Litosfäär II (muld, saastajad)

Loeng 9

07.04.2006

Räägime

1) Pinnase keemiast (muld)

2) Savist (Al amfoteersed omadused)

3) Huumusainetest

4) Adsorptsioonist ja absorptsioonist

5) Väetistest

6) Mürkkemikaalidest põllumajanduses

PINNASE KEEMIA

Pinnas on segu, koosneb mineraalsest osast, orgaanilisest osast, veest ja õhust.

Tüüpiline pinnas ~5% orgaanilist osa ja

~95% anorgaanilist, mineraalset osa

Turbamuld ~95% orgaanilist osa

Liiv, liivsavi ja savised mullad

SAVI

Kaoliini keemiline valem

Al2O3.2SiO2.2H2O = Al2Si2O5(OH)4

Savi on kihilise ehitusega (kile)

Alumiinium on amfoteersete omadustega

Al(NO3)3 + n H2O Al(H2O)63+ + 3NO3

+ (n-6)H2O

Al(H2O)63+ H+ + Al(H2O)5OH2+

-H2O tekib happeline lahus, Kh =1,4.10-5

H+ + OH

Mulla pH

Savimuld pH 4-6 (happeline) - mustsõstar, vaarikas, maasikas, redis, jõhvikas

Liivane muld pH ~7 (neutraalne) – õun, kõrvits, kaalikas

Lubjakivine muld pH>7 (aluseline) – kapsas, peet, kurk, sibul, uba, hernes

Mulla pH saab muuta: puutuhk vähendab happelisust

tammelehed suurendavad –”-

LUBJAKIVI

… lahustub: CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2

Annab mulda Ca2+ ioone

Lubjakivi on ka õhus oleva väävelhappe eemaldajaks

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2O + CO2

Kaltsiumsulfaat lahustab enam vees kui kaltsiumkarbonaat : Kdiss(CaSO4)=9.10-6

Kdiss(CaCO3)=5,1.10-9

KEEMILISED VÄETISED

Taimede vajadus lisaks CO2 ja H2O veel vähemalt 6

keemilise elemendi osas - N, P, K, Ca, S, Mg

Lämmastikväetised sisaldavad NO3- ja/või NH4

+. N-

väetiste põhialuseks on NH3

Karbamiid on orgaaniline väetis (NH2)2CO, saadakse

NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O

NH4NO3 on enamkasutatav - vähe jääki, palju N.

Mürkkemikaalid

… on ksenobiootikumid (kr k xenos-võõras, bios-elu)

I. Taimekaitsevahendid – pestitsiidid

1) Insektitsiidid putukate hävitamiseks (DDT dikloor-difenüültriklooretaan - ClC6H4CH(CCl3)C6H4Cl )

2) Fungitsiidid seentehävitamiseks

3) Herbitsiidid umbrohu hävitamiseks

4) Arboritsiidid põõsaste vohamise vastu

II. Detergendid - pesuvahendid

MIKS TOIMUVAD KEEMILISED REAKTSIOONID ?

Keemiline reaktsioon on aine muutus, millega kaasneb aatomitevaheliste keemiliste sidemete teke või katkemine.

Keemilised reaktsioonid alluvad teatud seadustele - massi, energia, elektrilaengu, aatomite hulga jäävuste seadustele.

Keemilisel reaktsioonil muutub aatomite jaotus ainete (molekulide) vahel, energia muutus ainete vahel (hulk jääb samaks)

Reagentide ja produktide potentsiaalne energia. Nende vahe on reaktsiooni entalpia:

ΔH = ΣHprod - ΣHreag

-ΔH negatiivne muut, so eksotermiline protsess

H - entalpia (p=const. isobaariline soojusefekt)

                                          

 

Keemilise reaktsiooni aktivatsiooni energia (Ea) ja entalpiamuut (ΔH) eksotermilise reaktsiooni korral

                                           

KIIRUSKONSTANT k

…on funktsioon reaktsiooni aktiveerimisenergiast Ea ja

temperatuurist T

Arrheniuse võrrand:

k = A e– Ea/RT A on konstant

ln k = ln A – Ea/RT

ln k = -Ea/(RT) + konstant

Aktiveerimisenergiat saab vähendada kasutades katalüsaatorit, siis reaktsiooni kiirus kasvab. Inhibiitor aeglustab reaktsiooni kulgu, tõstab aktiveerimisenergiat EA .

KEEMILINE KINEETIKA

Kreeka k. – kinesis - liikumineMolekulaarkineetiline teooria

Ekin. = 3/2 kT, kus k on Boltzmanni konstant.

Mooli kohta on see energia Avogadro arvu (NA = 6,02.1023 ) korra võrra suurem (1 moolis on NA molekuli).

Gaasikonstant R = k. NA

Et gaasilise keskkonnas reaktsioon toimuks peavad molekulid 1) omama kindlat reaktsiooni barjääri ületavat ENERGIAT, 2) peavad olema orienteeritud sobivalt. Reaktsiooni barjäär on kõrge endotermiliste reaktsioonide puhul, madalam (aga olemas ! ) eksotermiliste reaktsioonide puhul.

Keemiline termodünaamika

Termokeemia on sünonüüm keemilisele termodünaamikale.

Keemiline termodünaamika (t-d) vaatleb protsesse nende võimalikkuse, kulgemise suuna ja lõpptulemuste seisukohalt.

Kui t-d täiendada reaktsioonide kineetika ja mehanismide uurimisega võib saada küllalt täieliku pildi keemilisest protsessist.

T-d uurib süsteeme (paljudest molekulidest, aatomitest, ioonidest radikaalidest koosnevaid). Uurib nende üldomadusi, laskumata süsteemi sisemise ehituse üksikasjadesse.

Reaktsiooni keskkond kui süsteem on kas a) avatud (m=const ja E=const) ,b) suletud (Econst, m =const) või c) isoleeritud (m=const ja E=const).Süsteemi olekut iseloomustavad olekuparameetrid ja olekufunktsioonid.

Olekuparameetrid ja -funktsioonid

Olekuparameetrid (OP) on tavaliselt mõõdetavad suurused, temperatuur T, rõhk P, ruumala V, ainehulk n.

Süsteemi omadusi (energia, entroopia jt) vaadeldakse sõltuvatena põhiparameetritest T, P, V, n.

Olekufunktsiooni (OF) all mõistetakse funktsiooni, mis sõltub ainult süsteemi olekust (olekuparameetritest), mitte aga selle oleku saavutamise teedest. (Hessi seadus - reaktsiooni soojusefekt ei sõltu reaktsiooni teest.)

Soojus (q=mcΔT) ja töö (w=F.l) ei ole OF-d.

Keemias töö seoses süsteemi paisumisega -PΔV

U - siseenergia, so isokooriline reaktsiooni soojusefekt (V=const.).

Siseenergia muut ΔU leitakse (arvutatakse) süsteemi algoleku ja lõppoleku vastavatest parameetritest

ΔU = ΣUprod - ΣUreag

H - entalpia (P=const. isobaariline soojusefekt) ΔH = ΣHprod – ΣHreags

S - entroopia Sgaas > Svedel > Stahke

G - Gibbsi energia ΔG = ΣGprod - ΣGreag ΔG = ΔH –TΔS

Keemilise reaktsiooni kulgemisel G väheneb, kuni saavutab minimaalse väärtuse Gmin

Püsivat tasakaalu konstantse T ja P korral iseloomustab Gibbsi energia miinimum ΔG = 0

GIBBSi VABA ENERGIA

ΔG = ΔH –TΔSΔG < 0 on reaktsiooni spontaansuse mõõduks

Neli (4) võimalust ΔH ja -TΔS kombinatsioonil:

ΔH ΔS T ΔG1) - + mis iganes -spontaanne

2) - - madal -spontaanne

- - kõrge +mittespontaanne

3) + - mis iganes +mittespontaanne

4) + + madal + mittespontaanne

+ + kõrge -spontaanne

spontaanne - iseeneslik

         

Reaktsioon H S madal T kõrge T

C2H5OH(g) = C2H4(g) + H2O(g) + +

Cl2(g) + CO(g) = COCl2(g) - -

C3H8(g)+5O2 =3CO2(g) +4H2O(g) - +

NH4NO3(t) = N2O(g) +2H2O(g) - +

2CO(g) = CO2(g) + C(t) - -

C(t) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) + +

CaO(t) + CO2(g) = CaCO3(t) - -

CaCO3(t) = CaO(t) + CO2(g) + +

AgCl(t) = Ag+(aq) + Cl(aq) + +

SO2 + 1/2 O2 = SO3- -

2 HCl = H2 + Cl2+ -

H2 + C2H4 = C2H6- -

         

TERMOKEEMIA: KÜLMA- ja KUUMA-PAKENDID

Esmaabis: sportlastele, meditsiinis üldse Pakend: kuiv kemikaal + tasku veega. Löögiga tasku katki ja

reaktsioonil veega kas eraldub või neeldub soojus.

I. KÜLMAPAKEND NH4NO3 + H2O

NH4NO3 (t) + H2O NH4+nH2O + NO3

-mH2O (+ ΔH)ΔH=+26,2 kJ/mool

ΔH > 0, so endotermiline reaktsioon, soojus neeldub

Tavaliselt pakendis

30 g NH4NO3 + 100 ml H2O temperatuur langeb 20º 0 ºC

KUUMAPAKEND

(CaCl2 või MgSO4 ) + H2O on aluseks

Vee ampulli katkitegemisel toimub reaktsioon

CaCl2 + nH2O = Ca2+aq + 2Cl–aq ΔH = - 82,8 kJ/mool

ΔH < 0, eksotermiline reaktsioon, eraldub soojus

Tavaliselt pakendis

40 g CaCl2 + 100 ml H2O ja temperatuur tõuseb 20° 90 °C