Keemiliste elementide perioodilisustabel

Perioodilisustabel on üks imelik tabel, mida sa näed igas keemiaklassis ning mis on kõigi koolipäevikute tagaküljel. Allolevas videos on näha, miks see tabel nii oluline on. 

Veidike ajaloost

Juba antiikajast on püütud keemilisi elemente klassifitseerida. Antiikaja mõtlejad arvasid, et maailm koosneb neljast elemendist (maa, vesi, õhk, tuli). Üks esimesi, kes proovis elemente teistmoodi klassifitseerida, oli Antoine Lavoisier. Temale järgnesid John Dalton, kes järjestas elemendid kaalu järgi. Saksa keemik Johann Wolfgang Döbereiner liigitas elemendid nende omaduste järgi. Tänapäevase perioodilisustabeli lõi aga Dimitri Ivanovitš Mendeljev, kes suutis reastada elemendid nii aatommassi kui ka keemiliste omaduste järgi. Kõige huvitavam on aga fakt, et ta suutis ette ennustada elemente, mida polnud veel avastatud. Alloleval pildil on näha Mendelejevi 1871. aasta perioodilisustabel, kus on märgitud tühjad kohad seni avastamata elementidele. Peamine erinevus Mendelejevi ja tänapäeva perioodilisustabeli vahel on see, et elemendid ei ole reastatud mitte aatommassi järgi, vaid vastavalt aatomnumbrile, mis väljendab prootonite arvu tuumas ehk aatomituuma elektrilaengut. 

Veidike tabelist

Perioodilisustabelil on kujutatud 118 teadaolevat keemilist elementi. 94 keemilist elementi on looduslikud. Ülejäänud 24 elementi on tehislikud. Tabelis on elemendid paigutatud tuumalaengu suurenemise järjekorras. Peale seda on sarnaste omadustega elemendid paigutatud üksteise alla. Perioodilisustabel on jaotatud rühmadeks (loetakse vasakult paremale) ja perioodideks (loetakse ülevalt alla)

Perioodilisussüsteemi seaduspärasused

Perioodilisussüteemil on olemas teatud seaduspärasused, mida on vajalik meeles pidada: 

  • Perioodis paremale liikudes suureneb väliskihil olevate elektronide arv. Rühmas ülalt alla liikudes suureneb elektronkihtide arv. 
  • Paremale liikudes aatomi raadius väheneb, sest tuumalaeng kasvab. 
  • Ülalt alla liikudes suureneb aatomi elektronkihtide arv. 
  • Vasakult paremale liikudes suurenevad mittemetallilised omadused. Ehk tabeli vasakul pool on metallid ning paremal mittemetallid. 
  • Ülalt alla liikudes suureneb metallide puhul keemiline aktiivsus, sest väliskihi elektronid on tuumast kaugemal ning sellega nõrgemalt seotud. 

Kuidas tabelit kasutada?

Mida võib ühe aine kohta tabelist välja lugeda? Võtame näiteks naatriumi. 

Esimese asjana, mille perioodilisustabelist välja saab lugeda on naatriumi aatommass, mis on 22,99. Lisaks sellele on võimalik näha, et naatrium on tabelis IA rühmas ja 3. perioodis, mis tähendab, et naatriumil on 3 elektronkihti ja viimasel elektronkihil on 1 elektron. Naatrium on tabelis üheteistkümnes element ehk naatriumi aatommass (prootonite arv tuumas) on 11. Selle info järgi saame välja arvutada elektronide arvu naatriumi erinevatel elektronkihtidel (vastavalt 2, 8 ja 1). Aatommass on prootonite ja neutronite arv kokku. Järelikult on võimalik välja arvutada ka neutronite mass (23-11=12). 

Lisainfot

Kuna tegemist on meeletult mahuka teemaga on võimatu analüüsida kõiki perioodilisustabeli erinevaid kasutusviise. Sellepärast soovitan järgnevalt erinevaid videosid, mis võivad teema uurimisel kasuks tulla. Solving the puzzle of the periodic table – Eric Rosado

The genius of Mendeleev’s periodic table – Lou Serico

The Periodic Table: Crash Course Chemistry #4

Khan Academy vastavad videod on saadaval siit. Neid ma soovitan vaadata, kui on soov paremini mõista elektronkihtide teemaga seotud probleeme (mitu elektronkihti on elemendil, kuidas need kujunevad, mitu elektroni on elektronkihil jms). 

Loe edasi

Kuidas toimuvad keemilised reaktsioonid?

Keemilised reaktsioonid toimuvad kõikjal meie ümber. Näiteks ilutulestiku õhku laskmise, piima hapnemise ja raua roostetamise taga on keemilised reaktsioonid. Järgnev video seletab ära, millised on keemiliste reaktsioonide seaduspärasused. 

Mis on keemiline reaktsioon?

Keemiline reaktsioon toimub molekulide vahel ning on protsess, kus ühest või mitmest lähteainest tekib üks või mitu ainet. Terve meie maailm koosneb molekulidest ning nad võivad üksteisega kokkupuutumisel reageerida erinevat moodi: 

  • Kaks molekuli võivad ühineda ja moodustada uue aine. 
  • Üks molekul võib laguneda ja moodustada kaks uut ainet. 
  • Molekulid võivad ka üksteise vahel osakesi vahetada.

Mida on vaja, et toimuks keemiline reaktsioon?

Keemilise reaktsiooni toimumise jaoks on vaja õigeid tingimusi: 

  • Molekulid peavad olema õige orientatsiooniga ehk liikuma üksteise suunas. Kui molekulid ei liigu üksteise poole, ei saa toimuda kokkupõrget ega toimuda reaktsiooni. Näiteks, kujuta ette, et sa oled maratonijooksja. Kui sa soovid jooksu võita, siis sa pead liikuma finiši poole. Stardi suunas jooksmine ei too sulle medalit. Sama põhimõte kehtib ka siin. Molekulidel on vaja liikuda õiges suunas. 
  • Lisaks õigele liikumissuunale, peavad ained kokku põrkama piisavalt suure kiirusega ehk energiaga, mis käivitaks keemilise reaktsiooni. Seda energiat nimetatakse aktiviseerimisenergiaks, mis on vähim energiakogus, mida tuleb osakestele anda, et reaktsioon toimuks. 

Paljude tegevuste jaoks on vaja aktiviseerimisenergiat. Näiteks selleks, et kivi hakkaks mäest alla veerema on vaja rakendada jõudu, lükates kivi üle künka. Kui kivi on üle künka siis veereb kivi gravitatsiooni tõttu juba ise alla. 

Keemiline reaktsioon ei toimu alati ühesuguse kiirusega. 

 Keemilised reaktsioonid kulgevad erineva kiirusega. Näiteks plahvatus toimub kiiremini kui raua roostetamine, kuid mõlemad on keemilised reaktsioonid. Reaktsiooni kiirus oleneb sellest, kui palju on kindlal ajahetkel ja kindlas ruumalaühikus aktiivsete osakeste kokkupõrkeid. 

Reaktsiooni kiirust on võimalik kiirendada kasutades erinevaid mooduseid: 

  • Suurendada reageeritavate ainete kokkupuutuvat pinda. Näiteks peenestatud aine reageerib kiiremini kui sama aine ühtne suurem tükk, kuna tänu peenestamisele on aine pindala suurem. Kokkupuutuvat pinda saab ka suurendada kasutades kitsaid katsekolbe, kus ained on sunnitud olema üksteisega suuremas kokkupuutes. 
  • Suurendada ainete konsentratsiooni. Mida suurem on ainete konsentratsioon, seda suurem on reaktsiooni kiirus. 
  • Suurendada temperatuuri. Kõrgemal temperatuuril liiguvad osakesed kiiremini s.t. suurema energiaga, mis jällegi soodustab keemilise reaktsiooni toimumist. Kui temperatuuri tõsta 10° kraadi, siis reaktsiooni kiirus suureneb 2-4 korda. 
  • Kasutada katalüsaatoreid. Katalüsaator on aine, mis muudab reaktsiooni kiirust, jäädes ise muutumatuks. Katalüsaatorid alandavad reaktsiooni toimumiseks vajaliku aktiviseerimisenergiat, mis tähendab, et alandateks energiat, mida on vaja, et reaktsioon toimuks.

Selles videos on see väga hästi ära seletatud. 

Lisainfot

Keemilist reaktsiooni väljendatakse reaktsioonivõrrandite kaudu. Ained ühinevad üksteisega alati teatud kindlas suhtes. Reaktsioonis aineid ei teki ega kao ning üks keemiline element ei muutu teiseks, mis tähendab, et iga elemendi hulk reaktsioonis säilib. Sellega tegeleb keemia osa nimega stöhhiomeetria, mille kohta saab huvitavaid videosid vaadata siit.

Lisaks sellele kaasnevad reaktsioonidega ka energia muutused, mis tulevad keemiliste sidemete lagunemises või tekkimisest. Selle tulemusena vabaneb või neeldub energia protsessi soojusena, seetõttu nimetatakse seda soojusefektiks. 

Selle kohta on võimalik vaadata erinevaid katsevideosid: 


 Testi oma teadmisi!

1. Kas suhkru peenestamine on keemiline reaktsioon?

2. Mida sa ei tohi teha, kui soovid reaktsiooni kiirendada?

a) Lisada suvalisi aineid juurde, lootuses, et äkki ained reageerivad kiiremini. 

b) Segada katseklaasis olevaid aineid. 

c) Kasutada Bunseni põletit, et suurendada reageerivate ainete temperatuuri. 

3.  Mida sa teed kui võõra inimesega kokku põrgates kinnitus sinu käsi teise inimese nina asemele?

a) Põrkad inimesega uuesti kokku lootuses, et saad oma käe tagasi. 

b) Õpid elama ilma ühe käeta, sest reaktsioon on pöördumatu. 

c) Otsid abi professionaalidelt. 


Õiged vastused:

1) Suhkru peenestamine ei ole keemiline reaktsioon, sest aine ei muundu teiseks aineks (molekuli struktuur jääb samaks). 

2) a.

3) a.

Loe edasi

Lahused ja lahustuvus

Looduses ja tehnikas omavad lahused suurt tähtsust. Taimed omandavad vajalikke aineid lahuste kujul. Kõik looduslikud veed kujutavad endast ka lahust, kus vees on lahustunud mitmesugused ained: sulfaadid, karbonaadid jt. Ka limonaad on lahus, kus on lahustunud süsinikdioksiid.   Järgnev video näitab, mida täpselt kujutab endast lahus. 

Lahus

Lahus koosneb lahustist ja lahustunud ainest (ainetest). Lahustiks nimetatakse seda komponenti, mille agregaatolek  lahustumisprotsessis ei muutu. Näiteks keedusoola lahustamisel vees on vesi lahustiks ja sool lahustatavaks aineks. Kui mõlemad komponendid on ühes ja samas agregaatolekus, loetakse tavaliselt lahustiks seda komponenti, mille kogus lahuses on suurem. Lahused võivad olla nii gaasilised, tahked ja vedelad. 

Igal ainel on olemas küllastumispunkt, millest alates rohkem ei saa lahustatavat ainet lahusesse lahustada ning sellepärast saab lahused jagada küllastunud ja küllastumata lahusteks. 

Küllastunud lahus on lahus, kus mingil kindlal temperatuuril ainet enam ei lahustu. 

Küllastumata lahuses saab aga samal temperatuuril veelgi ainet lahustada. 

Lahustuvus

Aine lahustuvus iseloomustab aine sisaldust küllastunud lahuses. Lahustuvust väljendatakse lahustunud aine massina (grammides) 100 g lahusti kohta küllastunud lahuses.  Aineid eristatakse kolme rühma vastavalt ainete lahustuvusele:

  • vees lahustuvad – Kui 100 g vees lahustub tahket ainet üle 1 g. 
  • vähelahustuvad – Kui 100 g vees lahustub ainet vahemiksu 0,1-1g. 
  • praktiliselt mittelahustuvad – Kui aine lahustub alla 0,1 g. 

Lahustumist mõjutab nii lahuse segamine, temperatuur kui ka lahustatava aine peenestatus. 

Segamine  kiirendab ainete lahustumist.  Sel põhjusel segatakse ka tee sisse pandu suhkrutükke. 

Soojendamisel (temperatuuri tõstmisel) lahustumine enamjaolt suureneb. Vastupidine efekt toimub aga gaaside puhul, kus temperatuuri tõstmisel gaaside lahustuvus vedelikes väheneb. Sellepärast peabki Coca-Cola pudelit hoidma külmas. Soojas hoitud Coca-Cola pudeli avamisel eraldub palju rohkem süsinikdioksiidi ning tekib oht, et võid endale natuke koolat peale valada. 

Gaaside lahustuvus sõltub ka rõhust. Mida väiksem on rõhk seda väiksem on gaasi lahustuvus. 

Eelneva jutu ilmestamiseks on väga head katsevideod saadaval siit.

 Lisainfot

Lahuste koostist väljendatakse massiprotsendi, molaarsuse ja moolimurdude abil, mille kohta leiab asjaliku infot Tartu Ülikooli teaduskooli materjalidest

Loe edasi