Atomi. Aineen perusyksikkö

Transkriptio

1 Atomi Aineen perusyksikkö

2 Aine koostuu molekyyleistä, atomeista tai ioneista Yhdiste on aine joka koostuu kahdesta tai useammasta erilaisesta atomista tai ionista molekyylit rakentuvat atomeista Atomit ja ionit koostuvat ytimestä ja sitä kiertävistä elektroneista (elektronikuoret) ydin taasen rakentuu protoneista ja neutroneista. Aineen rakenne

3 Atomi

4 Atomin ydin pieni, painava, positiivinen Protonin (Z) varaus on 1 alkeisvaraus eli e = +1, C Protonien määrä määrittää alkuaineen. Protonien lkm = atomin järjestysluku Z Neutronit (N) ovat varauksettomia. Neutronien määrä ratkaisee mistä isotoopista on kyse. Neutronit ja protonit ovat suunnilleen samanpainoisia (~1 u = 1/6, =1 g/mol) Elektronit huomattavasti kevyempiä (~5, u)

5 Elektronikuoret Ytimen positiiviset protonit vetävät puoleensa negatiivisesti varautuneita elektroneja, jotka jakaantuvat ytimen ympärille erityisille energiatasoille, eli elektronikuorille n = 1, 2, 3, tai K, L, M,... (jakaantuvat edelleen orbitaaleihin..) Elektronimiehitys minimienergiaperiaatteella Kuorelle mahtuu 2n 2 elektronia Elektronikuorien määrä kertoo alkuaineen jakson jaksollisessajärjestelmässä

6 Oktetti Uloin kuori on kemiallisesti tärkein Atomin uloin kuori pyrkii spontaanisti energeettisesti edulliseen tilaan oktettiin. Oktetissa uloin elektronikuori on täynnä, eli siellä on kahdeksan elektronia (1. kuori tosin kelpuuttaa vain 2e - ) Karkeasti ottaen uloimman kuoren miehityksestä riippuu kyseisen atomin kemiallinen käytös ja taipumukset: kovalenttisten sidosten muodostus, ionisoituminen tai itsetyytyväisyys. Päästäkseen oktettiin atomi voi ionisoitua tai jakaa elektronipareja toisen atomin kanssa (kovalenttinen sidos)

7 Ionit Ioni on varauksellinen atomi tai molekyyli. Ionin ytimessä (ytimissä) on eri määrä protoneja, kuin elektronikuorella on elektroneja Mikäli elektroneja on enemmän kuin protoneja on kyseessä anioni. Tällöin ionilla on negatiivinen varaus Jos taas elektroneja on vähemmän on kyseessä kationi. Tällöin ionilla on positiivinen varaus

8 Jaksollinen järjestelmä

9 Merkintätapa A = Z + N massaluku alkuaineen kemiallinen merkki järjestysluku neutroniluku

10 Jaksot ja ryhmät JAKSOT Vaakarivillä 7 kpl Kertovat elektronikuorien lukumäärän! RYHMÄT Sarakkeissa Pääryhmiä kahdeksan - kertovat uloimman kuoren elektronimäärän Pääryhmät 1,2,13,14,15,16,17,18 (Sivuryhmissä liikuttaessa täyttyy ulointa kuorta edeltävä 2. uloin elektronikuori) Elektroniverhon rakenne selviää jaksollisesta järjestelmästä!

11 Mikä alkuaine: Sillä on 3 elektronikuorta ja sen uloimmalla elektronikuorella on 7 elektronia. Cl, eli kloori

12 Seokset

13 Seokset Seos koostuu yhdestä tai useammasta erilaisesta kemiallisesta aineesta. ( Aine koostuu molekyyleistä, atomeista tai ioneista) Ilma on erilaisten kaasumolekyylien muodostama seos Omenamehu puolestaan veden ja siihen liuenneiden molekyyliyhdisteiden ja ionien seos Teräs on esimerkki metalliseoksesta

14 Seostyypit Seokset jaotellaan ominaisuuksiensa perusteella Homogeenisiin Heterogeensiin Kolloidisiin

15 Homogeeniset seokset Edellämainitut seokset ovat esimerkkejä homogeenisistä seoksista: Seoksen ainesosat ovat sekoittuneet tasaisesti atomi/molekyylitasolle asti eikä erillisiä tietyn aineen keskittymiä, kuten kaasukuplia ole havaittavissa Nestemäistä homogeenistä seosta kutsutaan liuokseksi. Kaasujen muodostamat seokset ovat homogeenisiä

16 Heterogeeniset seokset Heterogeenisissä seoksissa ainesosat eivät sekoitu hyvin toisiinsa, vaan jakautuvat omiin faaseihin (= olomuotoalue ). Lihakeitto on esimerkki homogeenisestä seoksesta: Keiton liemi on vesiliuosta Liemen pinnalla lilluu muutamia yksittäisiä rasvapisaroita Kiinteät kappaleet, kuten perunat ja lihapalat muodostavat omat faasinsa.

17 Kolloidiseokset Kolloidiseoksissa ainesosat eivät sekoitu toisiinsa molekyylitasolle asti, vaikka paljaalla silmällä seos vaikuttaakin homogeeniseltä. Tarkemmilla menetelmillä tutkittaessa seoksesta kuitenkin löytyy pienen pieniä kolloidiluokan (1 nm-1000 nm) keskittymiä. Esimerkiksi rasvapisarat maidossa ovat kolloideja ja maito on kolloidinen seos.

18 Kolloidisia seoksia Aerosoli (savu, pöly, monet inhaloitavat lääkkeet) Kiinteää ainetta kaasussa Sumu Nestepisaroita kaasussa Vaahto (kermavaahto) Kaasukuplia nesteessä Emulsio (maito, veri) Nestepisaroita nesteessä Suspensio Kiinteitä kolloideja nesteessä Kiinteä vaahto (styrox) Kaasukuplia kiinteässä aineessa Geeli (liivate) Kiinteä aine imee huokosensa täyteen vettä.

19 Kemian perussuureet

20 Atomimassayksikkö atomimassa kuvaa yksittäisen atomin massaa Atomimassaa mitataan omalla yksiköllä (u tai amu=atomic Mass Unit 1u = 1, *10-27 kg Määritelmä: 1/12 -osa 12 isotoopin massasta eli tämän isotoopin massa on tasan 12 u suhteellinen atomimassa on alkuaineen luonnon isotooppiseoksen eri massaisten atomien massojen pitoisuuksilla painotettu keskiarvo

21 Esimerkki Hiilellä on kaksi pysyvää isotooppia, joita esiintyy luonnossa. 98,89% luonnon hiilestä on isotooppi 12 C ja 1,11% isotooppi 13 C. Mikä on luonnon hiilen suhteellinen atomimassa, jos oletetaan neutronien ja protonien painavan saman verran?

22 Vastaus 12 C atomimassa on 12u ja 13 C 13u. Luonnon hiilen suhteellinen atomimassa: 0,9889 x 12u + 0,0111 x 13u = 12,0111u VASTAUS: Luonnon hiilen suhteellinen atomimassa on 12,0111u. (katso jaksollisen järjestelmän arvoa)

23 Molekyylimassa molekyylimassa on molekyylissä olevien atomien atomimassojen summa kaavamassa ilmaisee sellaisten aineiden massaa, jotka eivät muodosta varsinaisia molekyylejä. Esim. Suolat kuten NaCl

24 Salmiakin, eli ammoniumkloridin kemiallinen kaava on NH₄Cl. Mikä on sen kaavamassa? Salmiakki sisältää yhden atomin typpeä, neljä atomia vetyä ja yhden atomin klooria. Selvitetään yhdisteen alkuaineiden atomimassat ja lasketaan salmiakin kaavamassa. 1 14,01u + 4 1,008 u + 35,45 u = 53,492 u. Vastaus: Salmiakin kaavamassa on 53,492 u.

25 Ainemäärä Ainemäärä n kuvaa partikkelien (atomi, molekyyli, kideyksikkö) määrää. Ainemäärän tunnus on n ja yksikkö on mooli (mol) Yhdessä moolissa ainetta on 6,022 x partikkelia, kyseistä lukua kutsutaan Avogadron vakioksi (N A )

26 Moolimassa Moolimassa kertoo, paljonko 1 mol tiettyä partikkelia painaa. Moolimassan tunnus on M ja yksikkö on g/mol. Atomin moolimassa saadaan suoraan sen atomimassasta Jos partikkeli painaa 1u, on aineen moolimassa 1g/mol Yhdisteen moolimassa lasketaan summaamalla sen atomien moolimassat Ainemäärän ja aineen massan välille saadaan moolimassan avulla yhteys:

27 Tehtävätyyppejä ainemäärä ja moolimassa Kysytään atomien lukumäärää, ainemäärää, moolimassaa tai massaa: alkuarvoina joku yhdistelmä noista. Annetaan reaktioyhtälö, kysytään paljonko tuotteita voi muodostua lähtöaineista tai toisinpäin. Yhdiste sisältää niin ja niin monta massa-% alkuaineita, kysytään empiiristä kaavaa. Annettu molekyylikaava, kysytään massaprosenttista koostumusta.

28 Konsentraatio Konsentraatio (molaarisuus) kuvaa partikkelien pitoisuutta seoksessa tilavuusyksikköä kohden. = / = [ ]/[ ]

29 Konsentraatio Esimerkki Mikä on puhtaan veden (H 2 O) konsentraatio? (tiheys 1,000 kg/l)

30 Esimerkki Liuotetaan 5,00g ruokasuolaa (NaCl) 1,0 litraan vettä. Laske liuoksen ruokasuolakonsentraatio. Oletetaan, että tilavuus ei muutu merkittävästi. Kaikki ruokasuola liukenee.

31 Massakonsentraatio Massakonsentraatio on kuin molaarisuus, mutta ainemäärän sijasta mitataan tietyn aineen massaa seoksen tilavuusyksikköä kohti. = /

32 Molaalisuus Joskus konsentraatio ilmoitetaan ainemääränä liuottimen/seoksen massaa kohti = /, jossa n on tutkittava aine ja m on seoksen massa.

33 (Massa)prosenttiosuus Massaprosenttiosuus (m%) on laskettavana olevan aineen massa jaettuna kokonaismassalla

34 Esimerkki Kuinka monta m-% hiiltä on butanolissa (C 4 H 10 O)? Entä happea?

35 Tilavuusprosenttiosuus Tilavuusprosentti on seoksessa olevan ainesosan tilavuus koko seoksen tilavuudesta. Tilavuusprosentteja lasketaan yleensä vain nesteseoksille (nesteiden muodostamat liuokset) Monien seosten tilavuus jää pienemmäksi, kuin niitä muodostavien aineiden yhteenlaskettu tilavuus erillään olisi.

36 Tehtävätyyppejä - konsentraatio Kysytään konsentraatiota, massaa, ainemäärää tai tilavuutta: alkuarvoina joku yhdistelmä noista. Esim. missä määrässä liuosta x on y grammaa ainetta. Liuotetaan x määrä yhdistettä y, kysytään jonkin ionin konsentraatiota. Konsentraation eri merkintätavat tutuiksi! Muunnot mistä tahansa konsentraatiotyypistä toiseen pitää osata suvereenisti!