Vesi. Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen

Transkriptio

1 Vesi Hyvin poolisten vesimolekyylien välille muodostuu vetysidoksia, jotka ovat vahvimpia molekyylien välille syntyviä sidoksia. Vetysidos on sähköistä vetovoimaa, ei kovalenttinen sidos.

2 Vesi Vetysidos selittää Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen Vesi liuottaa poolisia molekyylejä sekä ioniyhdisteitä. Kidevesi on suolan ioni-dipolisidoksilla sitomaa vettä.

3 Kvantitatiivinen kemia ja stoikiometria Massa- ja tilavuusprosentit määritettävän aineen massa m % = koko näytteen massa 100% m % = liuenneen aineen massa koko liuoksen massa 100% til %= liuenneen aineen tilavuus koko liuoksen tilavuus 100%

4 Stoikiometrian tehtävätyyppejä Yleisiä ohjeita: 1. Lue tehtävä ja selvitä, mitä suuretta tehtävässä kysytään. 2. Merkitse näkyviin tunnettujen suureiden kirjaintunnukset ja lukuarvot. Muista oikeat yksiköt! Laske myös moolimassat annettujen suureiden listaan. 3. Kirjoita reaktioyhtälö. Muista olomuotojen symbolit ja kaksiatomiset molekyylit.

5 4. Tasapainota reaktioyhtälö kokeilemalla tai hapetuslukumenetelmällä. 5. Selvitä, mitä suureyhtälöä tarvitset ainemäärän laskemiseksi. Kiinteät aineet: n=m/m Liuokset: c=n/v Kaasut NTP-olosuhteissa: n=v/v m Kaasut muissa olosuhteissa: pv=nrt

6 6. Palaa tasapainotettuun reaktioyhtälöön. Muodosta kysytyn ja annetun aineen ainemäärien suhde. Jos useammasta lähtöaineesta on annettu esim. massa, tarkista, mikä lähtöaineista on reaktion rajoittava tekijä. 7. Vastaus annettaan oikeiden merkitsevien numeroiden tarkkuudella.

7 Stoikiometrian tehtävätyyppejä Aineen A massa m(a) Aineen B massa m(b) Aineen A ainemäärä n(a) Reaktioyhtälön kertoimet Aineen B ainemäärä n(b)

8 Stoikiometrian tehtävätyyppejä Suhdekaava eli empiirinen kaava ilmoittaa yhdisteessä olevien alkuaineatomien pienimmät kokonaislukusuhteet. (CH) x Huom! Suhdekaavalaskuissa alkuaineet aina yksiatomisina. Molekyylikaava ilmoittaa, kuinka monta alkuaineen atomia on yhdessä molekyylissä. C 6 H 6 Rakennekaavasta selviää, miten atomit ovat sitoutuneet toisiinsa.

9 Stoikiometrian tehtävätyyppejä Reaktiosarjat 1. Tasapainota osareaktiot 2. Kerro/jaa osareaktioita niin, että reaktiotuote, jota tarvitaan seuraavassa reaktiossa lähtöaineena, voidaan vähentää puolittain pois. 3. Laske reaktioyhtälöt yhteen.

10 Stoikiometrian tehtävätyyppejä Seoslaskut Reaktiot kirjoitetaan erikseen ja ainemäärien vertailu tehdään jokaisesta reaktiosta erikseen. Jos yhteismassa on 1,5 g, voidaan toista merkitä x:llä ja toista 1,5-x:llä.

11 Hapettumis-pelkistymisreaktiot Atomi hapettuu, kun se luovuttaa elektroneja. Samalla sen hapetusluku kasvaa. Hapetin on aine, joka itse pelkistyy. Metallin ja epämetallin välisessä reaktiossa metalli hapettuu ja epämetalli pelkistyy. Puolireaktioissa hapettumis- ja pelkistymisreaktiot kirjoitetaan erikseen.

12 Hapettumis-pelkistymisreaktiot Myös orgaaniset yhdisteet voivat hapettua tai pelkistyä. Orgaanisen yhdisteen hapettuessa molekyylin vetyatomien määrä vähenee tai happiatomien määrä lisääntyy. Palaminen on aineen eksoterminen hapettumisreaktio hapen kanssa. Orgaanisen yhdisteen täydellisessä palamisessa syntyy hiilidioksidia ja vettä.

13 Hapettumis-pelkistymisreaktiot Sääntö Esimerkkejä 1. Alkuaineen hapetusluku on nolla. 0 Au 0 P 4 0 O 3 0 Cl 2 2. Yksiatomisen ionin hapetusluku on sama kuin ionin varaus. +I Na + +III Al 3+ -II S 2- -I Cl - 3. Vetyatomin hapetusluku on aina +I, kun se on liittyneenä epämetalliatomiin. +I H 2 O +I CH 4 Metalliatomiin liittyneen vedyn hapetusluku on I. -I LiH -I LiAlH 4 4. Hapen hapetusluku on II -II CaO -II HNO 3 -II H 2 O Peroksideissa hapen hapetusluku on -I -I H 2 O 2 -I Na 2 O 2 5. Molekyyli- ja ioniyhdisteissä hapetuslukujen summa on nolla. -III +I NH 3 +I+V -II HNO 3 +I+VI-II H 2 SO 4 +II I SrCl 2 +I +V-II NaNO 3 6. Moniatomisilla ioneilla hapetuslukujen summa on yhtä suuri kuin ionin varaus. +V -II NO 3 - +V-II PO 4 3-

14 Hapettumis-pelkistymisreaktiot Metallien jännitesarjassa oleva vety jakaa metallit epäjaloihin ja jaloihin. Sarjassa ennen vetyä olevat metallit hapettuvat happoliuoksissa vetyä vapauttaen. Vedyn jälkeen olevat metallit hapettuvat vain ns. hapettavilla hapoilla (tavallisin typpihappo). Atomimuodossa oleva epäjalompi metalli pelkistää ionimuodossa olevan jalomman metalliionin atomiksi. (Jalompi ei anna omistaan!)

15 Hapettumis-pelkistymisreaktiot Normaalipotentiaaliarvot kuvaavat pelkistymisreaktion potentiaalia. Hapettumisreaktion potentiaaliarvo on tämän luvun vastaluku. Mitä suurempi pelkistymispotentiaalin arvo on, sitä helpommin aine pelkistyy. Hapettumis-pelkistymisreaktio tapahtuu, kun kokonaisreaktion potentiaali on positiivinen luku.

16 Hapettumis-pelkistymisreaktiot Spontaanissa hapettumis-pelkistymisreaktiossa vapautuva lämpöenergia voidaan muuttaa sähköenergiaksi sähköparissa eli galvaanisessa kennossa. Daniellin parin rakenne: Sinkkisauva on upotettu sinkki-ioneja sisältävään liuokseen Kuparisauva on upotettu kupari-ioneja sisältävään liuokseen Sauvat on yhdistetty ulkoisilla johtimilla Astioiden välillä on ns. suolasilta, joka yhdistää astiat virtapiiriksi. Ylläpitää sähkövarausten tasapainoa.

17 Hapettumis-pelkistymisreaktiot Sähköparissa hapettuminen tapahtuu aina epäjalommalla kohtiolla, joka on parin negatiivinen elektrodi. Daniellin parissa sinkki hapettuu ja kupari pelkistyy. Voidaan esittää kennokaaviona. Sähköparin lähdejännite lasketaan normaalipotentiaalien avulla.

18 Hapettumis-pelkistymisreaktiot Elektrolyysi on pakotettu hapettumispelkistymisreaktio. Anodilla eli positiivisella elektrodilla tapahtuu aina hapettuminen. Katodilla eli negatiivisella elektrodilla tapahtuu aina pelkistyminen. Tarvitaan sähköä johtavat elektrodit sekä elektrolyytti, joka voi olla suolasulate tai suolan vesiliuos.

19 Hapettumis-pelkistymisreaktiot Vesiliuoksissa hapettuminen ja pelkistyminen määräytyvät yleensä normaalipotentiaalien mukaan. Tällöin helpommin pelkistyvä on se aine, jolla pelkistymispotentiaali on suurin. Vastaavasti helpoimmin hapettuu se aine, jonka hapettumispotentiaali on suurin. Elektrodimateriaali voi olla joko passiivista tai aktiivista. Aktiivisia elektrodeja käytetään metallien puhdistuksessa ja esineiden elektrolyyttisessä pinnoituksessa.

20 Elektrolyysilaskut It = nzf I = virranvoimakkuus (A) t = aika (s) n = hapettuvan/pelkistyvän aineen ainemäärä (mol) z = elektronien määrä puolireaktiosta F = Faradayn vakio ( As/mol)