Ana səhifə

Tallinna Pedagoogikaülikool Loodusteaduste osakond


Yüklə 0.59 Mb.
səhifə1/12
tarix24.06.2016
ölçüsü0.59 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12
Tallinna Pedagoogikaülikool

Loodusteaduste osakond

Keemia õppetool

Kalle Truus


ANORGAANILINE KEEMIA II
Loengukonspekt

Tallinn, 2000



SAATEKS

Väljaanne on mõeldud kasutamiseks konspektina loengul, mille käigus üliõpilane viib raamatu teksti täiendusi-selgitusi vastavalt isiklikele vajadustele. Sellest tulenevalt on raamat lakoonilise ülesehitusega, sisaldades lühendeid ning vaba ruumi märkusteks.

Käesolev õppematerjal käsitleb teist poolt üksikelementide keemiast vastavalt aatomi ehituse seaduspärasustele : p-elementide osa lõpp (väärisgaasid), d-elemendid (raamatu põhiosa) ja f-elemendid (lantanoidid, aktinoidid). Elemente käsitletakse rühmiti keemiliste omaduste sarnasuse alusel.

Lisaks keemilistele omadustele vaadeldakse elemente ajaloolis-kultuurilisest ja mitmest pragmaatilisest aspektist, nagu kasutamine, biotoime, põhilised laboriühendid, orienteeruv toodang jm. Raamatu, veel enam aga TP-s kuulatava vastava loengu eripäraks ongi suurem rõhuasetus kulturoloogilisele ja humanitaarsele aspektile - nii näiteks vaadeldakse tavapärasest põhjalikumalt elementide avastamislugu ja nimetuste etümoloogiat.

Väljaandes esinev keemianomenklatuur ja faktiline andmestik järgivad uusimaid kirjandusallikaid. Sisuliselt ulatuselt on raamat sobiv kasutamiseks Eesti kõrgkoolides erialadel, kus on nõutav anorgaanilise keemia põhjalik tundmine.

Autor on tänulik retsensendile professor Hergi Karikule asjakohaste ja väärtuslike täienduste ning paranduste eest.
KASUTATUD LHENDID
ユppematerjali konspektiivsest iseloomust tulenevalt kasutatakse selles arvukalt lühendeid. Osa neist on tavapärased ega vaja seetõttu lähemat selgitust. Allpool on ära toodud tekstis kasutatud keemiaalased lühendid.
a - aasta (radioaktiivse poolestusaja kohta)

anal - analüüs, analüütiline

d - days - päeva (radioaktiivse poolestusaja kohta)

DNA - desoksüribonukleiinhape

elem - element


  1. - gaas (reaktsioonivõrrandites faasioleku kohta)

IP - infrapuna-

katal - katalüsaator, katalüütiline

kompl - kompleks-

konts - kontsentratsioon, kontsentreeritud

krist - kristalne

ktー - keemistemperatuur

o.-a. - oksüdatsiooniaste

org - orgaaniline

per - periood, perioodilisus

ppm - parts per million - miljondikosa

r - rühm (perioodilisustabelis)

str - struktuur

sul-tー - sulamistemperatuur

T1/2 - poolestusaeg (radioaktiivsel lagunemisel)

tー, temp - temperatuur

toatー - toatemperatuur

UV - ultraviolett



SISUKORD
Anorgaaniline keemia II (ülevaade)

  1. 18. rühma elemendid : väärisgaasid (He - Rn)

  2. ワldiseloomustus

  3. Heelium

  4. Neoon

  5. Argoon

  6. Krüptoon

  7. Ksenoon

  8. Radoon




  1. d-Elemendid

  2. Vase rühm (11. rühm)

  3. Vask

  4. Hõbe

  5. Kuld

  6. Tsingi rühm (12. rühm)

  7. Tsink

  8. Kaadmium

  9. Elavhõbe

  10. Skandiumi rühm (3. rühm)

  11. Skandium

  12. ワtrium

  13. Lantaan

  14. Aktiinium

  15. Titaani rühm (4. rühm)

  16. Titaan

  17. Tsirkoonium

  18. Hafnium

  19. Vanaadiumi rühm (5. rühm)

  20. Vanaadium

  21. Nioobium

  22. Tantaal

  23. Kroomi rühm (6. rühm)

  24. Kroom

  25. Molübdeen

  26. Volfram

  27. Mangaani rühm (7. rühm)

  28. Mangaan

  29. Tehneetsium

  30. Reenium

  31. Rauatriaad (8.-10. rühm)

  32. Raud

  33. Koobalt

  34. Nikkel

  35. Plaatinametallid

  36. ワldiseloomustus




  1. f-Elemendid

  2. Lantanoidid

  3. Aktinoidid


Kirjandusülevaade
ANORGAANILINE KEEMIA II

Jätkub elementide käsitlus rühmiti :




  • väärisgaasid (He - Rn) p-elemendid

  • vaserühm (Cu - Au)

  • tsingirühm (Zn - Hg)

  • 3. rühma elemendid (Sc,Y,La,Ac)

  • 4. rühm (Ti, Zr, Hf)

  • 5. rühm (V, Nb, Ta) d-elemendid

  • 6. rühm (Cr, Mo, W)

  • 7. rühm (Mn, Tc, Re) siirdeelemendid

  • 8., 9. ja 10. rühma I triaad, 10 rühma

  • rauatriaad (Fe, Co, Ni)

  • plaatinametallid :

  • kerged (Ru, Rh, Pd)

  • rasked (Os, Ir, Pt)

lantanoidid ([La]Ce - Lu) f-elemendid

aktinoidid ([Ac]Th - Lr) 14 rühma
See jaotus ei lange ideaalselt kokku aatomi ehitusega.


  1. 18. rühma elemendid : väärisgaasid (He - Rn)

3.31.1. ldiseloomustus
väärisgaasid (vananenud nimetus - inertgaasid)

He Ne Ar Kr Xe Rn noble gas, rare gas, Edelgas


He : s - element

ülejäänud : p - elemendid

väliselektronkihi konfiguratsioon : s2p6

välise energiataseme orbitaalid täiesti täitunud

(alates Ar-st täiel. täitunud nii s - kui p - nivood)

Väliselektronkihi suur püsivus ョ keemil. passiivsus

[Oktetireegel: aatomid püüavad keemil. reaktsioonides

saavutada 8-elekronilist väliskihti - max stabiilsus]

He, Ne, Ar - ühendeid ei tunta seniajani (v.a. eksimeerid ArO+ jmt)

Esimesed väärisgaaside ühendid saadi alles 1962 (N.Bartlett, sünd 1932) Kanadas, Briti Kolumbia provintsis

I reaktsioon : Xe + PtF6 ョ XePtF6

Bartlett, N. Proc. Chem. Soc., 218 (1962)

Kõiki väärisgaase leidub õhus

kõige rohkem Ar : サ 1%

kõige vähem Rn (norm sisaldus 6.10-20mahu-%)

Kõik need (peale Rn) avastas õhus (He avastati enne Päikesel) W. Ramsay XIX saj lõpus (Nobeli keemiapreemia 1904), osales ka J. Rayleigh

Rn - radioaktiivne gaas

Väärisgaaside keemil. aktiivsus - üldiselt väga väike



kuid suureneb reas Kr, Xe, Rn


  • Molekulid on üheaatomilised; lihtainetena värvitud gaasid

  • 4 väärisgaasi (Ar, Ne, Kr, Xe) saadakse vedela õhu fraktsioneerival destillatsioonil

  • (neist eriti vähe Xe)



  • 3.31.2. Heelium



  • Kr helios : ‘Päike’

  • (avastati Päikesel 13 aastat varem kui Maal)

  • avastasid sõltumatult

  • prantsl. J.Janssen ja ingl. J.N.Lockyer (art. Nature’s 1869)

  • (teated saabusid Pariisi Akadeemiasse 26. okt. 1868 mõneminutilise vahega)

  • saadi Maal 1895 mineraal kleveiidist (W.Ramsay)

  • 1881 L. Palmieri Vesuuvi gaasides

  • lad Helium - He

  • kergeim tuum H järel

  • lihtainena õhust üle 7 korra kergem gaas (vesinikust 1,98 x raskem)

  • loodusl. He : 2 stab isotoopi He-4 ja He-3 (väga vähe)

  • tuntud mitmed radioakt. tehisisotoobid

  • Vees väga vähe lahustuv, suure läbitungimisvõimega

  • Keemiliselt inertne

  • Kõige raskemini vedelduv gaas üldse :

  • 4He keemistemp 4,215 K; tahkestub väga raskesti (vajalik rõhk サ 0 K juures)



  • Kosmoses leidub He väga palju (rohkem on ainult vesinikku),

  • Maal suhtel. vähe

  • sisaldub õhus (5,27 . 10-4%) - radioakt a-lagun. tagajärg

  • He koguvarud Maal (atmosfääris, litosfääris, hüdrosfääris) 5 . 1014m3

  • (kuid “lahkub Maalt”)

  • Leidub absorbeerunult radioakt. mineraalides (kleveiit, monatsiit jt) ja loodusl. põlevgaasides

  • Eestis kasut He (gaasina) analüüsimetoodikates (elementaaranalüüs jm), vedelana peam. ülijuhtivate magnetite jahutamiseks (Tallinnas KBFI-s jm)

  • Tuntakse kahte vedela He vormi,

  • neist He-II on ülivoolav vedelik

  • vedela He temp-l ilmneb ülijuhtivus (madaltemperatuurne)



  • Kasutatakse

  • raketikütuse tehnoloogias ja tuumaenergeetikas (kokku ca 60% toodangust)

  • metallide keevitamisel, lõikamisel, sulatamisel (15%) - inertse keskkonna loomiseks

  • tuukrite hingamissegud (kessoontõve vältimiseks)

  • teatud gaaslaserites

  • madalate tー-de füüsikas

  • kandegaas kromatograafias jm.



  • Toodang üle 50 milj. m3/a





  • 3.31.3. Neoon



  • Kr néos : “uus”, lad Neon Ne

  • avastasid 1898 ingl. W. Ramsay ja M.V. Travers

  • (vedela õhu fraktsioneerival destillatsioonil, uurides fraktsioone spektraalanalüüsiga : “new one”)



  • Summaarne Ne-sisaldus atmosfääris 1,82 .10-3 mahu-%

  • stab. isotoobid : massiarvud 20-22

  • (looduses 3 isotoopi, neist üle 90% Ne-20)

  • koguvarud Maal ca 8 . 1014m3

  • Ka kosmoses prevaleerib Ne-20

  • tähed (“punahiiud”)

  • Jupiteri, Saturni, Uraani, Neptuuni, Pluuto atm-s



  • Lihtainena

  • värvitu, lõhnatu gaas (Ne)

  • 1,44 x õhust kergem

  • (He, Ne - “kerged väärisgaasid”)

  • vedeldub väga madalal tー-l (27,1 K)

  • vedel Ne tahkestub kergesti

  • nagu He, difundeerub kergesti läbi õhukeste

  • kilede (näit. teatud klaaskelmed)



  • Keemiliselt inertne

  • moodustab vaid nn. sisestusühendeid (klatraate),

  • näit. Ne . 6H2O

  • ja ergastatud molekulvorme (eksimeere) Ne*2, NeF* (metastabiilsed, esinevad gaaslaserites)

  • Saamine : vedela õhu fraktsioneerival destillatsioonil

  • Kasutamine : - neoonlambid (oranžpunane valgus)

  • neoontäitega gaaslahenduslambid

  • kõikvõimal. punaka valgusega signaallambid

  • (lennuväljadel, reklaamvalgustuses,

  • indikaatorlampidena - raadio, TV jne)

  • - gaaslaserid (segu Ne + He)

  • - madaltemperatuurses tehnikas





  • 3.31.4. Argoon



  • Kr argos : “loid”, lad Argonum Ar

  • avastasid 1894 W. Ramsay ja J.W. Rayleigh

  • (kuid juba 107 a. varem juhtis inertsele õhukomponendile tähelepanu H. Cavendish)

  • “õhu lämmastik on raskem (suurema tihedusega)

  • kui keemil. ühenditest saadud lämmastik”

  • (John William Stratt alias lord Rayleigh, artikkel Nature’s 1892)

  • mõlemad avastajad said 1904 Nobeli preemia

  • kuid Rayleigh füüsikas, Ramsay keemias



  • Lihtainena õhus (kõige levinum väärisgaas)

  • sisaldus ca 1%

  • massiarvud 36, 38, 40 (üle 99%) (Ar-40 kosmoses vähe)

  • - värvitu, lõhnatu, õhust raskem gaas

  • Maal on Ar palju rohkem kui ülejäänud väärisgaase kokku



  • Keemiliselt inertne

  • moodustab klatraate veega ja org. ühenditega

  • Saadakse peam. vedela õhu rektifikatsioonil



  • Biotoime

  • Sissehingamisel gaasisegus (rõhul ca 0,4 MPa)

  • narkootil. toimega (ainult sissehingamise ajal - puhtfüüsikaline mehhanism)

  • Kiirendab ka seemnete idanemist

  • Kasutatakse

  • kaitsekeskkonnana keevitamisel (üle 60% toodangust)

  • metallurgias (üle 30%)

  • pooljuhtide saamisel, keemil. sünteesis (inertkeskkonnana)

  • luminestsentslampides (2-3%)

  • ka hõõglampe täidetakse seguga Ar + N2

  • geoloogias kasutatakse argoonimeetodit

  • (kivimite absol. vanuse määramisel)

  • 40K ョ 40Ar [T1/2= 1,32.109 a(y)]

  • üle 10 milj. a vanused kivimid

  • Toodang suurusjärgus 109 m3/a



  • 3.31.5. Krüptoon



  • Kreeka kryptos : “varjatud”, “peidetud”, lad. Krypton Kr

  • avastasid 1898 W. Ramsay ja M.W. Travers

  • looduslik Kr - 6 isotoobi segu (ca 57% 84Kr)

  • enamus õhus leiduvast Kr-st pole tekkinud maakoore radioakt. mineraalide lagunemisel

  • (on nagu teised väärisgaasid)

  • Nii Maal kui kosmoses vähelevinud

  • esineb absorbeerunult U-sisaldavates mineraalides

  • õhus 1,14 . 10-4 mahu-%

  • (siit ka eraldatakse - toodetakse)



  • Lihtainena värvitu, lõhnatu, õhust raskem gaas

  • keemistemp 119,8 K



  • Keemilised omadused

  • moodustab klatraate

  • veega ja orgaanil. ühenditega (fenoolidega, kloroalkaanidega,

  • propanooniga)

  • tuntud on eksimeerid, näit

  • KrF*, KrCl*, KrO* jt

  • (kasut. UV-laserites)

  • keemil. ühenditest

  • on seni saadud vaid difluoriid KrF2

  • (tekib vaiksel elektrilahendusel gaaside segus 77 K juures

  • Ni-katal. ), ka selle derivaadid, näit KrF+SbF6-, jt

  • - äärmiselt tugev oksüdeerija



  • Füüsikal. omadused ja biotoime

  • Spekter - palju jooni nähtavas spektris

  • huumlahendus ョ rohekassinine helendus

  • Sissehingamisel narkootil. toime (füüsikal. mehhanism)

  • üldiselt kahjutu (nagu ka teised väärisgaasid peale Rn)





  • Saamine

  • Kr saadakse kõrvalsaadusena õhu rektifikatsioonil

  • (Kr + Xe segu)



  • Kasutatakse

  • peam. hõõglampide täitegaas

  • Kr-lambid on (sama võimsuse juures) väiksemad kui Ar-lambid

  • kallimad, pikema elueaga

  • ka kõrgrõhu-huumlambid (roosakasvalge helendus)

  • reklaamtorud (rohekassinine valgus)

  • röntgenitorud





  • 3.31.6.Ksenoon



  • kr xénos : “võõras”, lad Xenon Xe

  • avastasid 1898 W. Ramsay ja M.W. Travers

  • loodusl. Xe - 9 isot. segu, neist 132Xe 26,9%

  • leidub õhus väga vähe : 0,08 ml Xe/m3

  • (Ar : 9,3 l/m3)

  • vähelevinud ka kosmoses

  • esineb absorbeerunult U-sisaldavates mineraalides

  • toodetakse vedela õhu rektifikatsioonil

  • kõige kallim väärisgaasidest (peale radooni)



  • Keemil. omadused

  • N.Bartlett avastas 1961,

  • uurides PtF6 (tugevam oksüdeerija kui F2),

  • et Xe ionisatsioonipotentsiaal on madalam kui hapnikul

  • (hapnik reageerib Pt F6-ga)

  • Xe(g) + PtF6(g) ョ XePtF6

  • ksenoonheksafluoroplatinaat

  • oranžkollane kristallil. ühend

  • XePtF6 - esimene väärisgaaside ühend üldse

  • saadi 1962

  • (artikli viide eespool, p. 3.31.1)

  • Järgnesid sünteesid : Xe(PtF6)2, XeRuF6 jt.

  • hiljem ka lihtsamad fluoriidid XeF2, XeF4, XeF6 ja XeOF4

  • oksiidid XeO3, XeO4

  • (ebapüsivad ühendid, erin. str-ga)



  • On tuntud ka soolad :

  • ksenonaadid MHXeO4 (M = Na, K, Rb, Cs)

  • perksenonaadid Na4XeO6, (NH4)2XeO6

  • Ksenooni ühendid - tugevad oksüdeerijad



  • On tuntud ka ksenooni klatraat- ja eksimeerühendid



  • Kasutamine

  • hõõglampide täiteks

  • gaaslahendus-, sh impulsslambid

  • (kõrgrõhulambid)

  • väga ere valgus (valge), ei põhjusta moonutusi

  • lambid võivad olla ülivõimsad (üle 300 kW)

  • radioisotoobid : meditsiinis

  • (radiodiagnostika)





  • 3.31.7. Radoon



  • lad radio : “kiirgan”, lad Radon Rn

  • vanemad nimetused emanatsioon (või raadiumi emanatsioon),

  • ka nitoon, aktinoon, toroon

  • (nimed anti erinevatele Rn isotoopidele, seda tollal teadmata)

  • erinevad isotoobid avastati erin. teadlaste poolt

  • üldiselt peetakse avastajaks : saksa teadlane F.E. Dorn, 1900

  • s.o. isotoop 222Rn (kõige pikemaealisem, T1/2 = 3,82 d) (d - ööpäeva)

  • kõik Rn isotoobid on radioaktiivsed





  • ldteave

  • Rn - värvitu, äärmiselt mürgine raske gaas

  • ainus radioaktiivne gaasil. üheaatomil. lihtaine

  • väga haruldane, atmosfääris 6 .10-20 mahu%

  • moodustub pidevalt Ra jmt. radioakt. elementide lagunemisel

  • peamine põhjus atmosfääri loomulikule radioakt. foonile



  • ktー 211 K, sul-tー 202 K

  • vedelal kujul helendub; raske vedelik (4,4 g/cm3)



  • gaasina lahustub ja absorbeerub eriti orgaanil. ainetes

  • (alkoholides, hapetes, benseenis,

  • parafiinis, kautšukis) eriti oluliselt silikageelis, aktiivsöes)

  • moodustab paljusid klatraate





  • Reageerib

  • F2-ga (600ーC) ョ RnF2

  • radoondifluoriid

  • värvitu kristallil aine

  • (võib saada ka ilma vaba F2 kasutamata)

  • tugevate F-sisaldavate oksüdeerijate toimel

  • võib tekkida katioon RnF+ jt

  • * BrF5 + Rn ョ RnFn (kus n = 4 või 6)



  • RnFn hüdrolüüsub, ョ RnO3

  • paralleelselt keemil. reaktsioonidega

  • toimuvad reaktsioonid omaenda a-kiirguse toimel



  • Saadakse U - maakide töötlemisel

  • kondenseeritakse vedela lämmastikuga



  • Kasutatakse meditsiinis (radoonivannides)

  • indikaatorina gaasisegude kiiruse määramisel (kõrgahjudes)

  • geoloogias radioakt. elementide otsingul jm.



  • Toodang orienteeruvalt 10-4 m3/a



  • Määramine toimub taval. ühikutes Bq (kiirguse järgi)

  • doosina MBq/a (1Bq : 1 jagunemine sekundis)

  • näit. maksim. lubatud 222Rn kogus inimesele

  • hingamisorganite kaudu on 146 MBq/a





  • 4. d-Elemendid

  • 4.1. Vase rühm (11. rühm)



  • d-Elemendid - parajasti täitumas d-kiht

  • Vase rühmas - 3 elementi Cu, Ag, Au

  • nende väliselektronkihtide konfiguratsioon (n-1)d10ns1,

  • kus n = perioodi number

  • (energiatasemete arv)

  • Cu - 4, Ag - 5, Au - 6 (n väärtused)

  • Oksüdatsiooniastmed I … III

  • Cu peam. II, Ag peam. I, Au peam. III

  • Keemil. sidemeid moodustavad

  • nii väliskihi kui ka eelviimase kihi elektronid ja orbitaalid

  • Rühmale iseloomulik kompleksühendte moodustamine :

  • selles osalevad vabad orbitaalid



  • Vase rühm (võrreldes leelismetallidega) :

  • elementide aatomiraadiused väiksemad

  • tuumalaengud suuremad

  • metallil. omadused (redutseerimisvõime) nõrgemad

  • elementide elektronegatiivsus üsna kõrge (ウ 1,9),

  • seetõttu sideme ioonilisus väiksem kui leelismetallide puhul

  • metallid paiknevad pingereas H-st paremal :

  • ei tõrju hapetest välja vesinikku

  • (v.a. oksüdeerivatest hapetest)



  • Vase alarühma metallide võrdlus

  • ___________________________________________________________________________

  • Cu Ag Au

  • ___________________________________________________________________________

  • Järjenumber 29 47 79

  • Suhtel. elektronegatiivsus 1,9 1,9 2,4

  • Oksüd-aste ühendites I, II, III I, II, III I, II, III

  • sisaldus maakoores 5 .10-3 7.10-6 4,3 .10-7

  • (massi-%)

  • Sulamistemp 1083 962 1065

  • Tihedus kg/dm3 8,96 10,49 19,32



  • Pehmed metallid (tihedus Mohsi skaalal) 2-3,

  • 2 neist “tõeliselt värvilised”

  • hästi töödeldavad, laialdaselt kasutatavad

  • tuntud muinasajast

  • rikka ajaloolise tagapõhjaga



  • Vase alarühma metallid on suhtel. passiivsed

  • Cu ja Ag reageerivad oksohapetega (HNO3, H2SO4)

  • Au - tavaliste hapetega ei reageeri

  • üldse kauaaegselt püsiv (ka agressiivsetes . keskkondades)

  • Kõik kolm äärmiselt tähtsad metallid





  • 4.1.1.Vask



  • lad. Cuprum Cu

  • Küprose nimetusest (juba muinasajal kaevandati seal vasemaaki)

  • - üks tähtsamaid metalle inimkonna ajaloos

  • vask - ajalooliselt esimene tuntud metall (tööriistadeks)

  • ca 10 tuhat a tagasi (sh ehe vask)

  • Kõik 2,3 milj kivirahnu, millest u 5000 a tagasi

  • ehitati Cheopsi püramiid, olid töödeldud vasest tööriistadega

  • Tööriistamaterjal inimkonnal : kivi ョ vask ョ pronks ョ raud

  • “vasesulatamise oskus” - vähemalt 90 saj. vana

  • vanim tuntud pronksese - 3600 e Kr

  • vt. Karik, H. Vask, kuld ja raud olid esimesed. Tln, 1984, lk 38-54


  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©atelim.com 2016
rəhbərliyinə müraciət