R.W. 3.3.2010

INSINÖÖRIEN KEMIA - TALOTEKNIIKKA

LL = LÄMPÖ

VV = VESI

II = ILMA

Talotekniikan

opintojen keskeiset ammattiaineet liittyvät

• sisäilmasto-, ilmastointi-, lämmitys- ja jäähdytys- tekniikkaan, • energiantuotantoon ja -jakeluun • rakennusautomaatioon sekä • vesihuoltoon.

Laajuus: 3 opintopistettä

Oppimateriaali:• Antila, A.-M., ym. Tekniikan kemia, Edita.• Oppikirjaan perustuva koulutusohjelmakohtainen tehtävämoniste

Talotekniikan kemia

Talotekniikan kemian

opintojen keskeinen sisältö liittyy

• talotekniikan materiaalien ominaisuuksien atomi/molekyytason tarkasteluun (esim. metallien taipuisuus – metallisidos- metallien valenssielektronirakenne)• korroosioon• energiatuotantoon palamisreaktiolla – savukaasulaskut

Talotekniikan kemia - sisältö

• Atomi ja alkuaineet• Kemialliset sidokset• Olomuodot• Seokset• Kemiallinen reaktio• Palaminen• Hapot ja emäkset• Sähkökemia ja korroosio

Sähkökemian sisältö

• Jännitesarja• Sähköpari – Mitä on galvaaninen korroosio?• Konsentraatiokenno – Mitä on rakokorroosio?• Elektrolyysikenno – Mitä on sähkösinkitys?• Korroosio

Korroosio – sisältö

• Ympäristöolosuhteiden vaikutus korroosioreaktion nopeuteen

- Pourbaix-diagrammit (pH ja happipitoisuus)- Happipitoisuusero- Veden kovuus- Metallien liittäminen toisiinsa- Metalliseokset (sinkkikato messingissä)

• Raudan, kuparin ja sinkin korroosio• Korroosion esto

Miksi vesijohtoputkistossa tulee virtaussuunnassa liittää rautaputki kupariputkeen eikä päinvastoin?

Suorita koe (1) :

Ota pala kuparia (’kupariputki’) ja upota se Fe2+ -ioneja sisältävään liuokseen?

Mitä tapahtuu?

Miksi?

Fe

(1) Rautaputkeen saostuneesta rautasakkakerroksesta liukenee Fe2+

-ioneja, mutta…Cu

Fe2+ Fe2+

… Cu atomit eivät luovuta elektronejaan Fe2+ -ioneille

=> KUPARIPUTKI EI KORRODOIDU

Suorita koe (2) :

Ota pala rautanaula (’rautaputki’) ja upota se Cu2+ -ioneja sisältävään liuokseen?

Mitä tapahtuu?

Miksi?

(2) Kupariputkeen saostuneesta kerroksesta voi liueta Cu2+-ioneja ja …

Cu2+

FeCu

(2) Kupariputkeen saostuneesta kerroksesta voi liueta Cu2+-ioneja ja …

Cu2+

FeCu

… Fe atomit voivat luovuttaa elektronejaan Cu2+ -ioneille

+ 2 e-Fe2+

’Eräänä lauantaiaamuna oli kylpyhuoneemme lattialla vesilammikko.

Syynä oli se, että kupari-putkeen oli liitetty teräsputki’

’Ehkäpä he pitivät ruosteisesta vedestä… ’

Korroosio – sisältö

• Ympäristöolosuhteiden vaikutus korroosioreaktion nopeuteen

- Pourbaix-diagrammit (pH ja happipitoisuus)- Happipitoisuusero- Veden kovuus- Metallien liittäminen toisiinsa- Metalliseokset (sinkkikato messingissä)

• Raudan, kuparin ja sinkin korroosio• Korroosion esto

Tai miksi lämmönjohtosysteemeissä, joissa käytetään veden suljettua kiertoa, voidaan käyttää esim. kupari- tai messinkiliittimiä teräsputkien kanssa ilman merkittävää korroosiovaaraa?

Miksi rauta säilyy hyvin suljetussa keskuslämmitysputkistossa?

Keitä vettä joitakin minuutteja, siirrä keitetty vesi koeputkeen, lisää pari pisaraa fenolftaleiinia, päälle kerros öljyä ja korkki. Jäähdytä.

Vertailukoe: keittämätön vesi avonaisessa putkessa

Keittämisen aikana happipitoisuus pienenee

Kuva: ’ Tekniikan kemia’

Korroosioreaktio neutraaleissa olosuhteissa:

2. ½ O2 + 2 e- + H2O 2 OH-

1. Me (s) Me2+ (aq) + 2 e-

Fenolftaleiini on indikaattori, joka osoittaa korroosioreaktiossa muodostuneet OH- -ionit punaisena värinä

½ O2 + 2 e- + H2O 2 OH-

Laboratoriokoe korroosioreaktion osoittamiseksi

Lisää molempiin putkiin tavalliset rautanaulat

Havainto:

Havainto:

• Korrosioreaktion lähtöaineena tarvitaan happea

• Jos happea ei ole, ei korroosio-reaktio tapahdu

Perustelu:

½ O2 + 2 e- + H2O 2 OH-