Johdantoa/Kertausta. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Samankaltaiset tiedostot
Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Jaksollinen järjestelmä

ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

ATOMIHILAT. Määritelmä, hila: Hilaksi sanotaan järjestelmää, jossa kiinteän aineen rakenneosat ovat pakkautuneet säännöllisesti.

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

Alikuoret eli orbitaalit

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Siirtymämetallien erityisominaisuuksia

Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet

Ionisidos ja ionihila:

Jaksollinen järjestelmä ja sidokset

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

HEIKOT SIDOKSET. Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia.

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

ATOMIN JA IONIN KOKO

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

(Huom! Oikeita vastauksia voi olla useita ja oikeasta vastauksesta saa yhden pisteen)

Kvanttimekaaninen atomimalli. "Voi hyvin sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvanttimekaniikkaa. -Richard Feynman

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

KE1 KERTAUSTA SIDOKSISTA VASTAUKSET a) K ja Cl IONISIDOS, KOSKA KALIUM ON METALLI JA KLOORI EPÄMETALLI.

Ionisidos syntyy, kun elektronegatiivisuusero on tarpeeksi suuri (yli 1,7). Yleensä epämetallin (suuri el.neg.) ja metallin (pieni el.neg.) välille.

9. JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

KERTAUSTA 1.-KURSSISTA

elektroni = -varautunut tosi pieni hiukkanen nukleoni = protoni/neutroni

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus:

Kovalenttinen sidos ja molekyyliyhdisteiden ominaisuuksia

Kiteinen aine. Kide on suuresta atomijoukosta muodostunut säännöllinen ja stabiili, atomiseen skaalaan nähden erittäin suuri, rakenne.

Kertaus. Tehtävä: Kumpi reagoi kiivaammin kaliumin kanssa, fluori vai kloori? Perustele.

Kemian opiskelun avuksi

KE2 Kemian mikromaailma

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

Normaalipotentiaalit

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

1. a) Selitä kemian käsitteet lyhyesti muutamalla sanalla ja/tai piirrä kuva ja/tai kirjoita kaava/symboli.

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

1. Malmista metalliksi

Kaikki ympärillämme oleva aine koostuu alkuaineista.

Metallien ominaisuudet ja rakenne

CHEM-C2210 Alkuainekemia ja epäorgaanisten materiaalien synteesi ja karakterisointi (5 op), kevät 2017

luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

NIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni

KE1 Kemiaa kaikkialla

Vesi. Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Jaksollinen järjestelmä

Metallien sähkökemiallisen jännitesarjan opettaminen draaman avulla yläasteella

c) Mitkä alkuaineet ovat tärkeitä ravinteita kasveille?

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen

Kemiallisia reaktioita ympärillämme Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet

Kemiallinen reaktio

Kemia keskeinen luonnontiede

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

1. Materiaalien rakenne

Elektrolyysi Anodilla tapahtuu aina hapettuminen ja katodilla pelkistyminen!

Taulukko Käyttötarkoitus Huomioita, miksi? Kreikkalaisten numeeriset etuliitteet

Kemia 1. Mooli 1, Ihmisen ja elinympäristön kemia, Otava (2009) MAOL taulukot, Otava

Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2 1/2 p = 2 p.

Luento 1: Sisältö. Vyörakenteen muodostuminen Molekyyliorbitaalien muodostuminen Atomiketju Energia-aukko

d) Klooria valmistetaan hapettamalla vetykloridia kaliumpermanganaatilla. (Syntyy Mn 2+ -ioneja)

SIDOKSET. Palautetaan mieleen millaisia sidoksia kemia tuntee ja miten ne luokitellaan: Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia.

Keraamit ja komposiitit

Lämpö- eli termokemiaa

Tekijä lehtori Zofia Bazia-Hietikko

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET

Perunapellosta virtaa! Jenna Salmijärvi ja Maija Torttila

2. Maitohapon CH3 CH(OH) COOH molekyylissä

CHEM-A1250 Luento 3 Sidokset (jatkuu) + kemiallinen reaktio

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

Nanolla paremmaksi lisäarvoa tuotteisiin nanoteknologialla

8. Alkoholit, fenolit ja eetterit

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Orgaanisten yhdisteiden rakenne ja ominaisuudet

Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

Puhtaat aineet ja seokset

Atomimallit. Tapio Hansson

KE4 Materiaalit ja teknologia

Alkuaineita luokitellaan atomimassojen perusteella

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

Atomi. Aineen perusyksikkö

Rakennusalan kemia 5 op

Chem-C2400 Luento 2: Kiderakenteet Ville Jokinen

Kemian syventävät kurssit

1. ELEKTRONIEN ENERGIA

Kemia 1. Mooli 1, Ihmisen ja elinympäristön kemia, Otava (2009) MAOL-taulukot, Otava

Kemialliset sidokset lukion kemian opetuksessa

Tehtävä 1. Valitse seuraavista vaihtoehdoista oikea ja merkitse kirjain alla olevaan taulukkoon

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET

Puhdasaine Seos Aineen olomuodot

CHEM-A1250 KEMIAN PERUSTEET kevät 2016

KE2 Kemian mikromaailma

Taulukko Käyttötarkoitus Huomioita, miksi? Kreikkalaisten numeeriset etuliitteet

Fysiikan ja kemian pedagogiset perusteet Kari Sormunen Syksy 2014

Massaspektrometria. magneetti negat. varautuneet kiihdytys ja kohdistus

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

Lukiolaisten käsityksiä aineen rakenteesta

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist

Transkriptio:

Johdantoa/Kertausta MATERIAALIT JA TEKNOLOGIA, KE4 Mitä on kemia? Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi? Kaikissa kemiallisissa reaktioissa tapahtuu energian muutoksia, jotka liittyvät vanhojen sidosten katkeamiseen ja uusien sidosten muodostumiseen. kovalettinen sidos = elektronipari, ionisidos, elektronegatiivisuusarvot jne. Tällä kurssilla tarkastellaan erityisesti metalleja ja mitä elektronien siirtyminen/liikkuminen metalleissa saa aikaan. Samalla luodaan yhteys sähköfysiikkaan. Tällä kurssilla tarkastellaan myös materiaaleja sekä teknologiaa. Määritelmä, hapettuminen/pelk.: Hapettuminen on elektronien luovuttamista ja pelkistyminen on elektronien vastaanottamista. Hapettuminen ja pelkistyminen tapahtuvat aina yhdessä eli samanaikaisesti. Jos aine A hapettuu, niin aine B pelkistyy. Määritelmä: Elektronegatiivisuus kuvaa sidoksen/sidosten muodostumiseen osallistuvan atomin kykyä vetää sidoselektroneja puoleensa. Mitä suurempi on alkuaineen elektronegatiivisuusarvo sitä voimakkaammin se vetää sidoselektroneja puoleensa. Fluori F on elektronegatiivisin alkuaine, merkitään χ F = 4.0 [khii]. Elektronegat.arvot ovat taulukoituja MAOL. 1

HYVÄ KAAVIO! 2

SIDOKSET Palautetaan mieleen millaisia sidoksia kemia tuntee ja miten ne luokitellaan: Vahvat sidokset ovat rakenneosasten sisäisiä sidoksia. Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia. Nyt tällä kurssilla mielenkiinto on pääosin metallisidoksissa ja metallihilassa. 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 siis sitoo metalli-ionit tiiviiksi rakenteeksi, jota kustustaan metallihilaksi. 3

metallit puolimetallit epämetallit 11 järjestysluku nimi natrium Na 22,99 kemiallinen merkki atomimassa=moolimassa (lukuarvo) Harvinaiset maametallit Radioaktiiviset alkuaineet l a n t a n o i d i t a k t i n o i d i t Monet alkuaineiden ominaisuuksista muuttuvat säännöllisesti siirryttäessä vasemmalta oikealle tai ylhäältä alas. Esimerkiksi metallisuus. 4

Useimmat metallit ovat harmaita (hopeanhohtoisia), kullalla ja kuparilla oma värinsä. Metalleilla on korkeat sulamispisteet (metallisidos), vain cesiumilla ja galliumilla on alhaiset sulamispisteet (28 ) ja (30 ). Poikkeuksen tekee elohopea ( 39 ). Kaikkia kiinteitä metalleja voi takoa ja venyttää ja ne johtavat hyvin sähköä (elektroni) sekä lämpöä. Cu Ga Cs Au Hg Miksi elohopea on nestettä, sulamispiste ( 39 )? Elohopealla on d-lohkon metallina poikkeuksellisen alhainen sulamislämpötila. Täydellinen selitys tälle pureutuu syvälle kvanttifysiikan valtakuntaan ( deep into the realm of quantum physics ), mutta selitys voitaneen tiivistää seuraavasti: Elohopealla on ainutlaatuinen elektronikonfiguraatio eli järjestys (=kokoonpano), jossa elektronit täyttävät kaikki käytettävissään olevat elektronikuoret: 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 4s 2, 3d 10, 4p 6, 5s 2, 4d 10, 5p 6, 6s 2, 4f 14, 5d 10 Tämä kokoonpano vastustaa voimakkaasti elektronin poistamista, niin kuin jalokaasut elohopea käyttäytyy hyvin samankaltaisesti kuin jalokaasut. Näin ollen elohopea muodostaa heikkoja sidoksia (dispersiovoimia) ja siksi sillä on alhainen sulamispiste. 6s-kuoren pysyvyys johtuu täysin täytetyn 4f-kuoren läsnäolosta. F-kuori ei juurikaan peitä ytimen varausta (eli sähköistä vetovoimaa), jonka 6s-kuoren elektronit kokevat. 5

Vety voi syttyä. Metalleille on tyypillistä pyrkimys luovuttaa elektroneja kemiallisessa reaktioissa. Kun alkalimetallit reagoivat veden kanssa, muodostuu emäksinen eli alkaalinen liuos. Siksi nimi alkaali- ja maa-alkaalimetallit. Alkalimetalleilla on vain yksi ulkoelektroni, jonka ne helposti luovuttavat esim. halogeeneille. ESIMERKKEJÄ METALLEISTA 6

Huomaatko molekyylien samankaltaisuuden? MATERIAALIT JA TEKNOLOGIA Materiaalien valmistus ja ominaisuuksien muuntelu haluttua käyttötarkoitusta varten on mahdollista vasta sitten, kun tiedetään, 1) kuinka aineet rakentuvat kemiallisilla sidoksilla ja 2) millainen yhteys aineen rakenteella on sen ominaisuuksiin. Materiaaleja luokitellaankin koostumuksen, ominaisuuksien ja käyttötarkoituksen perusteella. Viimeisen sadan vuoden aikana on kehitelty mm. keraameja, komposiitteja, nestekiteitä, biohajoavia tai sähköä johtavia muoveja sekä nanoteknologian tuottamia tuotteita kuidut, kalvot, pinnoitteet jne. 7

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. https://huomisendesign.wordpress.com/2009/09/23/grafiini-maailman-ohuin-materiaali/ Grafeenia on erittäin haastavaa valmistaa isommissa kokonaisuuksissa. Nämä yhden atomin paksuiset hiiliatomikalvot ovat yksi lupaavimmista materiaaleista uudenlaiselle taipuisan ja läpinäkyvän elektroniikan eri sovelluksille. Uusien materiaalien kehittäminen tai jo käytössä olevienmateriaalien ominaisuuksien parantaminen vaatii yhteistyötä eri ammattiryhmien ja osaajien kesken. Nanoteknologialla tarkoitetaan atomien, molekyylien ja kooltaan 100 nanometriä (eli 1 10 9 m) pienempien rakenteiden tutkimusta ja hyödyntämistä. Käytännössä tällainen rakenne sisältää noin 1000 atomia. Materiaaleihin liittyy paljon erilaisia vaiheita: raaka-aineiden hankintavaihe, valmistusvaihe, käyttövaihe ja kierrätys/uusiokäyttövaihe, loppusijoitusvaihe. Tänäpäivänä pyritään kestävään kehitykseen ja mahdollisimman suureen kierrätysasteeseen. Puhutaan tuotteen elinkaaresta. Tuotteen elinkaareen liittyy myös ympäristövaikutukset. Tällöin arvioidaan tuotteelle ekotase, joka erittelee tuotantoon tarvittavat raaka-aineet ja energiamäärän sekä tuotannossa syntyvät loppu- ja sivutuotteet, jätteet ja päästöt. Voidaan ympäristökuormitusta arvioida ja vähentää. 8

Tuotteen elinkaari koostuu useasta osatekijästä. Uudelleenkäyttö ja kierrätys ovat ominaisuuksia, joiden tulisi kiinnostaa meitä kuluttajia yhä enemmän. Auton materiaalit osataan nykyisin kierrättää ja ottaa uusiokäyttöön tehokkaasti. 9