Luento 10:Kertausta: Kemiallinen tasapaino + Kiinteän olomuodon kemia CHEM-A1250

Samankaltaiset tiedostot
Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

Chem-C2400 Luento 2: Kiderakenteet Ville Jokinen

Luku 2. Kemiallisen reaktion tasapaino

Materiaalifysiikan perusteet P Ratkaisut 1, Kevät 2017

CHEM-A1250 Luento

Tehtävä 1. Tasapainokonversion laskenta Χ r G-arvojen avulla Alkyloitaessa bentseeniä propeenilla syntyy kumeenia (isopropyylibentseeniä):

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta dia-valinta Insinöörivalinnan kemian koe MALLIRATKAISUT

Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

Erilaisia entalpian muutoksia

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

Alikuoret eli orbitaalit

kun hiilimonoksidia ja vettä oli 0,0200 M kumpaakin ja hiilidioksidia ja vetyä 0,0040 M kumpaakin?

EPÄORGAANINEN KEMIA HARJOITUKSIA. Jaksollinen järjestelmä

Kemiallinen reaktio

Esimerkiksi ammoniakin valmistus typestä ja vedystä on tyypillinen teollinen tasapainoreaktio.

Erilaisia entalpian muutoksia

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Seoksen pitoisuuslaskuja

TKK, TTY, LTY, OY, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe

Kemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

Lukion kemia 3, Reaktiot ja energia. Leena Piiroinen Luento

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

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

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

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

Kiinteiden materiaalien rakenne

Puhtaat aineet ja seokset

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin.

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

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

Chem-C2400 Luento 4: Kidevirheet Ville Jokinen

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

Ellinghamin diagrammit

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus:

Luku 3: Virheetön kide

Ionisidos ja ionihila:

Yhdisteiden nimeäminen

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen

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

Reaktiosarjat

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

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

Chem-C2400 Luento 3: Faasidiagrammit Ville Jokinen

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

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


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

Korkealämpötilakemia

Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan?

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Kiinteiden materiaalien rakenne

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

Kaikki ympärillämme oleva aine koostuu alkuaineista.

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

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

KOTITEKOINEN PALOSAMMUTIN (OSA II)

Reaktiolämpö KINEETTINEN ENERGIA POTENTIAALI- ENERGIA

ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

Helsingin yliopisto/tampereen yliopisto Henkilötunnus - Molekyylibiotieteet/Bioteknologia Etunimet valintakoe Tehtävä 3 Pisteet / 30

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

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

a) Puhdas aine ja seos b) Vahva happo Syövyttävä happo c) Emäs Emäksinen vesiliuos d) Amorfinen aine Kiteisen aineen

781611S KIINTEÄN OLOMUODON KEMIA (4 op)

L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

ATOMIN JA IONIN KOKO

KEMA KEMIALLINEN TASAPAINO ATKINS LUKU 7

Tärkeitä tasapainopisteitä

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3. Kaasut

Lasku- ja huolimattomuusvirheet - ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

Jaksollinen järjestelmä ja sidokset

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

Osio 1. Laskutehtävät

Keraamit ja komposiitit

c) Mitkä alkuaineet ovat tärkeitä ravinteita kasveille?

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

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

782630S Pintakemia I, 3 op

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

Bensiiniä voidaan pitää hiilivetynä C8H18, jonka tiheys (NTP) on 0,703 g/ml ja palamislämpö H = kj/mol

Atomi. Aineen perusyksikkö

E p1 = 1 e 2. e 2. E p2 = 1. Vuorovaikutusenergian kolme ensimmäistä termiä on siis

Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä.

2. Reaktioyhtälö 3) CH 3 CH 2 COCH 3 + O 2 CO 2 + H 2 O

Reaktioyhtälö. Sähköisen oppimisen edelläkävijä Empiirinen kaava, molekyylikaava, rakennekaava, viivakaava

Biomolekyylit ja biomeerit

Tehtävä 1. Avaruussukkulan kiihdytysvaiheen kiinteänä polttoaineena käytetään ammonium- perkloraatin ja alumiinin seosta.

KRISTALLOGRAFIASSA TARVITTAVAA MATEMA- TIIKKAA

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle

Transkriptio:

Luento 10:Kertausta: Kemiallinen tasapaino + Kiinteän olomuodon kemia 9.2.2017 CHEM-A1250

Tasapaino ja tasapainovakio Kaksisuuntainen reaktio a A+ b B p P + r R Eteenpäin menevän reaktion nopeus: rr 1 = kk 1 [AA] aa [BB] bb Käänteisen reaktion nopeus: rr 2 = kk 2 [PP] pp [RR] rr Tasapainossa r1 = r2 kk 1 = KK = [PP]pp [RR] rr kk 2 [AA] aa [BB] bb [x] = tasapainopitoisuus 2

Tasapainovakiot K c ja K p Konsentraatioille (mol/l): KK cc = [PP]pp [RR] rr [AA] aa [BB] bb Kaasuille (Pa): KK pp = [pp PP] pp [pp RR ] rr [pp AA ] aa [pp BB ] bb Kaasujen pitoisuus ilmaistaan osapaineen avulla 3

Kaasut, kaasuseokset Jos seoksessa on useampaa komponenttia i, kukin i osallistuu kokonaispaineen muodostumiseen oman ainemääränsä suhteessa Σp i (i = 1,2,..) = P tot Kokonaispaine on osapaineiden summa! (Daltonin osapainelaki) Osapaine voidaan laskea, jos tunnetaan kompentin moolisosuus x i seoksessa 4

Tasapainovakioiden K p ja K c välinen yhteys pppp = nnnnnn pppp = nn ii VV RRRR pppp = ii RRRR KK pp = [PPPP]pp [PPPP] rr [PPPP] aa [PPPP] bb = ( PP RRRR)pp ( RR RRRR) rr PP RR ( AA RRRR) aa = ( BB RRRR) bb AA BB (RRRR) pp+rr (aa+bb) KK pp = KK cc (RRRR) nn ja/tai RRRR = VVVV tttttt nn tttttt ; ii = nn ii VV KK pp = nn PP nnnn nn AA nnnn PP nn tttttt nn 5

Välitehtävä Reaktio tapahtuu lämpötilassa T yhden litran astiassa. Alussa astiaan lisättiin 5 mol lähtöainetta A ja annettiin asettua tasapainotilaan. 2A(l) P(l) + 4R(l) At. 5 0 0 (mol) Tp. (mol) Mitkä ovat tasapainotilan moolimäärät: presemo.aalto.fi/chem 6

Ratkaisu 2A(l) P(l) + 4R(l) At. 5 0 0 (mol) Tp. 5-2x x 4x (mol) Tietämällä tasapainovakion arvo ko. lämpötilassa voidaan x ratkaista. Kirjoitetaan reaktion tasapainolauseke ja sijoitetaan konsentraatiot (tilavuus tulee tietää, mooleilla ei voi laskea) 7

Esimerkki: stoikiometrian huomiointi Reaktion: 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) tasapainovakio on hyvin pieni 25 o C:ssa. Tässä lämpötilassa astia täytettiin tietyllä määrällä NH 3 :a, ja lämpötila nostettiin nopeasti 300 o C:een, jolloin NH 3 :n osapaineeksi laskettiin 543,6 kpa. Tasapainon asetuttua kokonaispaine astiassa oli 949,4 kpa. Laske reaktion tasapainovakion Kp arvo tässä lämpötilassa. Huomioi stoikiometria reaktiossa Astian kokonaispaine = 949 kpa. Kokonaispaine on osapaineiden summa! 543,6-2x + x + 3x = 949 kpa => x = 202,9 kpa Muista stoikiometriset kertoimet K p :n lausekkeessa 8

Muutokset tasapainotilaan

Tasapainoaseman siirto: Le Chatelier n periaate Tasapainoasemaa voidaan muuttaa tuotteita tai lähtöaineita kohti muuttamalla ulkoisia olosuhteita Mikäli tasapainossa olevan systeemin olosuhteita ulkoisesti muutetaan, tasapainoasema siirtyy suuntaan, joka pyrkii kumoamaan muutoksen (Le Chatelier n periaate) Muutosmahdollisuuksia: reagoivien aineiden määrä (pitoisuus) lämpötila paine 10

Pitoisuuden (eli konsentraation) muutos a A + b B p P + r R KK cc = [PP]pp [RR] rr [AA] aa [BB] bb Poistetaan komponenttia P, tasapaino siirtyy tuotteiden puolelle => systeemi pyrkii eliminoimaan muutoksen tuottamalla lisää poistettua komponenttia P Vastaavasti : - R tuotteiden puolelle + P, + R lähtöaineiden puolelle (systeemi pyrkii kuluttamaan lisätyn P:n tai R:n) + A, +B tuotteiden puolelle (systeemi pyrkii kuluttamaan lisätyn A:n tai B:n) - A, - B lähtöaineiden puolelle (systeemi pyrkii tuottamaan poistettua A:ta tai B:tä) 11

Paineen muutos (kaasufaasi) P 0 PPPP = nnnnnn nn VV RRRR = PP Konsentraatio P > P 0 Mitä suurempi paine, sen pienempi tilavuus ja vice versa Jos systeemin painetta korotetaan, V pienenee => komponenttien konsentraatio kasvaa Vaikutus riippuu reaktiosta/tasapainovakion lausekkeesta Tilavuus on koko systeemille sama 12

Paineen vaikutus, matemaattinen perustelu Matemaattisin perustein: KK pp = pp PP pp pp RR rr pp AAaa pp BB bb a A (g) + b B (g) p P (g) + r R (g) Tasapainovakion arvo Kasvaa jos p + r > a + b (tuotteiden konsentraatio kasvaa, reaktio lähtöaineiden suuntaan, jotta muutos eliminoituu) Pienenee jos p + r < a + b (tuotteiden konsentraatio pienenee, reaktio tuotteiden suuntaan, jotta muutos eliminoituu) Mikä on (p + r) vs. (a + b)? => Kaasumolekyylien lukumäärän muutos reaktiossa 13

Paineen muutos -vaikutus Paine kasvaa KK pp = nn PP nnnn nn AA nnnn Tasapaino siirtyy siihen suuntaan, jossa vähemmän kaasumolekyylejä ( n pienenee, eliminoi P:n kasvua) Paine laskee Tasapaino siirtyy siihen suuntaan, jossa enemmän kaasumolekyylejä ( n kasvaa, kompensoi P:n laskua) Jos n = 0, paineen muutos ei aiheuta tasapainotilaan muutosta PP nn tttttt nn Konsentraation ja paineen muutos muuttavat tasapainoasemaa, mutta eivät tasapainovakion arvoa 14

Lämpötilan vaikutus Lämpötilan vaikutus tasapainoon poikkeaa edellisistä, koska tasapainovakion arvo riippuu lämpötilasta Le Chatelierin periaatetta voi käyttää ennustamaan muutoksen suuntaa => Tarvitaan tieto reaktion entalpiamuutoksesta Lämmön nousu suosii endotermistä ( H > 0) reaktiosuuntaa. Lämmön nousu pyritään eliminoimaan pienentämällä sen muodostumista itse reaktiossa Jos lämpöä lasketaan, eksoterminen suunta ( H < 0) vähentää ulkoista vaikutusta 15

Esim: Lämpötilan vaikutus N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) H < 0; suunta r 1 Jos tasapainossa olevaa seosta kuumennetaan, reaktio alkaa tapahtua suuntaan, joka kuluttaa lisätyn lämmön ts. endotermiseen suuntaan l. lähtöaineiden puolelle (2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) H > 0; suunta r 2 ) => NH 3 :n konsentraatio pienenee ja N 2 :n ja H 2 :n konsentraatiot kasvavat tasapainovakion K arvo pienenee, koska K = r 1 /r 2 16

Heterogeeninen tasapaino

Heterogeeninen tasapaino Reaktioon osallistuvat komponentit (lähtöaineet ja tuotteet) eivät ole nsamassa faasissa Puhtaat kiinteät aineet ja nesteet eivät vaikuta heterogeeniseen tasapainoasemaan puhtaiden kiinteiden aineiden ja nesteiden konsentraatiot eivät muutu Kp riippuu vain kaasumaisten yhdisteiden osapaineista 18

Esim. H 2 O(l) 2 H 2 (g) + O 2 (g) KK cc = HH 22 22 OO 22 KK pp = pppp 22 22 pppp 22 [H 2 O] ja p(h 2 O(l)) = 1 Mutta: H 2 O(g) 2 H 2 (g) + O 2 (g) KK pp = pppp 22 22 pppp22 pppp 22 OO 19

Lisää esimerkkejä Raudan reaktio vesihöyryn kanssa (vedyn valmistus) 3 Fe (s) + 4 H 2 O (g) Fe 3 O 4 (s) + 4 H 2 (g) KKKK = pp HH 22 44 pp HH 22 OO 44 Huomaa tasapainovakion yksikön riippuvuus reaktioyhtälöstä! => Tässä dimensioton Kalsiumkarbonaatin hajoaminen hiilidioksidiksi ja kalsiumoksidiksi CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) KKKK = pp CCCC 22 => Tässä kpa 20

Kiinteän olomuodon kemia CHEM-A1250 9.2.2017

22

Kiinteä olomuoto Kiteinen aine tai amorfinen (esim. lasi) Kiteisessä aineessa rakenneyksiköt (atomit, molekyylit, ionit) järjestäytyneet säännönmukaisesti Rakenteen jatkuvuutta kuvaa kidehila Amorfisella aineella ei ole säännöllistä, jatkuvaa järjestystä (kaukojärjestäytyminen puuttuu) eikä sillä ole kidehilaa 23

Hilatyypit Kiteiden rakenteet ja ominaisuudet määräytyvät niiden voimien perusteella, jotka pitävät partikkeleja yhdessä Hilat voidaan jakaa neljään tyyppiin: Ioni-, atomi- (=kovalentti-), molekyyli- ja metallihila 24

Ionihilat Muodostuvat varatuista ioneista Anionit ja kationit yleensä eri suuria kooltaan (esim. NaCl, MgO) + - Na + + Cl - => NaCl Na Cl Na Cl Ionit järjestäytyvät kolmiulotteiseksi kidehilaksi (kaikki ionisidokselliset yhdisteet ovat kiinteitä ja kiteisiä) Poikkeus: Siirtymäalkuaineet Esim. sinkki muodostaa stabiilin ionin Zn 2+, jonka elektronikonfiguraatio on 3s 2 3p 6 3d 10 (elektronirakenteen vuoksi ulkokuorella 18 elektronia 8:n sijaan) 25

NaCl:n ionihila Hilaenergia Kiinteän ioniyhdisteen stabiilisuus riippuu kaikkien ionien vuorovaikutuksesta Stabiilisuuden mitta on hilaenergia 26

Hilaenergia U Hilaenergia on energia, joka vapautuu, kun yksi mooli kidettä valmistetaan niin, että äärettömän etäällä toisistaan olevat kaasumaiset osaset tuodaan hilaan omille paikoilleen M + (g) + X - (g) MX(s) H Mitä suurempi negatiivinen arvo hilaenergialla on, sitä stabiilimpi rakenne Esim. H (kj/mol) NaF -923 NaCl -788 NaBr -736 MgO -3925 27

Kovalenttiset hilat Atomit liittyneet toisiinsa kovalenttisin sidoksin muodostaen laajan kolmidimensionaalisen verkon Atomit hilapisteissä (esim. C(timantti), SiO 2 ) Huomaa: molemmilla neljä valenssieletronia Nelossidos ei ole energeettisesti mahdollinen => C 2 ei esiinny, sen sijaan alkuainehiili muodostaa kovalenttisen kiinteän hilan (esim. timantti), jossa hiili on 4-koordinoitunut! 28

Molekyyli- ja metallihilat Molekyylihilat Molekyylit hilapisteissä (ei atomi/ioni) Vetovoimat molekyylien välillä heikkoja van der Waalsin voimia tai vetysidoksia (esim. H 2 O (jää), I 2 ) Metallihilat Metalli-ionit hilapisteissä Elektronit liikkuvat hilassa vapaasti Jään hilarakenne 29

Alkeiskoppi (unit cell) Kiteen pienin toistuva rakenneyksikkö, jota toistamalla voidaan kuvata äärettömiin jatkuva kide Koko ja muoto kuvataan hilaparametreilla (akselien pituudet) ja akselien välisillä kulmilla karteesisessa koordinaatistossa 30

NaCl:n ionihila Hilaparametri: Kuvaa alkeiskopin dimensiot a a = esim. 5 Å (0,5 nm) 31

Hilan rakenne, hilarakenne Atomien ja/tai ionien omaksumaan hilarakenteeseen vaikuttaa niiden koot (ioni/atomisäde) Todellisuudessa anionit ovat suuria, kationit pieniä Toiset kationit toki toisia suurempia! Paulingin säännön mukaan rakenneosaset asettuvat niin lähelle toisiaan kuin mahdollista ja pyrkivät tiiveimpään mahdolliseen pakkautumistilaan 32

Koordinaatioluku CN määrittelee kunkin atomin lähiympäristön Kutakin Na + -ionia ympäröi kuusi Cl - -ionia natriumionien koordinaatioluku on 6 Kutakin Cl - -ionia ympäröi kuusi Na + -ionia kloridi-ionien koordinaatioluku on 6 Yleisesti: ionien suhteelliset koot määräävät kuinka monta vastakkaismerkkistä lähinaapuria on mahdollista ottaa Jos ionien varaus eroaa toisistaan, myös koordinaatioluku eroaa 33

Koordinaatioluvun määrittämiseen auttaa kun hahmottelee viereen seuraavia alkeiskoppeja Na + - ja Cl - -ioneilla on oktaedrinen koordinaatioympäristö 34

Pakkautuminen vs. atomisäde: ilmentymä Cs + -ioni on huomattavan suuri => asettuu keskelle (ei mahdu rinnalle) 35

Pakkautuminen -perusmuodot Nimet tulevat vastaan useinmiten metallihiloista puhuttaessa Primitiivinen (sc) Pintakeskinen (fcc) Tilakeskinen (bcc) 36

Alkeiskoppi Atomit tai ionit voivat sijaita alkeiskopin sisällä, tahkoilla, särmillä tai kulmissa Alkeiskopissa olevien atomien ja ionien lukumäärät vastaavat aineen kemiallista koostumusta Tyypillinen alkeiskoppi sisältää yleensä 1 8 atomia, ionia tai molekyyliä - Tahkoilla sijaitsevat atomit tai ionit kuuluvat aina kahteen, särmillä sijaitsevat neljään ja kulmilla sijaitsevat kahdeksaan vierekkäiseen alkeiskoppiin 37

Tehtävä Erään yhdisteen kiderakenne on kuvan mukainen. Mn O Mangaani Mn on kopin kulmissa Kopin keskellä on lantaani La Happiatomit O ovat kopin särmillä Mikä on yhdisteen stoikiometria? (eli atomien määrä yksikkökopissa) La La keskellä: 1 x 1 kpl Mn kulmissa: 8 x (1/8) = 1 kpl O särmillä: 12 x ¼ = 3 kpl => LaMnO 3 38

Seitsemän mahdollista alkeiskopin muotoa 39

Aina ei kolmeulotteinen rakenne 3D: Tyypilliset 2D: grafiitti (ab-taso mutta ei korkeutta c) 1D: esim. kuitu (mm. asbesti) 2D: grafiittilevy c-suunnassa yksi atomi: ei korkeutta 40

Kiteiset aineet ja yhdisteet Jokaisella kiteisellä aineella on uniikki kiderakenne (kidejärjestelmä eli pakkautumistyyppi yms. voi olla sama Atomien tarkka sijainti toisiinsa nähden (niiden välinen etäisyys ja projektion kulma) on kullekin aineelle ja yhdisteelle erilainen Tunnistettavissa! 41

Kiinteän olomuodon reaktiot - näkökulma Kiinteän olomuodon reaktiot/synteesi 1. Nestemäisten molekyylien reaktion tuotteena kiinteä/kiteinen aine 2. Kiinteän olomuodon yhdisteet reagoivat keskenään uudeksi kiinteäksi yhdisteeksi - Esim. 2Fe 2 O 3 + Mn 2 O 3 -> 2Fe 2 MnO 4 + 0,5 O 2 Kiinteän faasin väliset reaktiot tarvitsevat ennen kaikkea energiaa (hila täytyy rikkoa). Synteesit tyypillisesti 800-1400 C valitussa kaasukehässä 42

Kiteisen aineen tutkiminen Röntgenkuva Diffraktio Hilatasojen etäisyydet = atomien paikat (laskentaa..) ~ 4 Å = 0.4 nm 10 000 nm (200) (004) 43

Mitä hyötyä kiderakenteesta Kiderakenne eli atomien periodinen järjestäytyminen selittää useimmiten materiaalin ominaisuudet (kovuus, sähkönjohtavuus, magnetismi jne.) 44

Mitä hyötyä kiderakenteesta 1. Tuntemattoman näytteen tunnistaminen 2. Tuntemattoman näytteen pitoisuus jopa seoksista Tehdään röntgenmenetelmillä, näytettä ei tarvitse tuhota 3. Uusien materiaalien/yhdisteiden suunnittelu, ominaisuuksien suunnittelu Perustuu koordinaatiopiirien tuntemiseen Ominaisuuksien suunnittelu pohjautuu ulkokuorien elektronirakenteiden tuntemiseen 45

46