METALLIT

K epämetalli, P puolimetalli, V metalli Katso s. 23

Mitkä ovat metallien tyypillisimmät ominaisuudet?

Maa- ja alkaalimetallit

Mitkä ovat metallien tyypillisimmät ominaisuudet? http://www.youtube.com/watch?v=6ZY6d6jrq-0 Metallisidos http://opetus.tv/ylakoulu/kemia/kemiallinen-sidos/metallisidos/

Metalli, pääpiirteitä: Sähkön- ja lämmönjohtavuus Muokattavuus (taottavuus) Metallikiilto Valon läpäisemättömyys Tiheitä ja korkea sulamispiste Kiinteitä huoneenlämmössä, paitsi elohopea 1-3 uloimman kuoren elektronia Positiivisia hapetuslukuja ”Pieni” elektronegatiivisuus ”Pieni” ionisoitumisenergia Ionisoitumisenergia: atomin elektronin irottamiseen tarvittava energia

Pääryhmien metalleista: Sivuryhmien metalleista: ovat helposti reagoivia maaperässä näiden metallien yhdisteitä esiintyy erilaisina mineraaleina (oksideina, sulfideina, karbonaatteina, sulfaatteina) Tärkeitä mm. Na, K, Al Sivuryhmien metalleista: d- ja f-lohkon metalleja Värilliset yhdisteet Monilla useita hapetuslukuja Voivat toimia katalyytteinä Kompleksiyhdisteiden muodostuminen Esim. Fe, Cu jne. Pääryhmien metallit reagoivat helposti, niitä ei esiinny luonnossa vapaina yhdisteinä vaan mineraaleina Siirtymäalakuaineet, kemialliseen reaktioon osallistuvia elektroneja myös d- ja f-orbitaaleilla (vajaasti miehitetty d-orbitaali)

http://opetus.tv/kemia/ke3/kompleksinmuodostusreaktio/(kompleksinmuodostus 3 min)

Metalleja valmistetaan malmeista s. 17 Mitkä metallit voivat esiintyä vapaina alkuaineina? Mikä on mineraali? Mikä on malmi? Mitä tarkoittava käsitteet: rikastaminen ja pasutus? Mitä alkuaineita tai yhdisteitä käytetään metallien pelkistämisessä? Mitä metalleja valmistetaan vain elektrolyyttisesti? Miksi? Miten raakametalli voidaan puhdistaa? Mikä merkitys kalkkikivellä on raudan valmistuksessa? Tehdään tehtävät 2. ja 7. + rekatioyhtälön tasapainotus hapetusluku menetelmällä, kotiin muita tehtäviä esim. jaksol. järj. liittyviä, näytä loppuun kromimalmista teräkseen video, jaa kertaustehätävät !

Kromimalmista ruostumattomaan teräkseen https://www.youtube.com/watch?v=CcYeWgRdQF8

Metallien valmistuksesta Malmin louhinta Malmin rikastus Pelkistys ja puhdistus PASUTUS metallisulfidi-> oksidi kuumentamalla ilmavirrassa/hapessa Eri menetelmiä: - VAAHDOTUS - SEDIMENTOINTI - MAGNEETTINEN s. 12

Useita tärkeitä sivuryhmien metalleja, kuten kupari ja rauta, valmistetaan erilaisista malmeista. Malmi on sellaista kiviainesta, jonka louhinta on taloudellisesti kannattavaa. Metallien valmistuksessa malmista voidaan erottaa kolme perusvaihetta: esikäsittely, pelkistys ja puhdistus. Esikäsittelyssä louhinnan jälkeen malmi rikastetaan eli siinä metallipitoinen mineraali ja arvoton kivi erotetaan toisistaan. Rikastusmenetelmiä on useita riippuen malmista. Vaahdotus on yksi rikastusmenetelmä. Pasutus tarkoittaa rikasteessa olevan metalliyhdisteen muuttamista oksidiksi. Pelkistyksellä erotetaan yhdisteistä olevat metallit alkuaineiksi. Koska vain jaloimmat metallit voivat esiintyä luonnossa alkuaineina, niin yhdisteinä esiintyvät pelkistetään alkuaineiksi. Pelkistys tehdään elektrolyyttisesti tai pelkistävän aineen avulla. Hiili on eniten käytetty teollinen pelkistin. Puhdistusmenetelmiä on useita, kuten elektrolyyttinen puhdistaminen tai teollinen tislaaminen. Mm kupari puhdistetaan juuri elektrolyyttisesti.

Kupari kuparikiisu kuparin valmistuskaavio

Rauta

lyijyn valmistus

Alumiinia ja alkalimetalleja valmistetaan elektrolyyttisesti alumiinin valmistus

Alumiinin teollinen valmistus (s. 47) Luku 2 (19) Elektrolyysin käyttöä

Kloorin teollinen valmistus (s. 47) Luku 2 (18) Elektrolyysin käyttöä

Oksidit ja keraamit s. 54 Happi ilmakehässä O2(g) ”tavallinen happi” O3(g) otsoni Alkuaineiden happiyhdisteitä kutsutaan oksideiksi

Happi hapettaa muita alkuaineita pelkistyen itse hapetusluvulle (-II) Mikä alkuaine on happea parempi hapetin? Oksideissa hapen hapetusluku on -II, peroksideissa –I, fluorin kanssa +II Peroksidieissa on –O-O- rakenne (pysymätön rakenne, peroksidit ovat reaktioherkkiä) ESIM. H2O2

Metallioksidit yleensä ioniyhdisteitä Vesiliuokset usein emäksisiä metallioksidi + vesi → metallihydroksidi Na2O + H2O → 2 NaOH tuhkan emäksisyys sementin, betonin ym. emäksisyys ja hygroskooppisuus niukkaliukoinen metallioksidi liukenee happoon HUOM. Kaikki metallioksidit eivät ole emäksisiä s. 56

Epämetallioksideissa yleensä kovalenttiset sidokset Vesiliuokset happamia epämetallioksidi + vesi → happihappo N2O3 + H2O → 2 HNO2 happosateet rikkihapon ja typpihapon valmistus

metallioksidi + epämetallioksidi → vastaavan happihapon metallisuola CaO + CO2 → CaCO3 (kuumennettaessa tapahtuu vastakkaissuuntainen reaktio)

Metalli- ja epämetallioksidien reaktioita vedessä (s. 55) Luku 3 (1) Mangaanioksidi MnO(s) + H2O(l)  Mn(OH)2(aq) Dimangaaniheptaoksidi Mn2O7(s) + H2O(l)  2 HMnO4(aq) Hiilidioksidi CO2(g) + H2O(l)  H2CO3(aq) Rikkidioksidi SO2(g) + H2O(l)  H2SO3(aq) Rikkitrioksidi SO3(g) + H2O(l)  H2SO4(aq) Typpidioksidi 2 NO2(g) + H2O(l)  HNO2(aq) + HNO3(aq) Dityppipentaoksidi N2O5(g) + H2O(l)  2 HNO3(aq) Kemisti 4 OPETTAJAN OPAS © WSOY ja tekijät

Keraamit Valmistetaan polttamalla savipohjaisia aineita korkeassa lämpötilassa Kiteisä tai amorfisia Sisältää esm. - piitä, silikaatit - happea, oksidit - hiiltä, karbidit - typpeä, nitridit - alumiinia, alumiinaatit

Keraamit Savitavara, lasi, sementti- ja betonituotteet Kestää lämpöä, kulutusta, ovat kovia materiaaleja

marmori liitu

Lasi Millainen on lasin kemiallinen koostumus? Ks. s. 60

Ammoniakin ja typpihapon valmistus Ammoniakki: Typpiteollisuuden perusraaka-aine Valmistus Haber-Bosch –menetelmällä, lähtöaineina typpi ja vety http://www02.oph.fi/etalukio/opiskelumodulit/kemia/kemia4/typpihappo.html http://www02.oph.fi/etalukio/opiskelumodulit/kemia/kemia4/ammoniakki.html

Ammoniakin ja typpihapon valmistus Luku 3 (9) 1. Ammoniakin valmistus (400-500 oC) N2(g) + 2 H2(g) 2 NH3(g) ∆H < 0 2. Ammoniakin poltto typpimonoksidiksi (890 oC) 4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(g) ∆H < 0 3. Typpimonoksidin hapetus typpidioksidiksi (350 oC): 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) ∆H < 0 4. Typpidioksidin imeytys veteen typpihapoksi (50 oC): 3 NO2(g) + H2O(l) 2 HNO3(aq) + NO(g) ∆H < 0 5. Imeytyksessä syntyneen typpimonoksidin käsittely oksidit pelkistetään ammoniakilla typeksi ja vedeksi (270 oC) 6. Typpihapon väkevöinti tislaamalla (kiehumispiste 83 oC) Kemisti 4 OPETTAJAN OPAS © WSOY ja tekijät

Rikkihappo

Rikkihapon valmistus Luku 3 (10) 1. Rikkidioksidia voidaan valmistaa Polttamalla alkuainerikkiä S + O2 SO2 Pasuttamalla metallisulfideja, esim. pyriittiä: 2 FeS2 + 5½ O2 Fe2O3 + 4 SO2 Pelkistämällä sulfaatteja: 4 CaSO4 + 2 C 2 CaO + 4 SO2 + 2 CO2 Polttamalla rikkivetyä H2S +3 O2 2 SO2 + 2 H2O 2. Rikkidioksidin hapetus rikkitrioksidiksi SO2(g) + ½ O2 SO3(g) ∆H < 0 3. Rikkitrioksidin imeytys veteen rikkihapoksi SO3(g) + H2O(l) H2SO4(l) ∆H < 0   Kemisti 4 OPETTAJAN OPAS © WSOY ja tekijät

Esimerkkitehtäviä 49 (s. 61) Luku 3 (1) Täydennä taulukko. Metalli Hapetusluku Metallioksidi Oksidin vesiliuoksessa muodostuva yhdiste (kaava ja nimi) K I Al III Cr VI Fe II

Esimerkkitehtäviä 49, ratkaisu (s. 143) Luku 3 (2) Täydennä taulukko.

Esimerkkitehtäviä 50 (s. 62) Luku 3 (3) Mikä vaihtoehdoista on oikein? Miten voit perustella valintasi? a) Jaksollisessa järjestelmässä: 1) metallit ovat oikeassa laidassa, 2) jakson numero ilmoittaa uloimman energiatason elektronien lukumäärän, 3) pääryhmien alkuaineet ovat kaikki metalleja 4) ionisoitumisenergia pienenee ryhmässä ylhäältä alas. b) Maa-alkalimetalleilla ryhmässä alaspäin mentäessä 1) tiheys pienenee, 2) oksidin emäksisyys pienenee, 3) hapettumispyrkimys kasvaa,4) hapettamiskyky kasvaa. c) Yhdisteiden CrO3, Li2O, CO ja N2O5 vesiliuoksista happamin on 1) Li2O, 2) CrO3, 3) CO, 4) N2O5.

https://www.youtube.com/watch?v=6ZY6d6jrq-0

Metallien ominaisuudet: (kromimalmista ruostumattomaan teräkseen) http://oppiminen.yle.fi/abitreenit/kemia/metallit-materiaalit-ke4-0 (metallien ominaisuudet) http://opetus.tv/kemia/ke3/kompleksinmuodostusreaktio/(kompleksinmuodostus 3 min)