Share |


 

Maapallon aineet

 

Maan olosuhteissa aineet esiintyvät edellä esitetyssä luokittelussa pääasiassa ryhmässä 7 (atominen aine, alkuaineet) ja ryhmässä 8 (molekyylivaihe, kemialliset yhdisteet) sekä jossain määrin ryhmässä 9 (radioisotoopit). Kemian opetuksessa aineet ja materiaalit voidaan jaotella kemiallisen sidoksen mukaan. Tämä jako on sopiva myös käytännön kannalta, sillä kullekin ryhmälle voidaan antaa eräitä yleisiä ominaisuuksia (mekaaninen kestävyys, lämmön kestävyys, korroosiokestävyys ja sähköiset ominaisuudet).

 
Kovalenttisidos

 
1. Molekyylirakenteiset yhdisteet.  a. Poolittomat molekyylit (ilman normaalikaasut happi ja typpi, hiilivedyt metaani, etaani jne.)   b.Pooliset molekyylit (esim. vesi, alkoholit ja muut orgaaniset molekyylit, joissa on elektronegatiivinen atomi (O tai N).Ryhmän aineet ovat kaasuja (esim. metaani), nesteitä (etanoli) tai kiintoaineita (parafiini). Kiintoaineet ovat pehmeitä ja niillä on alhainen lämpökesto (sulamispiste). Yleensä palavia (paitsi halogeenipitoiset kuten freonit), useat liuottimet helposti syttyviä. Liukenevat yleensä hyvin orgaanisiin liuottimiin (kuten eetteri), pienimolekyyliset O-tai N-atomin sisältävät myös veteen. Johtavat huonosti sähköä. Ryhmään kuuluu alkuaineita (esim. kaksiatominen happikaasu), epäorgaanisia yhdisteitä (vesi, vetykloridi) ja kaikki orgaaniset yhdisteet (hiilivedyt, alkoholit, ketonit jne.)

 
2. Epäorgaaniset polymeerit (atomirakenteiset aineet, keraamit). Näitä ovat  lasi, posliini, timantti, grafiitti, kvartsi, asbesti, kaoliini ja monet muut silikaatit sekä synteettiset erikoiskeraamit (SiC, BN ym.). Kovalenttisidokset sitovat atomit kolmiulotteisiksi verkoiksi, erillisiä molekyylejä ei voi erottaa. Kyseessä on ns. atomihila.Ryhmän aineet ovat kovia ja kulutusta kestäviä, mutta niillä on huono iskunkestävyys ja työstettävyys. Erinomainen lämpökesto (erittäin korkea sulamispiste). Hyvä korroosiokesto (eivät syövy tai liukene helposti). Yleensä eristeitä, jotkut puolijohteita (Si) tai johteita (grafiitti). Käytännössä puhutaan keraamisista materiaaleista.

 
3. Orgaaniset polymeerit (makromolekyylirakenteiset aineet). Näitä ovat muovit, kumit,selluloosa ym. luonnon kuidut, proteiinit, puu (pääosin), hartsit, kautsu ym.Kovuus vaihtelee pehmeästä polyeteenimuovista kovaan pleksiin. Kestomuovit helposti muotoiltavia ja uusiokelpoisia. Yleensä alhainen pehmenemislämpötila, poikkeuksia mm.teflon (sulamispiste 330 celsiusastetta ja kevlar 550). Useimmat palavia, kertamuovit hiiltyvät kuumennettaessa. Kestävät hyvin epäorgaanisia kemikaaleja, orgaaniset liuottimet liuottavat useita muoveja. Kylmyys ja valo haurastuttavat. Eristeitä, paitsi polymeerijohteet.

Ionisidos

4. Ionirakenteiset aineet   a. Suolat (esim. ruokasuola, natriumkloridi)   b. Keraamiset metallioksidit (esim. aluminiumoksidi). Pienimmät rakenneyksiköt eivät ole molekyylejä, vaan kationi ja anioni, joista kiinteän tilan yhdiste muodostuu. Ryhmän aineet ovat kovia, mutta hauraita ja niillä on yleensä korkeat sulamispisteet (700-900). Joko vesiliukoisia (Na-, K- ja nitraatti-ionin sisältävät) tai vaikealiukoisia suoloja, keraamiset oksidit kovia ja veteen liukenemattomia. Suolat johtavat sähköä sulana ja vesiliuoksina (paristot ja akut). Kalsiumkarbonaatti rakennuskivi (marmori).

 
Metallisidos

5. Metallit, joita alkuaineista noin 70. Vaihteleva kovuus, monet muokattavia. Kestävyys paranee seostamalla. Sulamispiste vaihteleva (Hg -39 ja W 3400 celsiusastetta). Epäjalot metallit (normaalipotentiaali alle 0 volttia) erittäin korroosioalttiita (paitsi esim. alumiini, joka suojautuu oksidikerroksella), raudan ruostuminen tyypillinen esimerkki. Johtavat sähköä, Ag, Cu, Au ja Al parhaita johteita.

Aine on määrittelyn mukaan alkuaine, kemiallinen yhdiste tai seos. Materiaalit jaetaan perinteisesti metalleihin, keraameihin ja polymeereihin sekä nykyisin myös komposiitteihin, joissa kaksi tai useampi materiaali on sekoitettu toisiinsa. Opetusteknisesti ajatellen kemialliseen sidokseen ja siitä aiheutuviin yleisiin ominaisuuksiin perustuva jako on selkeä. Perinteisesti peruskemian opetus on jaettu epäorgaaniseen ja orgaaniseen kemiaan, jolloin aineisiin ja niiden ominaisuuksiin tutustutaan järjestyksessä alkuaineet (epämetallit,puolimetallit ja metallit), epäorgaaniset yhdisteet ja materiaalit, orgaaniset yhdisteet ja materiaalit sekä bio-orgaaniset yhdisteet. Yleisimpien käytössä olevien kemikaalien
ominaisuudet, erityisesti niiden vaaralliset ominaisuudet, käsitellään nykyisin erikseen kemikaalilain puitteissa.