg, Al, Ni, Cu jne), nt Al toodetakse sulast A13O4*nH2O+Na3AlF6 (t°>940°C, pinge 4,2-4,5V) 3)leeliste ja raskevee tootmine 4)vesinikperoksiidide jt peroksoühendite saamine 5)õhukeste met-st kattekihtide saamine (galvaanotehnika). Mis eesmärkidel ja kuidas töödeldakse puitu kemikaalidega: Keemilise töötluse eesmärk on sisestada puitu seent surmav kogus kemikaali. Mõned ained suurendavad hüdrofoobsust. Pinnaviimistlusmaterjalid sisaldavad sideainet, lahustit, pigmenti ja fungitsiidi (kaitse hallitusseente vastu: nt Pb, Sn, Zn, antiseptikud). Jaotatakse: 1) surve- ja vaakumimmut.: a)täisrakuprotsess (vaakum-õhk-vaakum) b)säästlik immut. (rõhk-rõhk-vaakum) c)OPM meetod (korduv rõhk-vaakum) d)vaakumimmut. (vaakum-madal rõhk-vaakum) e)vannimmut. (leotamine 24h) 2) immuti puitu süstimine – aplitseerimine (postidele).

32. Mida käsitlevad ja formuleerige Faraday seadused? Kuidas viiakse läbi elektrokeemilist

oksüdeerimist? Miks Al kui materjali oksüdeeritakse? Miks on saadav oksiidikiht värviline? ...

Faraday I seadus: elektrolüüsil eraldunud aine hulk on võrdeline elektrolüüti läbiva elektrihulgaga I*t. Faraday II seadus: võrdsete elektrihulkade mõjul elektrolüüsil erald erinevate ainete m1 ja m2 suhe vrd vastavate ioonide molaarmasside ja ioonlaengute jagatiste syhtega. m=MIt/zF Elektrokeemiline oksüdeerimine: pinnale tekitat. elektrokeemiliselt selle sama metalli või sulami oksiidikiht. Mat või det on anoodiks ning elektrivoolu läbilaskmisel moodust pos ioonid, mis reag elektrolüüdis oleva veega ja moodust oksiidikihi. Elektrokeemiliselt oksüdeeritakse kõige enam Al ja Ti ning nende sulameid. Oks-mata Al ei pea looduskeskkonnas eriti kaua vastu. Põhjuseks: atm-s tekib Al pinnale poorne Al(OH) kiht, mis ei kaitse Al sügavamaid kihte korr eest. Seetõttu valmist Al detailide pinnale suht. paks oksiidikiht. E

Al oksüd. meetodid: 1)Al pinnale valmist oksiidikiht, seejärel kastetakse det värvilisi aineid sisaldavasse lahusesse või pihust selle lahusega üle. Al-oksiid kui adsorbent seob need värvilised ained oma pinnale ning saadakse soovitava värvusega detailid; Pos om: lai värvigamma, neg om: värv adsorbeerub oks kihi pealmisele kihile ning sellega kannatab detaili värvi püsivus; kihi paksus: 5-15µm; 2)elektrolüüdi lahuses on juba värvilisi aineid ning oksiidikiht saadakse kohe. Pos om: kiht on värviline kogu paksuses, neg om: värvide valik on väike; kihi paksus: 3-3.5µm.

33. Milline nähtus on korrosioon? Metallide korrosiooni klassifikatsioon,

kontaktkorrosioon? anoodipiirkond ja katoodipiirk ond?... Korrosioon: korrosiooni all mõistetakse metallide oks-st väliskk (õhu, gaaside, vee, lahuste, org

vedelike) mõjul. Korrosiooni klassifikatsioon: 1)keemiline korr – toim kõrgematel temp-del reag


14

gaaside ja aurudega ilma elektrolüüdi osavõtuta. N:raua korr kuivas õhus. Kõrgemal temp tekib raua pinnale oksiidikile (FeO, Fe203, Fe304), mis on poorne ja habras, sisald lõhesid ning on rauapinnaga nõrgalt seotud. Seepärast jätkub korrosiooniprots seni kuni kogu met on korrodeerunud. Keemiline korr kujutab endast metalli vahetut ühinemist kk mingi ainega, nt õhuhapnikuga (4Fe+3O2=2Fe2O3). Keemil korr-le alluvad küttekolde restid, sisepõlemismootori klapid, silindrid, gaasi väljavoolutorud. 2)elektrokeemiline korr- toim metallidel elektrolüüdi lahuste osalusel, tek galvaanielement: kui kaks erinevat met on kontaktis elektrolüüdi lahusega N: 1)Cu-Fe: anoodil Fe-2e=Fe2+ ja katoodil 2H++2e=H2 2)Fe-Al: anoodil [Al(OH)3] Al-3e=Al3+ ja katoodil (Fe) 2H++2e=H2 3)erosioon ehk mehh korr - seisneb aine ja mat osakeste ärakandes liikuvate vedelike või gaasi voogude poolt. 4)bioloogiline korr - mikroorganismid toodavad ühendeid (happeid), mille toimel met korrodeerub või vajavad elutegevuseks antud met ioone. Korrosioonikahjustuse ilmingud: *elektrokeemil korr - ühtlane (teras), laiguline (teras), pisteline (torud, milles liigub kuum vesi), piirpinna korr, pilu (met konstrukts), hõõrdekorr, kontakt (hävib met, mille potentsiaal on neg-m), kihtkorr, kihtide vaheline (tõmmatud torud, valtsitud metallilehed), kristallide vaheline, kristallide sisene, väsimuskorr (tekib met, mis on erineva suunaga mehhaaniliste koormuste all); *kõrgtemp-ne korrosioon -oksiidne, sisemine oksüdeerumine. Kontaktkorrosiooni vältimine: kasutada samast mat neete, polte või isoleerida (ümbritsevast kk-st). Nt ei tohi ühendada otseselt Al ja Cu el-juhtmeid, messingit terasega, vaskveetorusid terasest veetorudega. Toimida järgmiselt: 1)panna vahelüliks polümeersest mat torud; 2) ühendada mõnest sulamist torudega, et vähendada potensiaalide vahet. Piirkonnad: Põhimetalli pinnal toimub enamasti Me anoodreakts, lisandi pinnal aga katoodreakts, st anoodipiirkonnas toim. anoodreakts (Me seob endaga elektrone, muutudes neg); katoodipiirkonnas aga katoodreaktsioonid (Me loovutab oma elektrone anoodile, muutudes ise seejuures pos). Anoodipiirkonnaks on korr-nud metalli pind ja katoodipiirkonnaks on korr-nud puutumata met pind.

34. Raua ja raua sulamite korrosiooni seaduspärasused vees ja vesilahustes ning

atmosfääris. Kuidas korrodeerub tsingitud ja tinutatud teras. Selgitage anoodipiirkond ja katoodipiirkond? ... Vees ja vesilahustes: korr.kiirus järsult tõuseb pH<5, ühtlane on pH=5-10, ei korr pH>12,5. Korr kiirendajad on Cl- -ioonid ja O2, merevee pritsete prk.s on korr.kiirus kõige suurem. Teras on raua sulam, kus on grafiiti, sementiiti, väävli, fosfori jt ühendeid. Atmosfääris: Korrodeeruva met pinnale tekib niiskuskelme, milles on lahustunud õhuhapnik. Harilikult muutub niiskuskelme elektrolüüdiks, kuna selles on lahustunud mitmed õhus leiduvad gaasid, met korrodeerub. Tekkinud mikrogalvaanielmentide paarid Fe-C ja Fe-sementiit on puhas raud aktiivsemaks elektroodiks ehk anoodiks. Põhimet pinnal toimub anoodne ja lisamet pinnal katoodne reakts. Korr kiirendab tolmu osakesed ja õhuniiskus >20%, samuti SO2. Temp tõusuga korr.kiirus kasvab lineaarselt. Cu lisand vähend korr.kiirust 3-4x. Piirkonnad: taval sisald Me teiste Me-de intermetalliliste ühendite või teiste ühendite lisandeid. Põhimetalli pinnal toim enamasti Me anoodreakts, lisandi pinnal aga katoodreakts, st anoodipiirkonnas toim anoodreakts (Me seob endaga elektrone muutudes neg); katoodipiirk. aga katoodreakts (Me loovutab oma elektrone anoodile, muutudes ise seejuures pos). Anoodipiirkonnaks on korr-nud metalli pind ja katoodipiirkonnaks on korr.st puutumata met pind.

35. Milliste meetoditega kaitstakse metalle korrosiooni vastu (loetlege ja kirjeldage)?

Kaasaegsed värvimise meetodid (madalsurve, kõrgsurve, pulber), nende eeliste ja puuduste võrdlev analüüs. Kus leiab aset pilukorrosioon? Milline on kemism ja tõrje meetodid?

Korrosioonitõrje printsiibid: 1)pinna isoleerimine katetega – a)värvid b)polümeerid (PVC, kumm) c)metallid kantud peale kastmisega sulasse met-i (Zn, Sn, Ag); d) metallid kantud peale galvaaniliselt (Cu, Ni, Au, Co, Sn, Pb, Cr, Zn, Au-Ni); e) metallid kantud peale pihustamisega kõrgel temp-l normaalrõhul, f) metallid, kantud peale elektriväljas vaakumis, galvaaniliselt, pihust. g)emailid h)keraamilised katted (TiC, TiN, Al2O3, Cr7C3); 2)protektorkaitse - anoodi koostis: Mg-Al-Zn; N:maa sees torustikule kinnit aktiivsemast met plaadid, laevadele. 3)metalli pinnale tekit mõne ühendi kiht - oksiid, kromaadid; 4)katoodkaitse välise vooluallika abil (C-terasest mahuti ühend (-)klemmiga N:sadamarajatised) 5)anoodkaitse - pinnale moodustub pos


15

oksiidi kiht (kasut roostevaba terase korral, ühend (+)klemmiga); 6) inhibiitorid –lisat värvidesse NaNO2→NaNO3. 7)kaitsemäärded 8)korr.tõrje kuiva õhuga (konstr det-e kuivat.). Pilukorrosioon toim kahe metalli kinnituskohtades met-konstruktsioonis, kus pinnad on jäänud puhastamata. Selle ärahoidmiseks tuleks pinnad hoida puhtana, katta inhibiitoritega või kasut katoodkaitset. Pilukorrosioonile mõjub nt voolav vesi, mis sööb kinnituskohti. Elektokeemilise korrosiooni kiiruse määrab korrosioonivool Ikorr, mis sõlt katoodi ja anoodi elektroodipotentsiaalidest ja süsteemi takistusest: Ikorr = (Ekat – Ean) / R(suur sigma). Kaasaegsed värvimise meetodid: *Pihustusmeetod: 1)madalsurve (autod, mööbel). (-): suured värvikaod ja värviudu moodust; 2)kõrgsurve – 20-400 atm rõhul olev värv lastakse välja väikesest avast. (laevad, mahutid, ehitised, sillad) *Pulbermeetod: elektrostaatiline pihustamine, keevkiht ja elektrostaatiline keevkiht 1)elektrostaatilised: a) värvi pihustamine – värv valat pöörl. kettale (40000p/min). Tsentrifugaaljõu mõjul tekib värviudu, mis lastakse läbi elektrivälja (osakesed saavad laengu) värvitavale esemele. Värv jaot. pinnal ühtlaselt. Värvi kasutamise aste 60-95% b)pulbri pihustam. – kasut seeriatoodete värvimisel. Värvikile paksus 50-200µm. Värvi kasut. aste 100%. 2)kuumpihustus – värv või lakk kuumut. 50-80° Kantakse peale kas madal- või kõrgsurvemeetoditega.

36. Alumiiniumi korrosiooni seaduspärasused vees ja vesilahuses, lämmastikhappes, orgaanilistes vedelikes ja atmosfääris. Millised reaktsioonid kulgevad alumiiniumi kokkupuutel raua ja vasega? Vees ja vesilahustes: Al on kõige stabiilsem pH 5-8 juures. Korr.kiirus suurim 20%lise HNO3 lahuses, stabiilne 10%lises. Reag paljude org ainetega. Atmosfääris: Looduskeskk on Al vastupidavus suht väike. Korrosioonikindluse tõstmiseks valmistatakse Al pinnale 25µm Al2O3 kiht. Looduslik oksiidikiht on ebapiisav korr.tõrjeks (6-10µm). Anodeerimine 2 meetodil: 1)valmist värvitu kiht. 2)valmist värviline oksiidikiht (kas töödeld pinda värvainega või värvaine lisada elektrolüüti. Reaktsioonid: Fe-Al↓: anoodil [Al(OH)3] Al-3e=Al3+ ja katoodil (Fe) 2H++2e=H2; Cu-Al↓: anood Al-3e=Al3+ kat:(Cu) 2H++2e=H2.

37. Kuidas valmistatakse betooni? Raudbetooni korrosioon. Tsementkivi korrosioon (I, II ja

III tüüpi korrosioon), betooni hoolduse ja korrosioonitõrje viisid. Näited. Terasarmatuuri korrosiooni iseärasused betoonis, nende korrosioonitõrje.

Betooni valmist: tsemendist, täitematerjalist ja veest. Betooni korrosiooni all võib mõista tsementkivi ja metallarmatuuri korr. Tsementkivi korr tüübid: l)tsementkivi komponentide väljakanne betoonist veega a)Ca(OH)2 lahustumine betoonis liikuvas vees b)tsementkivi mineraalide hüdrolüüs ja produktide väljakanne 3CaO*2SiO2*3H2O+H2O=CaO*SiO2*H2O+Ca(OH)2; 2)reag betooniga kokkupuutuvas kk-s olevate ainetega (CO2, SO2, leelistega, hapetega N:Ca(OH)2+SO2=CaSO3*H 2O+H2O); 3)faaside muutused betoonis, millega kaasneb mahu suuren: a)ettringiidi teke 3(CaSO4*2H2O)+3CaO*Al2O3*6H20 +19H2O→3CaO*Al2O3*3CaS04*31H2O; b)soolade kristallumine poorides: NaCl= NaCl*2H2O (maht suuren 2,3 korda), Na2SO4=Na2SO4*10H2O (4,1x). Armatuuri korr tulemusena tekib Fe(OH)3, mille maht on suurem kui raual endal ja betoon praguneb. Betooni hooldamine ja korr tõrje viisid: armatuuri(-) elektrokeemil kaitse, armatuuri kaitse inhibiitoritega, Cl-iooni välja viimine betoonist elektrokeemiliselt, betooni taasleelistamine armat(+), betooni kaitse CO2, SO4

-2, Cl- ja H2O sissetungi eest pinnakatesse, betooni poorsuse vähend ja tugevuse suurend pooride täitmise teel.

38. Mis aine on tsement? Milleks kasut portlandtsementi, millised keemilised reaktsioonid

toimuvad tema kasutamisel? Miks ja kuidas vesi lagundab tsementkivi? Millised metallid ei tohi olla ei otseses ega kaudses kontaktis betooniga ja miks? Betooni renoveerimise põhimõtteline skeem. Avage mõiste “karboniseerumine“ ja selle tagajärjed!

Tsement on aine, mis seob pulber- ja puistematerjalid monoliitseks massiks. Portlandtsementi kasut betooni valmistamiseks. Toimuvad reaktsioonid: 2(3CaO*SiO2)(t) +6H2O(V) →3CaO*2SiO2*3H2O(t)+ 3Ca(OH)2(t,v); ja


16

2(2CaO*SiO2)(t)+4H2O→3CaO*2SiO2*3H2O(t)+Ca(OH)2(t,v); 3CaO*Al2O3(t)+6H2O= 3CaO*Al2O3*6H2O(t); Tsementkivi komponentide väljakanne betoonist veega on tsementkivi korrosiooni I tüüp - 1)Ca(OH)2 lahustumine betoonis liikuvas vees ja väljakanne ümbritsevasse kk, tagajärg - suuren tsementkivi poorsus ja muutub selle koostis → väh betooni tugevus, suuren gaaside dif kiirus, mis suuren omakorda karboniseerumise sügavust ning armatuuri korr.kiirust juhul kui betoon on karboneerunud armatuurini; 2)tsementkivi mineraalide (kaltsiumsilikaat ja kaltsiumaluminaathüdraadid) hüdrolüüs ja produktide väljakanne; tagajärg - betoonist väljuv aluseline vesilahus kahjustab ümbritsevat kk ja konstruktsioone. Betooniga ei tohi kontaktis olla Zn, Al, kuna see tekitab betoonis faaside muutum, N:ettringiidi teke: 3(CaSO4*2H2O)+3CaO*Al2O3*6H2O+19H2O=3CaO*Al2O3*3CaSO4* 31H2O Betooni hooldamine: 1)betooni kaitsmine CO2, H2O, Cl- ja SO4

-2 sissetungimise eest pinnakatetega; 2)bet poorsuse vähendamine ja tugevuse suurendamine pooride täitmise teel 3)bet uuesti leelistamine, armat (+) 4)armatuuri (-) elektrokeemiline kaitse 5)Cl- väljaviimine betoonist elektrokeemiliselt 6)armatuuri kaitse inhibiitorite viimisega betooni (kasut eriti sildade juures). Karboniseerimine ehk tsementeerimine on termokeemil töötlem, mille puhul terasest pinnakihti rikastat dif teel süsinikuga, et suurend tema kõvadust ja kulumiskindlust ning väsimustugevust. Tagajärjeks on detailid tugevamad ning sitkemad.

------------------ 39. Kuidas valmistatakse galvaanilisi katteid? Mis on ülepinge ja mis on lagunemispinge?

Kuidas valmistatakse pindasid ette igasuguste katete pealekandmiseks? Galvaanilisel katmisel (kroomimine, kuldamine, hõbetamine) on kaetav element katoodiks ja

kattematerjal anoodiks. Elektrolüüdi lahus, kus katmisi läbi viiakse, peab sisaldama kattematerjali ioone. N:Fe katmine Cr-ga: Fe puhast H2SO4-ga ja dest veega, kaet Cu-ga, Ni-ga ja Cr-ga. Saadava galvaanilise kätte omad sõlt elektrolüüdi omad (koostisest, temp-st, pH-st, ja kontsentrats), voolutihedusest (A/m2) ja ajast. Sama tehnoloogiat kasut ka katete valikuliseks eemald, ainult et anoodiks on detail ja katoodiks puhas eemaldatav metall. Erinevuseks on veelgi suurema pingega vool. Puudused: kate on ebaühtlane - teravikele ja pinnast väljaulatuvatele osadele tekib paksem kiht. Parameetrid: U=10–30V ja 400–600A/m2

. Lagunemispinge - pinge, mille juures algab elektrolüüs, ülepinge η- pinge, mille juures elektrolüüs lõpeb, on võrdne lagunemispinge ja süst moodust GE emj vahega. Metalli pinna puhastamine: 1)üldine puhastamine: a)soolade eraldamine vee või auruga; b)õlide ja rasvade eraldamine - kasut leeliste (NaOH) lahust, leotamist vesiemulsioonides või hapete lahustes; 2)rooste eraldamine: a)leekpuhastus; b)liivapritsiga või veejoaga; c)mehhaaniline (kaabitsad, terasharjad); d)töötlemine hapetega (kasut vedelaid happeid või happeid pastaga). Leekpuhastusel pinna temp tõstetakse 150°C, kasut vanade ja paksude värvikihtide eemaldamiseks. Pinna ettevalmistamine värvimiseks: 1)fosfatiseenmine; 2)kromatiseerimine; 3)pinna katmine kaitsevärviga.

40. Molaarmassi mõiste, sisu, mõõtühik. Kuidas määratakse molaarmassi. Hüdrofoobsed ja

hüdrofiilsed pinnad. Märgamine. Ioonvahetajad... Molaarmass on aine ühe mooli mass, see on aine suhteline aatom- või molekulmass väljendatuna

grammides. M-i ühikuks on g/mol. Hüdrofoobsed pinnad tõrjuvad vett, st ei toimu märgumist, pundumist ega vees lahustumist. Hüdrofoobsed on enamik metalle ja need org ained, mille molekulid ei sisalda polaarseid aatomirühmi α>90. Hüdrofiilsed pinnad on hea vee märguvusega ning lahustuvusega vees. Hüdrofiil sisald polaarseid või laenguga aatomirühmi, mis võivad moodust vesiniksidemeid. Hüdrofiilsed ained on nt anorg soolad, savid, tärklis, parafiin, tahm. Märgumise kriteeriumiks on äärenurk α. Kui 0≤α<90°, siis vedelik märgab tahket ainet; Kui 90°<α≤180°, siis vedelik ei märga tahket ainet. Kui α ei moodustu, valgub vedelik laiali ning toimub täielik märgumine. Märgamist on võimalik mõjutada. Viimasel ajal kasut paljude tahkete ainete pindade töötlemist ainetega, mis muudavad pinna hüdrofoobseks st vähem märguvaks vee poolt. Hüdrofobiseeriv aine moodustab tahke aine pinnale õhukese kile, selle tulemusena kogu pinna energia väheneb. Enamkasutatavad – räni-org ühendid. Töödeldakse puidupinda, paljusi looduslikke ja telliskive (paekivi, liivakivid, tellised). Hüdrofobiseerimise eesmärgiks on vee tungimise vähendamine pinnas olevatesse pragudesse ja pooridesse. Ioonvahetajad on lahustumatud tahked ained (sünt, polümeersed valgud). Ioonvahetajat ehk ioniiti nim katiooniks kui vahetuvaks iooniks on kationiit ja anioniidiks, kui vahetuvaks iooniks on anioniit, nt Ca2+


17

vahetumine: 2Na+R(t)-+Ca2+

(l)↔Ca2+(R)2(t)+2Na+(l); Cl--iooni vahetamine: R+OH-(t)+Cl-(l) ↔R+Cl-

(t)+OH-(l).

41. Keemilise reaktsiooni toimumise põhitunnus. Ekso- ja endotermilised reaktsioonid

(näited). Kütteväärtus. Hessi seadus. Kuidas arvutatakse reaktsiooni soojusefekti?... Keemiline reaktsioon on protsess, kus tekib uus aine ja selle käigus peab tekkima vähemalt üks ja

katkema vähemalt üks side. Põhitunnus: igale keem reakts kaasneb kas energia eraldumine või neeldumine, enamasti soojusena (ekso ∆H, nt H2+Cl2=2HCl+ 92,3 kDm) või neeldum (endo ∆H, nt N2+O2→2NO–90,4kDm). Suletud süst energia kiirgumise korral süsteem soojeneb ja vastupidi. Entalpia – püsival rõhul toim protsessi soojusefekt (kJ). Põlemissoojus on aine täielikul põlemisel eralduv soojushulk, praktikas: kütteväärtus (naftal 10400- 11000kcal/kg, suhkur 3940, puit 2700-4500, turvas 2000-5900, põlevkivi 1500-8200, diiselkütus 10000- 10700, etanool 6000–7000 kcal/kg). Hessi seadus: keemil protsessi summaarne soojusefekt on võrdne üksikute protsesside soojusefektide summaga ∆H=H1+H2. Soojusefekt ei sõltu reakts toim astmest. ∆H=Σn∆H(saaduste tekkesoojus)- Σn∆H(lähteaine tekkesoojus) ja ∆H=Σn∆H(lähteaine põlemissoojus)- Σn∆H(saaduste põlemissoojus). Tekkesoojus on soojusefekt, mis esineb liitaine moodust lihtainetest standardtingim. Soojusefekti arvutatakse selleks, et teada saada kui palju omab osake või tekkinud ühend energiat, mida kasut igapäevaelus, nt liigutamisel, söömisel.

42. Mida nim keemiliseks reaktsiooniks? Seosed keemilise reaktsiooni ja energia vahel:

soojuse, valguse, elektrivoolu ja mehhaanilise jõu mõju keemilisele reaktsioonile? ... Keemiline reaktsioon on protsess, kus tekib uus aine ja selle käigus peab tekkima vähemalt üks ja

katkema vähemalt üks side. Põhitunnus: igale keem reakts kaasneb kas energia eraldumine või neeldumine, enamasti soojusena. Soojuse eraldumine või neeldumine võib olla tingitud ka füüsikalistest prots. Erandolukorras ∆H=0. Eeldus: Sideme lõhkumine nõuab energiat. Olenevalt sellest kumb energia on suurem - energia neeldub/eraldub. Soojusefekti, mis esineb liitaine mood lihtainetest standard ting nim liitaine tekkesoojus. Põlemissoojus on aine täielikul põlemisel eralduv soojushulk (praktikas kütteväärtus). Valguse osa keem reakts-s: 1)fotosüntees –6CO2(g)+6H2O(v)=C6H12O6(vl)+6O2(g), ∆H=15 MJ/kg glük; 2)valgus ergastab mõne reakts osavõtva aine osakest: a)H2+Cl2=2HCl (ilma valguse mõjuta prakt ei toimu), valguse mõjul: Cl2

→2Cl°, Cl°+H2→HCl+Cl°, H°+Cl2→HCl+Cl°; b)UV-kiirguse toimel: CH4+Cl2=CH3Cl + HCl; CH3Cl+Cl2=CH2Cl2+HCl; Ainete aktiveerim mehh energia abil kasut järgmisi meetodeid: 1)ainete (pulbrid) töötlemine valtsveskis suure surve all; 2)ainete - pulbrid, vedelikud - töötlemine löökveskis (desintegraatoris). Osad reakts toimuvad elektrivoolu toimel või nende tulemusena eraldub elektrit. Kasut akudes.

43. Alumiiniumi elektrokeemiline oksüdeerimine: eesmärk, põhimõtteline skeem,

valmistatava kihi omadused (vastupidavus atmosfääris jne). Millised on piirangud keemilise püsivuse seisukohalt alumiiniumi kasutamisele konstruktsioonimaterjalina?

Oksüdeerimata Al ei pea looduskk eriti kaua vastu. Põhjuseks: atm tekib Al pinnale poorne AlOH kiht, mis ei kaitse Al sügavamaid kihte korr eest. Seepärast valmist Al detailide pinnale (mida kasut ehitistes ja konstr-s suhteliselt paks oksiidikiht. Elektrokeemiline oks-n meetodid: 1)Al pinnale valmist oksiidi kiht, seejärel detail kastetakse värvilisi aineid sisald lahusesse ning Al2O3 kui hea adsorbent seob need värvilised ained oma pinnale ning saadakse soovitava värvusega det; palju toone, kuid püsivus viletsam; 2)elektrolüüdi lahuses on juba värvilisi aineid ning värviline oksiidikiht saadakse kohe; värvus püsiv, kuid värvivalik piiratud. Piirangud: äädikhapet ei tohi hoida ega töödelda Al aparatuuris. Al-e on spetsiifiline reag alkoholidega. Keemistemp Al hävib alkoholis. Al-st ei tohi valmistada alkoholide dest aparatuuri. Al korr atm-s: Al vastupidavus sõltub oksiidikihi paksusest Al pinnal. Piisava paksusega Al oksiidikihi saamiseks Al anodeeritakse 25µm. Anodeerimata Al ei ole mõtet välistingimustes kasut (hävib mõne aasta jooksul).

44. Vase korrosiooni seaduspärasused atmosfääris. Mida tuleb arvestada vase

elektokeemilistest omadustest lähtudes tema kasutamisel materjalina. Selgitage, mis on


18

metallide korrosioonis anoodipiirkond ja mis katoodipiirkond? Vask ja vasesulamid on suht vastupidavad nii atm-s, pinnases kui ka looduslikes vetes. Atm-s

kattub Cu oksiidiga: Cu +½02=CuO (musta värvi). Paari aasta jooksul reag viimane aluselisteks sooladeks, mis on rohelised: CuO=Cu2(OH)2C12, CuO=Cu2(OH)2SO4. CuO=Cu2(OH)2CO3. Looduskk-s on Cu korr kiirused: maa atm – 0.2-0.6 µm/aastas; mere atm – 0.6-1.1; linna atm – 0.9-2.2; magevees -10, merevees - 50; maapinnas - 1-50. Piirangud: *Vase konts pinnalt ei tohi lasta veel valguda ei Zn teraspleki, Al ega Fe-le. *Vasele on isel pisteline ehk auguline korrosioon. Piirkonnad: taval sisald Me teiste Me-de intermetalliliste ühendite või teiste ühendite lisandeid. Põhimetalli pinnal toimub enamasti Me anoodreakts, lisandi pinnal aga katoodreakts, st anoodipiirkonnas toim anoodreakts (Me seob endaga elektrone, muutudes neg); katoodipnrkonnas aga katoodreakts (Me loovutab oma elektrone anoodile, muutudes ise pos). Anoodipiirkonnaks on korr-nud metalli pind ja katoodipiirkonnaks on korr-st puutumata met pind.

45. Terase tsinkimise meetodid, loetlege ja seletuse. Erinevate tsinkimismeetodite

omavaheline võrdlus. Millistest tsingikihi omadustest oleneb terase vastupidavus korrosioonile? Kuidas on võimalik eristada kuumtsinkimismeetodil ja galvaanilisel meetodil valmistatud tsingitud terasplekki? Selgitage, mis on metallide korrosioonis anoodipiirkond ja mis katoodipiirkond?

Meetodid: 1)kuumtsinkimine - hapetega puhastatud terased tõstet või tõmmat läbi sula tsingi (Zn sulamistemp 419,6°C). Katte paksus 40-400µm. Selle meetodiga saadakse terasele kõige kvaliteetsem Zn-kiht; 2)kuumpihustus - puhast det pihust sula Zn. Kasut Zn-pulbrit või -traati, millised sulat gaasi- või kaarleegis. Kihi paksus 2-5→200-300µm; 3)elektrokeemiline (galvaaniline)katmine - det on katood, Zn on anood, elektrolüüdiks Zn-soola lahus. Zn-kate on suht õhuke; 4)difusioonimeetod - puhast det pannakse koos Zn-pulbriga trumlisse. Trummel pannakse pöörlema ja kuumut Zn sulamistemp lähedale. Moodustub õhuke Fe-Zn kiht; 5)tsinkpulbervärv - kasut väga peenikest Zn-pulbrit. Kuivanud värvikiht sisaldab massi järgi 95% Zn. 6)Zn-Al sulamist pinnakate 55% ja 6%. Zn-kihi kvaliteedi omadused: kihi paksus ja poorsus, lisandid (vähe Fe ja Cu-d) Ühildumine terasega (1), vastupidavus korr (2), terast kaitsvad omadused (3), vastupidavus mehh mõjudele (4), kontrollivõimalused (5), sobivus värvimiseks. NB!Galvaaniliselt kaetud tsingitud terasplekki kasut ainult siseruumides. Välisting tuleb kasut kuumtsingitud terasplekki,nt katused. Piirkonnad: taval sisald Me teiste Me-de intermetalliliste ühendite või teiste ühendite lisandeid. Põhimetalli pinnal toimub enamasti Me anoodreakts, lisandi pinnal aga katoodreakts, st anoodipiirkonnas toim anoodreakts (Me seob endaga elektrone, muutudes neg); katoodipnrkonnas aga katoodreakts (Me loovutab oma elektrone anoodile, muutudes ise pos). Anoodipiirkonnaks on korr-nud metalli pind ja katoodipiirkonnaks on korr-st puutumata met pind.

46. Millised on vedelike liikumise seaduspärasused kapillaarides ja pragudes. Milliseid

aineid nim pindaktiivseteks ja milliseid pindinakti ivseteks ning kus ja milleks neid kasut?... Vedelike tõusmine mööda kapillaare on põhjustatud pindpinevusest. Kui vedelik märgab pinda,

siis Fadh>Fkoh märgav vedelik tõuseb mööda kapillaare üles, tõusu kõrgus on pöördvõrdel. kapillaari raadiusega (H=2χ/ρgr) N:vesi 1µm-15m, 1mm-1,5cm 2) Fadh<Fkoh mittemärgav vedelik N:Hg. Aineid, mis vähend vedeliku pindpinevust χ (jõudusid vedelike osakeste vahel) nim pindaktiivseteks (PAA), Kasut: pesemisvahendites. Aineid, mis suurend vedeliku pindpinevust (jõudusid vedeliku osakeste vahel) nim pindinaktiivseteks (PIA).

47. Metallkonstruktsioonide ja metallist detailide korr osioonitõrje meetodid — loetlege koos

vajalike seletustega ja nt? Milline on legeerivate lisandite Cu ja Ni sisalduse efektiivsus terase vastupidavuse korrosioonile?

Korrosioonitõrje printsiibid: 1)pinna isoleerimine katetega – a)värvid b)polümeerid (PVC, kumm) c)metallid kantud peale kastmisega sulasse met-i (Zn, Sn, Ag); d) metallid kantud peale galvaaniliselt (Cu, Ni, Au, Co, Sn, Pb, Cr, Zn, Au-Ni); e) metallid kantud peale pihustamisega kõrgel temp-l normaalrõhul, f) metallid, kantud peale elektriväljas vaakumis, galvaaniliselt, pihust. g)emailid h)keraamilised katted (TiC, TiN, Al2O3, Cr7C3); 2)protektorkaitse - anoodi koostis: Mg-Al-Zn; N:maa sees torustikule kinnit aktiivsemast met plaadid, laevadele. 3)metalli


19

pinnale tekit mõne ühendi kiht - oksiid, kromaadid; 4)katoodkaitse välise vooluallika abil (C-terasest mahuti ühend (-)klemmiga N:sadamarajatised) 5)anoodkaitse - pinnale moodustub pos oksiidi kiht (kasut roostevaba terase korral, ühend (+)klemmiga); 6)inhibiitorid –lisat värvidesse NaNO2→NaNO3. 7)kaitsemäärded 8)korr.tõrje kuiva õhuga (konstr det-e kuivat.). Teraslisandite mõju korr kiirusele: Cu mõju suurendab vastupidavust hapetele (0,005%), väh korr.kirust 3-4x; Ni mõju parandab mehh om. Cr-Ni terased on väga vastupidavad ka agressiivses atm-s. Kuni 1% on hästi legeeritud Ni-ga.

48. Terase tsinkimise meetodid. Millest lähtub tsinkimise meetodi valik? Milline on iga

meetodi korral saadava tsingikihi paksus? Meetodid: 1)kuumtsinkimine - hapetega puhastatud terased tõstet või tõmmat läbi sula tsingi (Zn sulamistemp 419,6°C). Katte paksus 40-400µm. Selle meetodiga saadakse terasele kõige kvaliteetsem Zn-kiht; 2)kuumpihustus - puhast det pihust sula Zn. Kasut Zn-pulbrit või -traati, millised sulat gaasi- või kaarleegis. Kihi paksus 2-5→200-300µm; 3)elektrokeemiline (galvaaniline)katmine - det on katood, Zn on anood, elektrolüüdiks Zn-soola lahus. Zn-kate on suht õhuke; 4)difusioonimeetod - puhast det pannakse koos Zn-pulbriga trumlisse. Trummel pannakse pöörlema ja kuumut Zn sulamistemp lähedale. Moodust õhuke Fe-Zn kiht; 5)tsinkpulbervärv - kasut väga peenikest Zn-pulbrit. Kuivanud värvikiht sisaldab massi järgi 95% Zn. 6)Zn-Al sulamist pinnakate 55% ja 6%.

49. Tsingi korrosiooni seaduspärasused õhus, vees ja vesilahuses? Vedelikes – korr.kiirus on kõige väiksem kui pH=10, Zn korr on väga kiire, kui pH≥12 ja pH≤8.

Vees - temp mõju korr-le dest-vees. Kõige kiirem on korr 75°C juures, OK kui 50° või >100°. Mida puhtam on vesi, seda kiiremini Zn korr. Mida karedam on vesi, seda aeglasem on korr, sest Ca-ioonid mood Zn-pinnale kaitsvate ühendite kihi. Atm-s – paatina 2ZnCO3*3Zn(OH)2 kiht on tihe, hästi nakkunud ning kaitseb seetõttu Zn-i. Vees on taoline kate raskesti lahustuv. Atm-s on korr kiirus 0,13-0,013µm/a. Fe ja Cu sisald võimalikult väike.

50. Raua ja rauasulamite korrosiooni seaduspärasused atmosfääris, vees ja vesilahuses.

Vees ja vesilahustes: korr.kiirus järsult tõuseb pH<5, ühtlane on pH=5-10, ei korr pH>12,5. Korr kiirendajad on Cl- -ioonid ja O2, merevee pritsete prk.s on korr.kiirus kõige suurem. Teras on raua sulam, kus on grafiiti, sementiiti, väävli, fosfori jt ühendeid. Atmosfääris: Korrodeeruva met pinnale tekib niiskuskelme, milles on lahustunud õhuhapnik. Harilikult muutub niiskuskelme elektrolüüdiks, kuna selles on lahustunud mitmed õhus leiduvad gaasid, met korrodeerub. Tekkinud mikrogalvaanielmentide paarid Fe-C ja Fe-sementiit on puhas raud aktiivsemaks elektroodiks ehk anoodiks. Põhimet pinnal toimub anoodne ja lisamet pinnal katoodne reakts. Korr kiirendab tolmu osakesed ja õhuniiskus >20%, samuti SO2. Temp tõusuga korr.kiirus kasvab lineaarselt. Cu lisand vähend korr.kiirust 3-4x.

51. Milliste omaduste järgi hinnatakse tsinkkatte omadusi terasel? Võrrelge erinevate

meetoditega saadud katete omadusi. Ühildumine terasega (1), vastupidavus korrosionile (2), terast kaitsvad omadused (3),

vastupidavus mehh mõjudele (4), kontrollivõimalused (5), sobivus värvimiseks (6), esialgsed kulutused (7). Kuumtsinkimisel: 1, 2, 3, 4, 5 - vhea, 6 - hea, 7 - eriti väiksed; kuumpihustus: 1,6- vhea, 2, 3, 4. 5 - hea, 7 - kõrge; elektrokeemiline: 1,2- vhea, 3, 4, 5, 6 - hea, 7 - kõrge; difusioonimeetod: 1, 3, 4, 5, 6 - vhea, 2 - hea, 7 - väiksed; tsinkpulbervärvimine: 1 - vhea, 2, 3, 4, 5, 6 - hea, 7 – kõrge. Zn-kihi kvaliteedi omadused: kihi paksus ja poorsus, lisandid (vähe Fe ja Cu-d).

52. Terase korrosiooni seaduspärasused pinnases. Pinnaseks nim geoloogilises mõttes maakoore pealmist kihti Pinnase aineline koostis ja strukt

moodust keerulise heterogeense süsteemi tahkest, vedelast ja gaasilisest faasist. Tahke faasi moodustavad mineraalide anorg ja org ainete osakesed ning mikroorganismid. Vedela faasi - vesilahused. Gaasilise faasi - peam N2, 02, CO2, H2S, SO2, NH3 ja CH4. Sellest tingituna sõltub metallide korr kiirus ja korr tüüp suuremal või vähemal määral peamiselt 14 pinnase omadusest: pinnase tüüp, pinnase asukoht, struktuur, homog, Maa eritakistus, vee sisaldus, pH, üldine


20

happesus kuni pH=7, redokspotentsiaal pH=7 juures, Ca- ja Mg-karbonaadi sisaldus, väävelvesiniku ja sulfiidi sisaldus, süsi ja koks, kloriid- ning sulfaatioonide sisaldus. Kõikidel neil näitajatel on oma väärtused (punktid), mille järgi võib arvutada vastava det eluea selles pinnases. Atm ja pinnase kokkupuute kohas võivad pinnasest välja tulevates met-konstr-s moodustuda galvaanipaarid, mille tulemusena on selles konstr-i osas met hävimine kõige kiirem. Korr.kiirus pinnastes: soo 0,09mm/a; liv 0,12; savi 0,16.

53. Tasakaalureaktsioonid raua ja rauasulamite karastamisel kuumutamise-jahutamisega

redutseerivas kk-s ja oksüdeerivas kk-s, nt õhus. Ahjus kulgevad tasakaalureakts süsinikterasest det karastamisel. Ahjus kuumut det mitteoks-vas

atm-s kuni 780°C-ni. Kemismi seisukohalt on ahjus toimuv protsess väga keeruline, sest üheaegselt kulgevad alljärgnevad tasak.reakts: Fe+H2O↔FeO+H2, Fe+CO2 ↔Fe2O+CO, CO+H2O↔CO2+H2, C+ CO2=2CO, CH4=C+2H2, Fe3C+CO2↔2CO+3Fe, 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 ja vastavate tasak.konstantide järgi tuleb ahju atm hoida (regul) H2O, H2, CO ja CH4 kontsentrats rangelt kindlates vahemikes. Teraskonstrukts, mis on olnud põlengus, on kaotanud oma esialgsed omadused, sest C on sealt välja põlenud ja ei tohi neid kasut ka konstr, mis on mõeldud tavalistele terasdet-le. Karastamisprotsess toimub suuremal või vähemal määral suurtel temp-l (9000°C)ja oksüdeerivas kk-s.

54. Tasakaalureaktsioonid tsementkivis. Tsementkivi mineraalide hüdrolüüs ja selle

tagajärjed Tsementkivi mineraalide (kaltsiumsilikaat- ja kaltsiumaluminaathüdraadid) hüdrolüüs ja

produktide väljakanne: a) Ca(OH)2(v) sisaldus betoonis olevas vees <1,45g/l: 3CaO*2SiO2*3H2O(t)↔CaO*SiO2* H2O(v)+Ca(OH)2(v); CaO*SiO2*H 2O(t)+H2O(v)↔SiO2*nH2O+Ca(OH)2(v); b)Ca(OH)2 sisald betoonis olevas vees on <1,42g/l: 3CaO*Al2O3*6H2O(t)+H2O↔3Al2O3*H2O+3Ca(OH)2. Tagajärjed: a)suuren tsementkivi poorsus ja muutub selle koostis → väh betooni tugevus, suuren gaaside dif kiirus, mis suuren omakorda karboniseerumise sügavust ning armatuuri korr.kiirust juhul kui betoon on karboneerunud armatuurini. b)betoonist väljuv aluseline vesilahus kahjustab ümbritsevat kk ja konstruktsioone.

55. Kemikaalide tähistamine juriidilistes, tehnilistest ja kaubanduslikes dokumentides. Ainete ja materjalide tähistamine: 1)NIMI a) Nimi ei anna infot aine päritolu, kasutamise ega

omaduste kohta (kriit, vesi); b)Nimes sisald mingi info (sooraud, seebikivi); c)Kaubanduslik nimi ei sisalda mingit infot (määrdeõli, kiudained); 2) VALEM: a)Empiiriline – näitab aine elementaarkoostist ja elementide gruppide omavahelist suhet, erandjuhul näitab valem aine molekulaarkoostist (gaasid, vedelikud molekulvõrega, nt N2 ja CH4) Tahkete ioonvõrega ainete puhul molekule ei ole; b)Struktuuri valem – näitab lisaks elementide ja elemendi gruppide suhtele, kuidas need on omavahel seotud; c) Valem tähtede ja numbrite kombinatsiooniga El00-E199 toiduvärvid; d)Nomenklatuursed nimetused on standardiseeritud puhastele ainetele JUPAC poolt H2SO4 (tetraoksosulfaat(VI)vesinik). Lisaks keemilisele tähestikule kasut mitmeid numbrilisi koode, milledest tähtsamad on CAS ja EINEKS registrite numbrid. (CAS – Chemical Abstract Serviced (kemikaali (aine) reg nr andmebaasis), EINEKS (European Inventon of Existing Commercial Chemical Substances) – on kemikaali (aine) reg nr Euroopa kaubanduslike ainete loetelus. CAS reg nr omistatakse ainele kui see lisatakse andmebaasi, igale CAS nr vastab üks ja ainult üks aine. CAS nr järgi saab Interneti kaudu kätte ka selle kemikaali ohutuskaardi.

56. Kemikaalide ohutuskaardid: mis need on, milleks neid kasutatakse ja milline on nende

kohustuslik sisu Ohutuskaart on igal ainel. Sellel on kirjas info aine kohta, mida peab teadma – 1)nimi,

sünonüümid, valmistaja nimi; 2)koostis – keemiline, CAS, EINECS; 3)ohtlikkus – omaduste kirjeldus jm vajalik; 4)esmaabi viisid kemikaali sissehingamisel, allaneelamisel ja sattumisel nahale; 5)tegutsemine tulekahju korral 6)õnnetuste vältimise abinõud (kaitsevahendid, seadmed); 7)käitlemine ja hoiustamine 8)mõju inimesele ja isikukaitsevahendid 9)füüs ja keemil omad 10)püsivus (stabiilsus) ja reaktsioonivõime 11)terviserisk 12)keskkonnarisk 13)jäätmekäitluse viis


21

14)veonõuded 15)reguleerivad õiguaktid 16)muu teave. 57. Oksiidide leidumine looduses, nende iseloomulikud füüsikalised ja keemilised omadused Oksiide on 2 tüüpi: 1)liht (hapnik vahetult seotud teise elemendi aatomiga) ja 2)peroksiid, milles

on side -O-O (H2O2). Leidumine looduses: SiO2 puhta mineraalina kivimite koostises (graniit); nn boksiidid Al2O3*nH2O; CO2 atm-s 0.03%. Samine: 1)hapnikku sisald ühendite kuumut CaSO3=CaO+ C+O2↑; 2)sulfiidide kuumut. õhus ZnS+3/2O2→ZnO+SO3↑; 3)oksiidide reag reduts.ga Fe2O3+C→ 2FeO+CO↑; 4)hüdroksiidid kuumut. 2Al2O3→Al2O3 +3/nH2O; 5)elementide reag O2-ga 2Fe+O2→2FeO; Keemil omadused: 1)üks osa reag veega, mood aluse või happe 2)reag omavahel SO2+NO2→SO3+NO 3)Reag hapete ja alustega CaO+2HCl→CaCl2+H2O 4)reag reduts.ga.

58. Lämmastikhape, iseloomulikud füüsikalised ja keemilised omadused HNO3. Kaubanduslik lämmastikhape on tavaliselt 65%-line ρ=1,40g/cm3, (nim suitsevaks

lämmastikhappeks). Värvus pruun, sest happes lahusunud NO2 hape ei lendu 2HNO3↔2NO2+½O2+H2O. Kuumutamisel hape laguneb sama reaktsiooni järgi. Redoksreaktsioonis on alati lämmastiku aatomid oksiidid NO3

-+1e+2H+ =NO2↑+H2O ja NO3+3e 4H+=NO↑+2H2O Kuningvesi Au+3HCl+HNO3.

Documents

Keemia ja materjaliõpetus · Keemia ja materjaliõpetus 1 1. Sõnastage ja kommenteerige (millistel juhtudel on vaja neid arvestada või kasutada) Elementide ja nende ühendite omaduste