1. No category

KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Siirtymämetallit
Siirtymämetallit ovat niitä d­lohkon metalleja, joiden muodostamilla ioneilla on vajaa d­orbitaali.
Määritelmä vaihtelee kirjasta kirjaan!
Esimerkki: Neljännen jakson siirtymämetallit.
K
Ca
Sc Ti
V
Cr Mn Fe Co Ni
Cu Zn
Ga Ge ...
Nämä ovat 4. jakson siirtymämetallit.
Tässä on 4. jakson d­lohko.
1
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Esimerkkejä d­lohkon neljännen jakson aineiden ioneista
atomi
atomin
elektroni­
konfiguraatio
ioni
ionin elektroni­
konfiguraatio
Sc
[Ar] 4s2 3d1 Sc3+ [Ar]
Ti
[Ar] 4s2 3d2 Ti3+ [Ar] 3d1 Cu
[Ar] 4s1 3d10 Cu2+
[Ar] 3d9 Zn
[Ar] 4s2 3d10 Zn2+ [Ar] 3d10 Ei vajaata d­orbitaalia!
Täysi d­
alakuori!
2
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Siirtymämetallien tunnusomaisia ominaisuuksia
• Muodostavat värillisiä yhdisteitä.
• Toimivat katalyytteinä.
• Muodostavat kompleksiyhdisteitä.
3
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Miksi siirtymämetallien yhdisteet voivat olla värillisiä?
E
4s
3d
Siirtymämetalli­ioneilla on vajaita d­orbitaaleja, joten d­elektronit voivat energiaa saadessaan virittyä siirtyen toiselle d­orbitaalille tai jopa s­
orbitaalille.
Siirtymämetalleilla voi elektronien virittämiseen riittää näkyvän valon energia. Ioni absorboi tietyn aallonpituuden valosta, jolloin aineesta läpi menneet aallonpituudet määräävät aineen värin.
(Kyllä, siirtymämetallien tapauksessa 4s­orbitaalin voi todella olla korkeampienerginen kuin 3d­orbitaalit. Lisätietoa: http://www.chemguide.co.uk/atoms/properties/3d4sproblem.html ja
http://www.chemguide.co.uk/inorganic/complexions/colour.html.)
4
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Kuparisulfaatin Cu2+­ionit absorboivat sähkömagneettista säteilyä oranssin valon aallonpituudella (noin 600 nm). Kun valosta poistetaan oranssi komponentti, jäljelle jäävä valo näyttää siniseltä.
CuSO4 (aq)
näytteeseen tuleva valo
näytteestä poistuva valo
5
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Kolorimetria
Kolorimetri: laite, joka mittaa liuoksen läpi kulkevan valon intensiteettiä.
Absorbanssi A: suure, joka kuvaa liuoksen kykyä absorboida (sitoa itseensä) sähkömagneettista säteilyä (valoa).
Lambertin ja Beerin laki: Laimeissa liuoksissa valon absorbanssi on suoraan verrannollinen liuoksen konsentraatioon:
A = ε c l,
A = absorbanssi (yksikötön), ε = moolinen vaimennuskerroin (l/(mol cm)), c = liuoksen konsentraatio (mol/l), l = näytteen paksuus (cm).
6
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
absorbanssi
Kolorimetrin ja konsentraatioiltaan tunnettujen standardiliuosten avulla laaditaan standardikäyrä, jonka avulla voidaan päätellä näyteliuoksen tuntematon konsentraatio.
liuoksen konsentraatio (mol/l)
7
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Kuparin ja raudan valmistamisesta
Kotitehtävä: Selvitä, kuinka kuparia tai rautaa erotetaan malmista. Selvitä myös oleelliset reaktioyhtälöt. Näitä aiheita ei oppikirjassa juuri käsitellä. Eri metallit jaetaan eri opiskelijoille. Vihje: kuparilla liekkisulatusmenetelmä, raudalla masuuni. 8
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
Kuparin valmistaminen
September 08, 2015
Tästä ei kirja kerro.
• Tärkeimmät kuparia sisältävät mineraalit ovat kuparikiisu CuFeS2 ja kuparihohde Cu2S. Kuparia esiintyy luonnossa myös vapaana.
• Iso osa eri puolilla maailmaa tuotetusta kuparista valmistetaan Outokumpu oy:n Suomessa kehittämällä liekkisulatusmenetelmällä.
9
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Liekkisulatusmenetelmän vaiheet
Pasutus: Malmirikasteella ja kvartsihiekalla täytettyyn liekkisulatusuuniin puhalletaan happea.
2 CuFeS2 (s) + 4 O2 (g) Cu2S (l) + 2 FeO (s) + 3 SO2 (g),
ΔH < 0 kJ
Reaktiossa vapautuva lämpö hyödynnetään prosessissa, joten ulkoista energiaa ei juuri tarvita.
Pelkistäminen: Sulan reaktiomassan läpi puhalletaan ilmaa.
2 Cu2S (l) + 3 O2 (g) 2 Cu2O (l) + 2 SO2 (g),
2 Cu2O (l) + Cu2S (l) 6 Cu (s) + SO2 (g).
Saatu raakakupari puhdistetaan elektrolyyttisesti.
10
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Liekkusulatusmenetelmän kaavio
rikaste
ilma
kvartsi
kvartsi
kaasut
ilma
Cu2S
konvertteri
Cu
liekkisulatusuuni
kuona
kuona
11
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
Raudan valmistaminen
September 08, 2015
Tästä ei kirja kerro.
Tavallisimmat raudanvalmistuksen lähtöainemineraalit: hematiitti Fe2O3, magnetiitti Fe3O4, pyriitti FeS2.
12
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Rauta valmistetaan tornimaisessa masuunissa.
Kuvan lähde https://fi.wikipedia.org/wiki/Tiedosto:Alto_horno_antiguo_Sestao.jpg, tekijä Josu P, lisenssi CC BY 2.5.
13
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
September 08, 2015
Masuuniin syötetään päältä rautamalmia, koksia ja kalkkikiveä ja alhaalta puhalletaan kuumaa ilmaa.
Hiili palaa ja CO2 pelkistyy:
C (s) + O2 (g) CO2 (g), CO2 (g) + C (s) 2 CO (g).
Malmi pelkistyy:
Fe2O3 (s) + CO (g) Fe (l) + 3 CO2 (g).
Sula rauta valuu masuunin pohjalle.
Kalkkikivi ja malmin kiviaines muodostavat raudan päälle sulaa kuonaa, joka suojaa rautaa hapettumiselta.
Raakarauta sisältää vielä hiiltä ja muita epäpuhtauksia.
14
KE4 Mooli 4, luvut 4 ja 5.notebook
masuunikaasu
kuumaa ilmaa
sula kuona
September 08, 2015
rikaste, kivihiili, kalkkikivi
kuumaa ilmaa
raakarauta
15