1.2 Puhtaat aineet Flashcards
(5 cards)
Selitä alkuaine, yhdiste ja puhdas aine lyhyesti.
Alkuaine on aine, joka koostuu atomeista joilla on sama määrä protoneita ytimissä. Alkuaineita on tunnistettu 118 kappaletta ja ne löytyvät jaksollisesta järjestelmästä.
Yhdiste on aine, jossa vähintään kaksi (tai useampi) alkuainetta on liittynyt toisiinsa kemiallisella sidoksella tietyssä kokonaissuhteessa.
Puhdas aine on aine, joka sisältää ainoastaan yhtä alkuainetta tai yhdistettä. Esimerkiksi vesi on puhdas aine, sillä se sisältää ainoastaan vesimolekyylejä.
Miksi puhtaiden kiteisten aineiden sulamis- ja kiehumispisteet ovat hyvin tarkkoja? Miksi amorfisilla aineilla ei ole?
Puhtaat aineet ovat aineita, jotka sisältävät ainoastaan yhtä alkuainetta tai yhdistettä. Puhtaat aineet voidaan jakaa kiteisiin aineisiin, sekä amorfisiin aineisiin.
Kiteisten aineiden kiinteän olomuodon hilarakenteessa aineen rakenneosat ovat pakkautuneet hyvin tiiviisti ja järjestelmällisesti lähelle toisiaan. Tällöin jokainen aineen rakenneosia yhdistävä kemiallinen sidos on yhtä vahva. Kiteisten aineiden sulamispistet ovat hyvin tarkkoja ja täsmällisiä, sillä aineiden sulamis- ja kiehumispisteet perustuvat nimenomaan lämpöenergian kykyyn katkaista näitä rakenneosien välille muodostuvia kemiallisia sidoksia. Kun jokainen sidoksista on yhtä vahva, ne katkeavat samaan aikaan lämmön vaikutuksesta.
Amorfiset aineet ovat myös puhtaita aineita, mutta niillä ei ole tarkkaa sulamispistettä, vaan ne pehmenevät lämmön (lämpöenergian) vaikutuksesta pikkuhiljaa. Tämä perustuu amorfisten aineiden epäsäännölliseen hilarakenteeseen, jossa rakenneosasten välille muodostuvien sidosten vahvuudet vaihtelevat.
Alkuaineita luonnon yhdisteistä ja seoksista.
Laboratiorio-olosuhteissa valmistetut alkuaineet.
Joitakin alkuaineita valmistetaan erilaisia käyttötarkoituksia varten luonnon yhdisteistä ja seoksista. Esimerkiksi ilmasta saadaan erotettua happea, typpeä ja argonia. Metalliteollisuuden pääpilaria rautaa saadaan puolestaan valmistettua maaperässä esiintyvistä rautamalmeista, kuten magnetiitista, hematiitista ja pyriitistä.
Osaa alkuaineista ollaan saatu valmistettua ainoastaan laboratorio-olosuhteissa. Näillä alkuaineilla ei ole käytännön merkitystä, ja niiden luokitukset ovat hyvin epäselviä, koska aineet ovat radioaktiivisia. Radioaktiivisuus tarkoittaa, että kyseisten alkuaineiden atomit hajoavat hyvin nopeasti radioaktiivisissa reaktioissa.
Alkuaineiden jaottelu. Yksiatomiset aineet ja alkuainemolekyylit.
Alkuaineet ollaan järjestelty jaksolliseen järjestelmään niiden ominaisuuksien prusteella. Niiden järjestys määräytyy alkuaineatomeiden ytimessä olevien protonien lukumäärän perusteella. Esimerkiksi kuudentena jaksollisessa järjestelmässä olevalla hiilellä protoneiden lukumäärä ytimessä on kuusi.
Alkuaineet jaotellaan jaksollisessa järjestelmässä metalleihin, epämetalleihin ja puolimetalleihin niiden ominaisuuksien perusteella. Metalleja on suhteessa kaikista eniten, niitä ollessa noin 95/118 alkuainetta. Metallit sijoittuvat jaksollisen järjestelmän vasemmalle puolelle. Oikealla puolella ovat puolestaan epämetallit, ja metalleja + epämetalleja toisistaan ovat erottamassa muutamat puolimetallit, joilla on molempien ryhmien piirteitä.
Alkuaineet voivat esiintyä luonnossa joko yksiatomisena aineena tai kaksiatomisina alkuainemolekyyleinä. Se, kumpaan ryhmään alkuaine lukeutuu, riippuu sen elektronirakenteesta. Yksiatomisia aineita ovat jalokaasut (ryhmän 18 alkuaineet), sillä ne eivät reagoi herkästi muiden aineiden kanssa niiden pysyvän elektronirakenteensa vuoksi. Niden kemiallisena kaavana käytetäänkin jaksollisesta järjestelmästä löytyvää kemiallista merkkiä.
Kaksiatomisia alkuainemolekyylejä ovat puolestaan ryhmän 17 alkuaineet, sekä happi, typpi ja vety. Alkuaineet esiintyvät luonnossa kaksiatomisina alkuainemolekyyleinä, sillä kaksi atomia jakavat osan ulkoelektroneistaan keskenään saavuttaakseen pysyvän elektronirakenteen oktetin. Esimerkiksi kaksi happiatomia sitoutuvat toisiinsa kemiallisella kovalenttisella sidoksella jakamalla kaksi ulkoelektroniaan sidoselektroneiksi. Kun sidoselektronit lasketaan vuorotellen kummankin atomin elekronirakenteeseen kuuluviksi, molemmat atomit ovat saavuttaneet oktetin. Näiden alkuaineiden kemiallisena kaavana käytetään K2, kun K=kemiallinen merkki.
Mitä allotropia tarkoittaa?
Joillakin alkuaineilla esiintyy luonnossa useita erilaisia rakenteita. Näissä eri rakenteissa samat alkuaineen atomit ovat sitoutuneet toisiinsa eri tavoin. Tätä ilmiötä kutsutaan allotropiaksi.
Esimerkiksi happea esiintyy ilmassa happena O2, mutta myös yläilmakehän otsonina O3. Näin otsoni ja happi, ovat hapen allotrooppisia muotoja.
Hiilen allotrooppisia muotoja ovat grafeeni, grafiitti, nanoputki, fullereeni ja timantti, joissa puolestaan alkuainehiilen atomit ovat sitoutuneet toisiinsa eri tavoin.
