REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Transkriptio

1 KERTAUSTA REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Aineiden ominaisuudet voidaan selittää niiden rakenteen avulla. Aineen rakenteen ja ominaisuuksien väliset riippuvuudet selittyvät kemiallisten sidosten avulla. Vahvat sidokset selittävät, miten alkuaineista muodostuu yhdisteitä ja miten metalliatomit sitoutuvat toisiinsa. Heikkoja sidoksia esiintyy molekyylien välillä tai molekyylien ja ionien välillä. Heikot sidokset vaikuttavat mm. aineen sulamis- ja kiehumispisteisiin. 1

2 Vahvat sidokset ovat rakenneosasten sisäisiä sidoksia. Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia. Kovalenttinen sidos. Atomeja liittää yhteen yhteinen sidoselektronipari. Kaksoissidoksessa on kaksi ja kolmoissidoksessa kolme yhteistä elektroniparia. Pooliton kovalenttinen sidos. Poolittomassa kovalenttisessa sidoksessa sitoutuneet atomit vetävät yhteisiä sidoselektroneja yhtä voimakkaasti puoleensa. Ionisidos. Kun elektronegatiivisuus arvojen erotus on yli 1,7 on sidoksen ioniluonne yli 50% ja puhutaan ionisidoksesta. HUOM! Ionisidos syntyy vain metallien ja epämetallien välille. Eli vaikka HF:llä elektronegatiivisuusarvojen ero on 1,9 > 1,7 niin kyseessä ei ole ionisidos vaan kovalenttinen hyvin poolinen sidos! Molekyylin poolisuus Sidosten poolisuuden lisäksi pitää tarkastella molekyylin symmetriaa (raken.) δ O H δ + χ O = 3,5 χ H = 2,1 χ = 3,5 2,1 = 1,4 2

3 Aineen ominaisuuksiin vaikuttavat tekijät Aineen rakenneosasten väliset heikot sidokset, niiden voimakkuus sekä rakenneosasten koko ja muoto vaikuttavat aineen sulamis- ja kiehumispisteisiin. Pätee yleissääntö: Pooliset aineet liukenevat parhaiten poolisiin kuten veteen, poolittomat johonkin poolittomaan liuottimeen kuten bensiiniin. SIMILIA SIMILIBUS SOLVENTUM! Kemiallinen merkki on lyhyt, latinalaisia aakkosia käyttävä merkintätapa alkuaineille, esim. H tarkoittaa vetyä. Kemiallinen kaava (tai vain kaava) on kemiallisten merkkien ja alaindeksien kokoelma, joka kuvaa aineiden koostumuksen, esimerkiksi vetykaasu H 2. Suhdekaava eli empiirinen kaava on yksinkertaisin kemiallinen kaava, joka ilmoittaa yhdisteessä olevien alkuaineiden keskinäiset suhteet, mutta ei atomien todellista lukumäärää, esimerkiksi C 3 H 6 O. Molekyylikaava ilmaisee molekyylissä olevien atomien todellisen lukumäärän, esimerkiksi C 3 H 6 O 2 = C 6 H 12 O 2. H H C H C O H Rakennekaava ilmaisee miten molekyylin atomit ovat sitoutuneet toisiinsa ja kuvaa molekyylin avaruusrakenteen. Kaavayksikkö on ioniyhdisteen kaavan ilmoittama pienin määrä tätä yhdistettä, esimerkiksi CaCl 2 3

4 Atomit koostuvat protoneista, elektroneista ja neutroneista Atomit koostuvat siis protoneista, elektroneista ja neutroneista. Protonit ja neutronit kvarkeista. Kvarkit ja leptonit, joihin elektroni kuuluu, pidetään tällä hetkellä kaiken materian perushiukkasina. Atomien muodostumisessa on kyse sähkö eli sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta sekä ytimien kohdalla vahvasta vuorovaikutuksesta. Vuorovaikutukset Sähkömagneettinen vuorovaikutus, välittäjänä fotoni Vahva vuorovaikutus, välittäjänä gluoni Heikko vuorovaikutus, välittäjänä väli-bosoni Gravitaatio, välittäjänä gravitoni Kaikki muut ovat havaittuja, gravitonia ei CERN ja Higgs. Suurin osa atomin massasta on keskittynyt ytimeen Olemmeko vain ilmaa! Ulkoelektronit ja oktettisääntö Alkuaineen korkeimmalla energiatasolla olevia elektroneja sanotaan ulkoelektroneiksi eli valenssielektroneiksi. Ne määräävät atomin kemialliset ominaisuudet, kuten reaktiokyvyn ja sen, missä suhteissa atomit liittyvät toisiinsa. Elektronikaavassa esitetään atomin ulkoelektroneja. Yksi piste tarkoittaa yhtä elektronia, viiva elektroniparia. 4

5 Jaksollinen järjestelmä: ryhmät ja jaksot Tarkastellaan tämänpäiväistä jaksollista järjestelmää monesta eri näkökulmasta. Perusjako on: metallit, puolimetallit, epämetallit ja jalokaasut. RYHMÄT OVAT SARAKKEITA JAKSOT OVAT RIVEJÄ H He Li B C N O F Ne Täyttymisjärjestys 5

6 Hapettuminen ja pelkistyminen Määritelmä, yleisesti: Hapettuminen on elektronien luovuttamista ja pelkistyminen on elektronien vastaanottamista. Hiiliyhdisteiden hapettuminen (+O/ H)/pelkistyminen ( O/+H) : Primäärinen alkoholi ( OH-ryhmä hiiliketjun päässä) hapettuu ensin aldehydiksi ja sitten vielä karboksyylihapoksi. Sekundäärinen alkoholi ( OH-ryhmä hiiliketjun keskellä) hapettuu ketoniksi. Tertiäärinen alkoholi ja fenoli eivät hapetu. Protolysoituminen on protoninsiirtoreaktio Määritelmä: Happo on aine, joka voi luovuttaa vetyionin H + eli protonin ja vastaavasti emäs on aine, joka voi vastaanottaa protonin. (Tämä on Brønstedtin happo emäs määritelmä. Laajempi tapa olisi Lewisin happo-emäs määritelmä.) Määritelmä: Protolysoituminen tarkoittaa protonin luovuttamista ja vastaanottamista. Ne tapahtuvat aina samaan aikaan; Jos joku aine luovuttaa protonin, niin jokin toinen ottaa sen vastaan! 6

7 Kun atomi saa energiaa se voi virittyä. Virittymisessä elektroni(t) siirtyvät korkeammalle energia tasolle (eli kauemmas ytimestä = uloimmille kuorille). Energiaminimiperiaatteen mukaisesti elektroni palaa lähemmäs ydintä (sisemmille kuorille), jolloin vapautuu energiaa, joka nähdään esim. valona (smg-säteilynä). 7

8 Reaktion tapahtuminen Kemiallinen reaktio on monivaiheinen prosessi 8

9 Katalysointi Kemiallinen pari ja jännitesarja KATODIlla aina pelkistyminen ja ANODIlla aina hapettuminen. 9

10 Daniellin pari Faasirajan ja suolasillan merkinnät! Kennokaavio: Zn(s) ZnSO 4 (aq) CuSO 4 (aq) Cu + 10