Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Transkriptio

1 ALKUAINEET KEMIAA KAIK- KIALLA, KE1 Metalleilla on tyypillisesti 1-3 valenssielektronia. Yksittäisten metalliatomien sitoutuessa toisiinsa jokaisen atomin valenssielektronit tulevat yhteiseen käyttöön ja saadaan: Määritelmä, metallisidos, metallihila: Kun elektronit sitovat yhteen positiivisia metalli-ioneita, niin näiden sähköisesti erilailla varautuneiden hiukkasten välille syntynyttä vahvaa sähköistä vetovoimaa kutsutaan metallisidokseksi. Vapaiden elektronien meri tai pilvi siis sitoo metalli-ionit tiiviiksi rakenteeksi, jota kustustaan metallihilaksi. Natriumin elektronimeri (-pilvi) 1

2 Elektronit voivat siis liikkua metalli-kationien ohi sidosten katkeamatta. Tämän vuoksi metalleja voidaan takoa, muokata ja venyttää. Myös hyvä sähköjohtokyky perustuu elektronimereen. Metallien ominaisuuksia Metalli-ionit pakkaantuvat mahdollisimman tiiviisti, jolloin muun muassa lämpövärähtely siirtyy helposti ionista toiseen siksi metallit johtavat hyvin lämpöä. Värähtelyn siirtymisen takia myös ääni liikkuu metalleissa hyvin. Metalliatomien tiivis pakkaantuminen ja elektronimeressä liikkuvat elektronit aiheuttavat läpinäkymättömyyden ja pinnan kiillon. Määritelmä, lejeerinki: Kahden tai useamman metallin seosta kutsutaan lejeeringiksi. Esimerkiksi messinki on kupari ja sinkkiä. Lejeeringeissä yhdistyy eri metallien hyviä puolia, esimerkiksi lejeerinki johtaa paremmin sähköä, on kestävämpää, ei ruostu, on halvempaa valmistaa tai on kevyempää. Alkalimetallit ovat pehmeitä ja kevyitä (vain yksi ulkoelektroni), maa-alkalimetallit hieman kovempia ja tiheämpiä. d-ryhmän eli sivuryhmän metalleilla on erilaisia ominaisuuksia, mutta ne ovat yhteisesti kovempia kuin alkalimetallit. Metalli murtuu rajapintojen kohdalta. Rajapinta syntyy, kun kiteytyminen metallihilaksi on epätäydellistä. 2

3 Epämetallit sijoittuvat jaksollisen järjestelmän oikeaan ylälaitaan + vety. Yleisesti epämetalleilla on alhaisemmat sulamis- ja kiehumispisteet kuin metalleilla, ne ovat pehmeämpiä, niillä on alhaisempi tiheys ja ne eivät johda sähköä epämetallit ovat eristeitä. Huom! Grafiitti (hiili) johtaa sähköä. vety hiili typpi happi fluori neon Syy erilaisuuteen löytyy atomitason rakenteesta (ulkoelektronit) ja kemiallisista sidoksista. fosfori rikki kloori argon Määritelmä, molekyyli: Epämetalleista kovalenttisin sidoksin rakentuvia yhdisteitä kutsutaan molekyyleiksi. Kovalenttinen sidos on vahva kemiallinen sidos! seleeni bromi jodi krypton xenon Kovalenttisessa sidoksessa sidoselektronit ovat yhteisiä, pyrkimys oktettiin. radon Epämetallit jaksollisessa järjestelmässä Vedyllä yksinkertainen kovalenttinen sidos. Hapella kaksinkertainen kovalenttinen sidos. Typellä kolminkertainen kovalenttinen sidos. 3

4 Oktettisääntö: Tavoite on, että molekyylin muodostavilla atomeilla on yhdistymisen jälkeen uloimmalla elektronikuorella 8 elektronia (H ja He 2) eli jalokaasujen uloimpien kuorien elektronirakenne, ns. oktettisääntö. Syy: elektronirakenne on kemiallisesti pysyvä. Hiili muodostaa 4, happi 2, typpi 3 ja vety yhden kovalenttisen sidoksen. Kovalenttinen sidos on vahva sidos ja sen purkamiseen tarvitaan energiaa, niinpä esim. koval.kolmoissidos on erittäin vahva ja pysyvä. H C N Vetysyanidi eli kansankielellä sinihappo. ATOMIHILAT Määritelmä, hila: Hilaksi sanotaan järjestelmää, jossa kiinteän aineen rakenneosat ovat pakkautuneet säännöllisesti. Hiloja on erilaisia. Hilojen ja sidosten avulla voidaan perustella esim. aineiden sulamis- ja kiehumispisteet. metalliionit ja elektronit 4

5 Määritelmä, atomihila: Järjestäytynyttä jatkuvaa säännöllistä rakennetta, jossa kaikki atomit ovat liittyneet kovalenttisilla sidoksilla toisiinsa, kutsutaan atomihilaksi. Atomihilan sidokset ovat vahvoja ja niiden rikkominen vaatii paljon energiaa. Atomihilan muodostuminen on tyypillistä hiiliryhmän alkuaineilla. Esimerkki Hiili ja sen allotrooppiset muodot: timantti, grafiitti, fullereenit, nanoputket ja grafeeni. Määritelmä, allotropia: Allotropiaksi kutsutaan ilmiötä, jossa tietyllä alkuaineella on useita samassa olomuodossa olevia rakenteeltaan erilaisia muotoja. Esimerkiksi happi- ja otsonimolekyylit: O 2, O 3 tai hiilen rakenteet: timantti, grafiitti, fullereeenit, nanoputket, grafeeni. 5

6 Grafeeni on maailman ohuin materiaali. Se on vain yhden hiiliatomin paksuinen kanaverkkomainen kalvo. Se on erittäin kestävää, samalla myös taipuisaa, venyvää ja sillä on hyödyllisiä sähköisiä, mekaanisia ja optisia ominaisuuksia. Grafeenia on erittäin haastavaa valmistaa isommissa kokonaisuuksissa. Nämä yhden atomin paksuiset hiiliatomikalvot ovat yksi lupaavimmista materiaaleista uudenlaiselle taipuisan ja läpinäkyvän elektroniikan eri sovelluksille. 6