EPÄORGAANINEN KEMIA HARJOITUKSIA. Jaksollinen järjestelmä

Transkriptio

1 EPÄORGAANINEN KEMIA HARJOITUKSIA Jaksollinen järjestelmä Mitkä alkuaineet ovat oheisesta jaksollisesta järjestelmästä peitetyt A ja B? Mitkä ovat A:n ja B:n muodostamien kloridien stoikiometriat? Jos alkuaineita A ja B on ylimäärin ja niiden annetaan reagoida pienen Cl 2 -määrän kanssa, kumpi niistä reagoi (perustele)? B A Mitä tarkoittaa efektiivinen ydinvaraus Z eff? Millä eri tavoin Z eff voidaan arvioida/laskea? Selitä Z eff :n avulla, miten 3. jakson alkuaineiden - atomisäde - ionisaatioenergia - elektroniaffiniteetti muuttuu jakson sisällä. Miksi 2. jakson alkuaineet muodostavat muita alkuaineita enemmän moninkertaisia sidoksia? Mitä tarkoittaa lantanidikutistuma ja mistä se johtuu? Mitä tarkoittaa ainutlaatuisuusperiaate ja mistä tekijöistä se johtuu?

2 Alkuaineiden kemiaa Vertaillaan jaksollisen järjestelmän avulla alkuaineita natrium, magnesium, alumiini, rikki, kloori, kalium ja kalsium. a) Laita ne kasvavan atomikoon mukaiseen järjestykseen. b) Mitkä ovat niiden tyypillisimmät ionit ja näiden ionien elektronikonfiguraatiot? c) Laita edellisen kohdan ionit kasvavan ionisäteen mukaiseen järjestykseen. d) Kun näitä ioneista tehdään saman vahvuiset vesiliuokset, mistä tulee happamin ja mistä emäksisin (vastaioni oletetaan merkityksettömäksi)? Perustele e) Mitkä näiden alkuaineiden oksideista tuottavat happaman vesiliuoksen? Kirjoita yksi esimerkkiyhtälö. f) Yksi näistä oksideista ei liukene veteen kun ph = 7, mutta reagoi sekä happojen että emästen kanssa. Mikä oksidi on kyseessä ja miksi tällaista oksidia kutsutaan? g) Mikä vertailluista alkuaineista on voimakkain hapetin, mikä voimakkain pelkistin? Rikki ja kloori muodostavat oksohappoja hapetusuluvuilla, joista suurin vastaa ryhmänumeroa ja muut ovat tätä pienempiä 2-yksikön pykälin: ryhmänumero, ryhmänumero 2, ryhmänumero 4 jne. Kirjoita näiden happojen ja vastaavien oksoanionien kaavat ja nimeä ne. Ohje: aloita oksoanioneista. Nimeä vastaavat seleenin ja bromin muodostamat oksohapot ja oksoanionit. Ohje: päättele nimet edellisen kohdan tulosten perusteella.

3 Järjestä rikin oksohapot happamuusjärjestykseen. Tee sama rikin oksoanioneille. Vertaile järjestyksiä. Ohje: pyri tekemään tehtävä ilman laskennalisia kaavoja miettien vain, miten varaus jakautuu spesieksissä. Tapahtuuko reaktio MgS + PbO? Perustele. Tapahtuuko reaktio Mg(s) + Cu 2+ (aq)? Perustele ja kirjoita reaktioyhtälö. Alla on mangaanin Pourbaix-diagrammi. a) Missä muodossa mangaani esiintyy happamuudeltaan neutraalissa niukkahappisessa vedessä esim. järven pohjassa? b) Mitä tapahtuu mangaanille, kun tällainen pohjavesi nousee ja sekoittuu järven pintaveteen. c) Mitä voit sanoa metallisen mangaanin korrosionkestävyydestä? d) Miksi Mn(II) esiintyy yksinkertaisesti Mn 2+ -ionina, mutta Mn(VII) MnO oksoanionina?

4 H 2 O 2 on hyvä hapetin. Mille hapetusasteelle se pystyy hapettamaan metallisen raudan? Kirjoita vaiheittaiset reaktioyhtälöt. Hapan liuos. Alla on Frostin diagrammi 4. jakson alkuaineille Ca-Cu. Tarkastele sen avulla miten alkuaineiden stabiilein hapetusluku muuttuu yli ko sarjan. Tunnista joukosta vahvin hapetin ja pekistin.

5 Romurautaa voidaan käyttää pelkistimenä tiettyjen metallien valmistuksessa. Mitä metalleja raudalla voidaan pelkistää oheisen Ellinghamin diagrammin ( G oksidin hajoamisreaktiolle) perusteella? Kirjoita reaktioyhtälö yhdelle metallille. Miten ulomman ja sisemmän koordinaatiopiirin redox-reaktiot poikkeavat toisistaan? Kumpi on nopeampi? Mitä tarkoittaa ylipotentiaali? Mitä tarkoittaa katodinen korroosiosuojaus? Miksi ruostumaton teräs on ruostumatonta, tai ainakin tavallista terästä kestävämpää? Täydennä seuraavat reaktioyhtälöt ja ennusta tapahtuvatko ne Perustele. TiS 2 (s) + HgO(s) Mg(s) + Ag + (aq)

6 Kiinteän olomuodon kemia Kiinteästä aineesta saa paljon tietoa kahdella röntgenmenetelmällä. Mitkä nämä menetelmät ovat, mikä niiden periaate on ja mitä informaatiota niillä saadaan? CsCl-rakenteessa anionit ovat järjestäytyneet yksinkertaiseksi kuutiolliseksi rakenteeksi ja kationit miehittävät kuutiolliset kolot. Piirrä alkeiskoppi. Piirrä tilakeskeisen kuutiollisen rakenteen alkeiskoppi ja laske montako atomia yhteen koppiin kuuluu. Alla olevassa kuvassa on sinkkivälke(zns)rakenteen alkeiskoppi. Kuvaile se sanallisesti anionien järjestyksen ja kationien miehittämien kolojen perusteella. Montako Zn- ja S- atomia kuuluu yhteen alkeiskoppiin? Mikä on näiden koordinaatioluku? Kuvassa on perovskiittimineraalin alkeiskoppi. Päättele sen perusteella, mikä on yhdisteen kemiallinen kaava ja titaanin hapetusluku. Moneenko oksidi-ioniin kukin titaani-ioni on koordinoitunut? Miten varmistaisit että perovskiitti-mineraaliksi väitetty näyte on todella sitä? Ca Ca Vyöteoria kuvaa sidoksia kiinteässä olomuodossa. Vyöteoria selittää mm. materiaalien sähköiset ja optiset ominaisuudet. Selitä: - vöiden muodostuminen - Fermi-energia - sähkönjohtavuuden ja vyörakenteen välinen yhteys - valon absorptio - n- ja p-tyypin puolijohde - TiO 2 -fotokatalyytin toimintaperiaate

7 Kiinteän olomuodon kemiassa on paljon aukkoja eri merkityksissä. Mitä kullakin näistä tarkoitetaan: - vakanssi - aukko - energia-aukko Koordinaatiokemia Kirjoita kaava kompleksille kalium oktasyanomolybdaatti(v). Mitkä ovat Mn:n ja Mn 2+ :n elektronirakenteet? Miten d-orbitaalit miehittyvät Mn 2+ :n oktaedrisissä komplekeseissa voimakkaassa ja heikossa kidekentässä? Nimeä yhdiste [Co(H 2 O) 4 (NH 3 )(OH)]Cl 2 Esitä edellisen yhdisteen geometriset isomeerit ja yksi koordinaatioisomeeri. Kompleksi-ioneista [Fe(CN) 6 ] 4- ja [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ toinen on paramagneettinen ja toinen diamagneettinen. Päättele alla olevan spektrokemiallisen sarjan perusteella kumpi on kumpi, ja selitä näiden välinen ero piirroksen avulla. Paljon lisää hyviä harjoituksia Tron kirjassa luvun 24 lopussa!