Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

Transkriptio

1 Törmäysteoria Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa tarpeeksi suurella voimalla ja oikeasta suunnasta. 1

2 Eksotermisen reaktion energiakaavio E lähtöaineet aktivoitumisenergia tuotteet ΔH < 0 reaktion eteneminen 2

3 Endotermisen reaktion energiakaavio E aktivoitumisenergia tuotteet lähtöaineet ΔH > 0 reaktion eteneminen 3

4 Reaktionopeuteen vaikuttavia tekijöitä 1. Lämmittäminen nopeuttaa reaktiota. 2. Konsentraation kasvattaminen nopeuttaa reaktiota. 3. Hienojakoisempi kiinteä aine reagoi karkeajakoista nopeammin. 4. Katalyytin käyttäminen nopeuttaa reaktiota. 4

5 Kertaus Kurssin pääaiheet: 1. Reaktioyhtälö. 2. Laskutekniikkaa. 3. Reaktiotyyppejä. 4. Entalpianmuutos. 5. Reaktionopeus. 5

6 1/5 Reaktioyhtälö Ainetta ei häviä eikä synny tyhjästä. Muista tasapainottaminen ja epäorgaanisten aineiden reaktioissa olomuodot. Useimmat orgaanisten yhdisteiden reaktiot kirjoitetaan rakennekaavoin. Reaktioyhtälöt ovat osa kemian symbolikieltä. Niiden käyttäminen myös esseevastauksissa osoittaa kemian alan merkintätapojen ymmärtämistä. 6

7 Tehtävä: Kaliumsyanidiin lisätään rikkihappoa, jolloin muodostuu myrkyllistä vetysyanidia sekä erästä vaaratonta suolaa. Kirjoita reaktioyhtälö. Täysin kelvoton vastaus: KCN + H 2 SO 4 HCN + NaCl Tasapainotus ja olomuodot puuttuvat, sana "suola" tulkittu väärin. Oikean suuntainen mutta vajaa vastaus: 2 KCN + H 2 SO 4 2 HCN + K 2 SO 4 Olomuodot puuttuvat. Täydellinen vastaus: 2 KCN (s) + H 2 SO 4 (aq) 2 HCN (aq) + K 2 SO 4 (aq) 7

8 2/5 Laskutekniikkaa Kemian laskujen perusidea: Selvitä jokin ainemäärä. Päättele tavoiteaineen ainemäärä reaktion kertoimien avulla. Laske tavoiteaineen ainemäärästä pyydetty suure. Kaasut NTP olosuhteissa: n = V V m Kaasujen yleinen tilanyhtälö: pv = nrt 8

9 Tehtävä: NTP oloissa yhdistetään 100 ml vetyä ja 75 ml happea, ja seos sytytetään. Kuinka monta grammaa syntyy vettä? 9

10 10

11 Tehtävä: Rikkihappo vapauttaa ruokasuolasta kloorikaasua. Kuinka monta millilitraa klooria saadaan 20 o C:een lämpötilassa ja 1,013 baarin paineessa 10,0 grammasta ruokasuolaa? 11

12 3/5 Reaktiotyyppejä Epäorgaanisten yhdisteille tyypillisiä reaktiotyyppejä: hapettumis pelkistymisreaktio saostuminen hajoaminen Tehtävä: Ilmoita jokin yhdiste, jolla voidaan saostaa vesiliuoksesta a) bariumionit, b) nitraatti ionit. 12

13 Orgaanisille yhdisteille tyypillisiä reaktiotyyppejä: reaktiotyyppi substituutio additio kondensaatio hydrolyysi eliminaatio tyypillinen mm. mille yhdisteille? alkaaneille ja aromaattisille hiilivedyille tyydyttymättömille hiilivedyille alkoholeille, karboksyylihapoille, aminohapoille happisillan tai peptidisidoksen sisältäville yhdisteille alkoholeille 13

14 Eräiden orgaanisten yhdisteryhmien reaktioita alkaani +X 2 HX halogenoitu alkaani ketoni +H 2 +HX [O] (vain sekundaarisista alkoholeista) alkeeni +H 2 O alkoholi [O] (vain primaarisista alkoholeista) aldehydi +alkoholi H 2 O H 2 O +karboksyylihappo [O] eetteri esteri +alkoholi H 2 O karboksyylihappo X = halogeeniatomi, esim. Cl [O] = hapettaminen esim. KMnO 4 :lla, ks. KE1 14

15 4/5 Entalpianmuutos Kemiallisessa reaktiossa energiaa kuluu sidosten katkeamisessa ja vapautuu uusien sidosten muodostunmisessa. Entalpianmuutos: ΔH = H tuotteet H lähtöaineet. Entalpianmuutos muodostumislämpöjen avulla: ΔH = ΔH f (tuotteet) ΔH f (lähtöaineet). Kerro ΔH f :t reaktioyhtälön kertoimilla! 15

16 Esimerkki: Kun 5 g kalsiumkloridia liuotetaan 50 millilitraan vettä, nousee veden lämpötila 17,5 astetta. Laske liukenemislämpö. 16

17 5/5 Reaktionopeus Reaktionopeus on jonkin reaktioon osallistuvan aineen määrän muutos aikayksikköä kohti. Keinoja reaktion nopeuttamiseksi: (1) lämmittäminen, (2) reagoivan aineen konsentraation kasvattaminen, (3) kiinteän aineen jauhaminen hienojakoisemmaksi, (4) katalyytin käyttö. 17

18 Tehtävä: Mitä tietoa saadaan reaktiosta oheisen energiaprofiilin avulla? E 10 J reaktion eteneminen 18

19 Entalpianmuutokseen ja reaktionopeuteen liittyviä yo tehtäviä: S2013/10 K2011/9 S2010/8 19

20 20