EDUMOL - Kemia yläkoulu

• 8.1 Metallien valmistusTAVOITE: Tutustutaan metallien valmistusprosessiin. Tutustutaan neljään metalliseokseen.
  SISÄLTÖ: Metallien valmistus, metalliseos (lejeerinki)

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Mitä tarkoitetaan malmilla? Mitä tarkoittaa malmin rikastaminen? Mitä tarkoittaa malmin pelkistäminen?

  Metalliseos eli lejeerinki

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Miksi metalliseoksia valmistetaan? Mistä metalleista pronssi valmistetaan? Mitä rosterilla tarkoitetaan?

  Kupari on monikäyttöinen metalli ja sitä valmistetaan maailmassa vuosittain noin 12 miljoonaa tonnia. Kupari johtaa erinomaisesti sähköä ja lämpöä. Sähkönjohtokyvyn vuoksi elektroniikkateollisuus käyttää paljon kuparia. Tämän lisäksi kupari on jalometalli, eikä reagoi helposti muiden aineiden kanssa. Jaloutensa vuoksi kuparia käytetään esimerkiksi vesijohtoputkissa. Kuparista valmistetaan myös suuri määrä erilaisia metalliseoksia, joista messinki ja sinkki mainitaan videollakin. Ihmiset ovat käyttäneet kuparia jopa kymmenen tuhatta vuotta. Varsinainen kuparimalmin sulattaminen alkoi noin 5000 vuotta ennen ajanlaskun alkua. Myöhemmin havaittiin, että kuparista tuli huomattavasti lujempaa, kun siihen sekoitti tinaa. Tällaisesta seoksesta eli pronssista oli helppo valmistaa teräviä miekkoja. Nykyisin suurimmat kuparin tuottajamaat ovat Chile, Yhdysvallat, Australia, Kanada ja Indonesia.

  Kuparista valmistetaan mm. putkia.

  
  
  

• 8.2 Metallien jännitesarjaTAVOITE: Tutustutaan metallien jännitesarjaan. Opitaan, mikä ero on jaloilla ja epäjaloilla metalleilla.
  SISÄLTÖ: Metallien jännitesarja, jalometalli, epäjalometalli

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Millä perusteella metallit on koottu jännitesarjaan? Mikä on jännitesarjan jaloin metalli? Mikä on jännitesarjan epäjaloin metalli?

  Metallien jännitesarja (vety)

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Miksi vety epämetallina esitetään metallien jännitesarjassa? Mitä alkuainetta kaikki hapot sisältävät? Miten jalot ja epäjalot metallit eroavat toisistaan?

  Amalgaami on hopean värinen ja helposti muokattava metalliseos. Amalgaami on suomalaisille tuttu ennen kaikkea hammaspaikoista. Hammaspaikoissa käytetään hopea-amalgaamia, joka sisältää tyypillisesti 50 % elohopeaa, 35 % hopeaa sekä pieniä määriä kuparia ja tinaa. Nykyään amalgaami korvataan usein muovisilla paikoilla, jotka ovat valkoisia toisin kuin amalgaamiset paikat. Siirtymisen syynä on pienten elohopeamäärien irtoaminen paikoista ja ennen kaikkea muovipaikkojen esteettisyys. Elohopea on myrkyllinen raskasmetalli.

  Amalgaamipaikka

  
  
  

• 8.3 Hapettuminen ja pelkistyminenTAVOITE: Oppia, mitä hapettumisella ja pelkistymisellä tarkoitetaan.
  SISÄLTÖ: Hapettuminen, pelkistyminen, metallien jännitesarja

  Osa 1

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Mitä tarkoittaa hapettuminen? Mitä tarkoittaa pelkistyminen? Miksi rauta hapettuu videon reaktiossa?

  Osa 2

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Miksi kupari ei hapetu rautaionien vaikutuksesta?

  Harjoitus

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Milloin reaktio kahden metallin välillä tapahtuu? Miksi hopeakoru ei reagoi suolavedessä?

  Aikaisemmin todettiin, että raudan ruostuminen on palamisreaktio, sillä reaktiossa rauta-atomit reagoivat hapen kanssa. Palaessa aine siis reagoi hapen kanssa. Yleensä kuitenkin puhutaan palamisen sijaan raudan ruostumisesta eli korroosiosta. Ruostuessa rauta-atomit hapettuvat eli luovuttavat elektroneja hapelle, joka pelkistyy. Ruostuessa rautaesineet muuttuvat hauraiksi. Korroosia alkaa rautaesineen pinnasta ja etenee siitä syvemmälle rakenteisiin. On olemassa myös joukko metalleja, joilla korroosio ei etene pintaa syvemmällä. Tällaisia metalleja ovat esimerkiksi alumiini, kupari, lyijy ja kromi. Kun edellä mainitut metallit reagoivat hapen kanssa, muodostuu niiden pintaan kova oksidikerros. Kova oksidikerros suojaa pinnan alla olevaa metallia. Tällaiset oksidikerroksen suojaamat metallit kestävät suolojen ja hapen vaikutusta erinomaisesti. Oksidikerroksen muodostumista kutsutaankin suojaavaksi korroosioksi.

  Kupari muuttuu hapettuessaan vihreäksi patinaksi.

  
  
  

• 8.4 SähkökemiaTAVOITE: Ymmärtää, mistä sähkökemiassa on kyse.
  SISÄLTÖ: Metallien jännitesarja

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Millaisia sovelluksia sähkökemialla on? Millaisia energian muutoksia videolla mainitaan?

  Rautaa käytetään valtavia määriä korroosiosta huolimatta. Usein rautaesineet kuitenkin suojataan korroosiolta esimerkiksi maalaamalla. Maalipinta estää raudan pääsemästä kontaktiin ilman hapen kanssa. Maalaaminen ei kuitenkaan sovellu kaikkiin tilanteisiin, sillä maalipinta on ohut ja iltoaa helposti. Toinen hyvin yleinen tapa suojata rauta korroosiolta on niin sanottu galvanointi. Galvanointi tarkoittaa metallin päällystämistä paremmin korroosiota kestävällä metallilla. Esimerkiksi säilykepurkeissa ohut rautakerros on suojattu tinalla. Rautanaulat taasen päällystetään usein suojaavalla sinkkikerroksella.

  Rautanaula voidaan päällystää sinkillä.

  
  
  

• 8.5 Kemiallinen pariTAVOITE: Oppia kemiallisen parin toimintaperiaate.
  SISÄLTÖ: Kemiallinen pari, jännitesarja

  Osa 1

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Mitä kemiallisella parilla tarkoitetaan? Mistä osista kemiallinen pari muodostuu? Mitä kemiallisessa parissa tapahtuu? Mitä sähkövirta on?

  Osa 2

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Millä nimellä kutsutaan pariston positiivista napaa? Millä nimellä kutsutaan pariston negatiivista napaa? Mikä ratkaisee paristossa syntyvän jännitteen suuruuden?

  Metallien pinnoittamista toisilla metalleilla koroosion estämiseksi kutsutaan galvanoinniksi. Nimi on peräisin italialaiselta Luigi Galvanilta, joka vaikutti 1700-luvulla Bolognan kaupungissa. Galvaanin mukaan on nimetty myös monia muita metallien kemiaan liittyäviä ilmiöitä. Esimerkiksi toinen nimi videolla esitettävälle kemialliselle parille on Galvaaninen kenno. Tieteen historiassa hyvin tunnettu tarina on Galvanin tekemät kokeet sammakoilla. Galvani havaitsi, että sammakon reidet liikkuivat, kun niihin johdettiin sähköimpulsseja. Tämä oli merkittävä havainto, sillä sen ansiosta tajuttiin ensimmäistä kertaa, että elävissä organismeisakin sähkövirralla (ionien virta) oli merkittävä tehtävä. Galvani keksi, että lihakset ja hermosolut tuottavat sähköä ja kutsui ilmiötä eläinsähköksi.

  Luigi Galvani

  
  
  

• 8.6 ElektrolyysiTAVOITE: Ymmärtää elektrolyysin toimintaperiaate ja oppia mihin sitä käytetään.
  SISÄLTÖ: Sähkökemia, elektrolyysi

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Miten kuparin puhdistaminen tapahtuu? Mitä epäpuhtauksille tapahtuu videon elektrolyysissä?

  Elektrolyysin käyttö

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Mihin elektrolyysiä käytetään? Mitä hyötyä on päällystää esine kullalla?

  Saksalaisen kemistin Friedrich Wöhlerin nimi esiintyy tässä ensimmäistä kertaa. Jatkossa Wöhlerin aikaansaannoksiin törmätään osiossa hiilten kemia. Wöhlerin merkittävimmät saavutukset ovatkin orgaanisen kemian puolella ja niistä tulee lisää jatkossa. Tässä tekstissä huomataan, että Wöhlerillä oli merkittävä rooli myös metallien tutkimisessa. Alumiini on maaperän yleisin metalli ja kolmanneksi yleisin alkuaine. Tästä huolimatta alumiinin löytäminen tapahtui huomattavasti myöhemmin kuin muiden yleisten metallien. Alumiini valmistetaan nykyisin elektrolyysillä, mutta sen valmistaminen on mahdollista myös Wöhlerin kehittämällä menetelmällä. Wöhler olikin ensimmäinen ihminen, joka onnistui valmistamaan puhdasta alumiinia. Alumiinin valmistus Wöhlerin menetelmällä oli kuitenkin erittäin kallista ja tämän vuoksi alumiini sai joksikin aikaa maineen rikkaiden ihmisten metallina. Kun alumiinin valmistus sähkövirran avulla opittiin 1800-luvun lopussa, laski alumiinin hinta noin tuhannesosaan. Alumiinin valmistus elektrolyyttisesti kuluttaa valtavasti energiaa ja arvioiden mukaan noin viisi prosentti Yhdysvalloissa kulutetusta sähköstä kuluu alumiinin valmistamiseen.

  Alumiinista valmistetaan mm. tölkkejä.