KE5 Metallien kemiaa

1. Malmista metalliksi Yleensä metallit esiintyvät erilaisissa yhdisteissä eli mineraaleissa Esim. Hematiitti (Fe2O3) ja kuparihohde (Cu2S) Jalot metallit voivat esiintyä myös puhtaana luonnossa Malmi on kiviainesta, jossa on jotakin hyödyllistä mineraalia niin paljon, että on taloudellisesti kannattavaa erottaa se Jalostuksessa hyödyllinen metalli erotetaan muista mineraalin sisältämistä alkuaineista

1. Malmista metalliksi Raudan jalostus Rautamalmi louhitaan kaivoksissa tai avolouhoksissa Se jauhetaan ja siitä poistetaan arvoton aines eli se rikastetaan Rikastetusta rautaoksidista erotetaan rauta kuilu-uunissa eli masuunissa hiilimonoksidin avulla Kalkkikiven avulla poistetaan jäljelle jäänyt sivukivi ja saadaan sulaa raakarautaa Lopuksi raakaraudasta poistetaan hapen avulla riittävästi hiiltä, että saadaan taottavaksi kelpaavaa rautaa

1. Malmista metalliksi Teräs on rautaa, jossa on hiiltä enää alle 1,7% Metalliseokset ovat usein käyttökelpoisempia puhtaisiin metalleihin verrattuna Ruostumaton teräs = Rauta + Kromi Pronssi = Tina + Kupari Messinki = Kupari + Sinkki Juotostina = Lyijy + Tina

2. Metallien ominaisuudet Metalliatomeilla on yleensä 1 tai 2 ulkoelektronia, joten niillä on samankaltaisia ominaisuuksia Metalleilla on hyvä sähkönjohtavuus Metallirakenteessa on ns. vapaita elektroneja jotka kuljettavat sähkövarausta Metalleilla on hyvä lämmönjohtavuus ja korkea sulamispiste Metalleilla on yleensä hyvä muokkautuvuus Metallin rakenteessa ionikerrokset voivat liukua lähes esteettä toistensa suhteen

2. Metallien ominaisuudet Metallit eivät hajoa luonnossa Ag, Pb ja Cd ovat ympäristölle erittäin haitallisia! Kaikki metallit ovat suurina määrinä myrkyllisiä, mutta erittäin pieninä määrinä useimmat ovat kuitenkin hyödyllisiä ja välttämättömiä ihmiselle Esim. Fe, Mg ja Zn Jotkut metallit ovat erityisen hyödyllisiä teollisuudelle Esim. Ti, Fe ja Cu

3. Metallien reaktiokyky Metallien reaktiot ovat siis samankaltaisia, mutta reaktion kiivaus vaihtelee metallista riippuen Metalli on sitä kiivaampi reagoimaan, mitä helpommin se luovuttaa elektronejaan Metallien palamisreaktio Metalliatomit hapettuvat eli luovuttavat elektronejaan Happiatomit pelkistyvät eli vastaanottavat elektroneja

3. Metallien reaktiokyky Metallioksidin vesiliuokset ovat usein emäksisiä Metallien liukeneminen happoihin Metalliatomit hapettuvat Hapon vesiliuoksessa olevat oksoniumionit (H3O+) pelkistyvät ja hajoavat vedeksi ja vedyksi Metallit voidaan järjestää reaktiokykynsä perusteella…

4. Sähkökemiallinen jännitesarja …sähkökemialliseksi jännitesarjaksi Li-K-Ba-Ca-Na-Mg-Al-Zn-Cr-Fe-Co-Ni-Sn-Pb-(H)-Cu-Hg-Ag-Pt-Au Vedyn (H) oikealla puolella ovat jalot metallit Ne eivät reagoi happojen kanssa vetyä vapauttaen Vedyn vasemmalla puolella ovat epäjalot metallit Ne reagoivat happojen kanssa vetyä vapauttaen Mitä kauempana vasemmalla metalli on, sitä helpommin se luovuttaa elektroneja ja sitä epäjalompi se on

4. Sähkökemiallinen jännitesarja Epäjalompi metalli pystyy pelkistämään liuoksessa olevia jalomman metallin ioneja Esim. jos rautajauhetta (Fe) laittaa koeputkeen, joka sisältää kuparisulfaattiliuosta (CuSO4), rautajauheen pinnalle alkaa pelkistyä kuparia (Cu) Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu Reaktio on nimeltään hapettumis-pelkistymisreaktio

5. Sähkökemiaa Metallien erisuurta kykyä luovuttaa elektronejaan käytetään hyväksi sähkövirran synnyttämisessä Yksinkertainen sähkökemiallinen pari saadaan, kun kaksi erilaista metallisauvaa laitetaan ioneja sisältävään liuokseen ja yhdistetään toisiinsa johtimella. Ioneja sisältävä liuos on nimeltään elektrolyyttiliuos

5. Sähkökemiaa Sähkökemiallisessa parissa, metallien välillä on ns. sähköisen tilan ero eli jännite Mitä kauempana metallit ovat toisistaan sähkökemiallisessa jännitesarjassa, sitä suurempi jännite niiden välillä on Sähkökemiallisessa parissa hapettumis-pelkistymisreaktion kemiallinen energia voidaan muuntaa syntyvän sähkövirran avulla esim. valoksi ja lämmöksi

5. Sähkökemiaa Korroosiossa epäjalo metalli syöpyy ilmassa olevan hapen ja kosteuden vaikutuksesta Jalot metallit eivät syövy kosteissakaan olosuhteissa Huom! Kuparin patinoituminen ja alumiinioksidin synty… Sähkökemiallisessa korroosiossa kaksi eri metallia muodostaa sähkökemiallisen parin, jolloin epäjalompi metalli syöpyy

5. Sähkökemiaa Korroosiolta voidaan suojautua eri tavoin Suojataan metallin pinta kosteudelta Maalaaminen Päällystäminen muovilla, kumilla tai toisella metallilla Vettä hylkivällä öljyllä Muilla korroosionestoaineilla Käytetään ns. uhrimetallia Käytetty uhrimetalli (esim. sinkki tai magnesium) syöpyy ensin ja suojaa siten arvokkaampaa metallia

6. Elektrolyysi Elektrolyysi on ilmiö, jossa tasavirta saa aikaan hapettumis-pelkistymisreaktion elektrolyyttiliuoksessa (työkirja s. 59) Negatiiviset ionit luovuttavat (hapettuvat) positiivisella sauvalla ylimääräiset elektroninsa ja muuttuvat atomeiksi Positiiviset ionit saavat (pelkistyvät) negatiivisella sauvalla puuttuvat elektroninsa ja muuttuvat atomeiksi Elektrolyysillä on suuri käytännön merkitys metallien valmistuksessa ja korroosiolta suojaamisessa Puhdistaminen ja päällystäminen elektrolyysin avulla.

KE5 Metallien kemiaa