luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

Transkriptio

1 Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio 1

2 Kemian kvantitatiivisuus = määrällinen t ieto Kemian kaavat ja reaktioyhtälöt sisältävät tietoa aineiden rakenteesta ja aineiden määristä esim. 2 H 2 + O 2 2 H 2 O yksittäisiä atomeja ei voida laskea joten hiukkasten määrää arvioidaan massan ja tilavuuden avulla kehitellyn suureen AINEMÄÄRÄN kautta 2

3 Kertausta atomin rakenteesta ydin ja elektronipilvi ytimessä protoneita (p+) ja neutroneita (n) = nukleonit elektroniverhossa elektroneja (e-) atomin massa koostuu pääosin nukleonien massasta elektroniverhon rakenne määrää atomin kemialliset ominaisuudet 3

4 Alkuaine eri alkuaineiden atomit erilaisia keskenään saman alkuaineen atomeilla sama määrä protoneita ytimessään > neutronien määrä voi vaihdella = isotoopit > vedyn kolme isotooppia: 4

5 Hiilen isotoopit 5

6 Esimerkki Mg tarkoittaa magnesium-atomia, jolla: Järjestysluku 12 eli protoneita 12 kpl Massaluku 27 eli 27-12=15 neutronia koska varaukseton atomi, 12 elektronia 6

7 Atomimassa yksikkö u yksi hiili 12 isotooppi massaltaan 12 u protoni tai neutroni massaltaan noin 1 u (elektroni massaltaan vain 1/1840 u) 7

8 Suhteellinen atomimassa, A r Alkuaineen eri isotooppien esiintymisprosentilla (taulukkokirjassa s.104) painotettu atomimassoje keskiarvo. Esim. Laske magnesiumin suhteellinen atomima 8

9 1.2 Mooli ja ainemäärä Mooli on sellaisen systeemin ainemäärä, joka sisältää yhtä monta keskenään samanlaista perusosasta kuin 12,00 grammassa hiili 12 isotooppia on atomeja. 1 mooli = 6, kpl hiukkasia Tiedetään, että 12 grammaa hiiltä sisältää 6, hiiliatomia. 9

10 Avogadron vakio N A = 6, kpl/mol Punnittaessa mitä tahansa ainetta sen suhteellista atomimassaa (A r ) vastaava määrä grammoina siinä on aina Avogadron vakion verran eli 6, perusosasta (atomia esim. C, molekyyliä esim. H 2 O, ionia esim. Na + ) 10

11 Ainemäärän laskeminen hiukkaslukumäärän ja Avogadron vakion avulla myös N = n N A n = ainemäärä (yksikkö mol) N = hiukkasten lukumäärä (yksikkö kpl tai paljas luku) N A =Avogadron vakio 6, (yksikkö kpl/mol tai 1/mol) 11

12 Atomien lukumäärän laskeminen Kuinka monta kulta-atomia on kolmessa moolissa kultaa? Kuinka paljon on typpiatomeja yhdessä moolissa typpikaasua (N 2 )? 12

13 Ainemäärän laskeminen massan ja moolimassan avulla Ainemäärä, n (mol) Massa, m (g) Moolimassa, M (g/mol) katso MAOL taulukot s

14 Molekyylimassa, M (moolimassa) = Yhdisteessä olevien atomien suhteellisten atomimassojen (A r ) summa esim. veden (H 2 O) molekyylimassa: M (H 2 O) = 2 A r (H) + A r (O) = 2 1,008 u + 16,00 u= 18,016 u esim. ruokasuolan (NaCl) moolimassa: M (NaCl) = A r (Na) + A r (Cl) = 22,99 u + 35,45 u = 58,44 u 14

15 Konsentraatio,c = liuoksen pitoisuus ainemäärän avulla ilmoitettuna: 15

16 Konsentraation vertailua 16

17 Esimerkkitehtävä konsentraatioista Kuinka suuri konsentraatio on ruokasuolaliuoksella, johon on liuotettu 12 grammaa ruokasuolaa 250 millilitraan vettä? 17

18 21. 3,0 g ammoniumsulfaattia (NH 4 ) 2 SO 4 liuotetaan veteen mittapullossa siten, että liuoksen lopputilavuudeksi tulee 100 ml. Laske liuoksen ammoniumsulfaattikonsentraatio. Laske myös liuoksen ammonium ja sulfaatti ionien konsentraatiot. Ratkaisu m((nh 4 ) 2 SO 4 ) = 3,0 g M((NH 4 ) 2 SO 4 ) = 132,154 g/mol V(liuos) = 100 ml = 0,100 l Huomaa yksikkömuunnos ja muunnoksen tarkkuus! c((nh 4 ) 2 SO 4 ) =? c(nh 4 ) + =? c(so 4 2 ) =? Ratkaistaan ensin ammoniumsulfaatin ainemäärä suureyhtälöstä Ammoniumsulfaatin konsentraatio saadaan suureyhtälöstä Yhdisteen kaavan perusteella yksi mooli ammoniumsulfaattia sisältää kaksi moolia ammoniumioneja NH 4 + ja yhden moolin sulfaatti ioneja SO 4 2. Tämä nähdään myös yhdisteen liukenemista kuvaavasta yhtälöstä: (NH 4 ) 2 SO 4 (s) 2 NH 4 + (aq) + SO 4 2 (aq) Yksi mooli ammoniumsulfaattia tuottaa siis vesiliuokseen kaksi moolia ammoniumioneja ja yhden moolin sulfaatti ioneja. Kysytyt ionien konsentraatiot saadaan ratkaistua seuraavasti: c(nh 4 +) = 2 c((nh 4 ) 2 SO 4 ) = 2 0,2270 mol/l = 0,4540 mol/l 0,45 mol/l c(so 4 2 ) = c((nh 4 ) 2 SO 4 ) = 0,2270 mol/l 0,23 mol/l 18

19 tehtävä 21 m((nh 4 ) 2 SO 4 ) = 3,0 g M((NH 4 ) 2 SO 4 ) = 132,154 g/mol V(liuos) = 100 ml = 0,100 l Huomaa yksikkömuunnos ja muunnoksen tarkkuus! c((nh 4 ) 2 SO 4 ) =? c(nh 4 ) + =? c(so 4 2 ) =? 19

20 Yhdisteen kaavan perusteella yksi mooli ammoniumsulfaattia sisältää kaksi moolia ammoniumioneja NH + 4 ja yhden moolin sulfaatti ioneja SO 4 2. Tämä nähdään myös yhdisteen liukenemista kuvaavasta yhtälöstä: (NH 4 ) 2 SO 4 (s) 2 NH 4 + (aq) + SO 4 2 (aq) c(nh 4 +) = 2 c((nh 4 ) 2 SO 4 ) = 2 0,2270 mol/l = 0,4540 mol/l 0,45 mol/l c(so 4 2 ) = c((nh 4 ) 2 SO 4 ) = 0,2270 mol/l 0,23 mol/l 20

21 Liuosten valmistaminen ja laimentaminen Liuoksen valmistaminen kiinteästä aineesta: 1. Punnitaan dekantterilasiin kiinteää ainetta mahdollisimman tarkasti tiedossa oleva massa. 2. Liuotetaan kiinteä aine lopputilavuutta pienempään tilavuuteen vettä dekantterilasissa sekoitellan lasisauvalla tai lusikalla. 2 Siirretään liuotettu aine mittapulloon (suppilon avulla). 3. Täytetään mittapullo vedellä tarkasti merkkiviivaan saakka. 4. Sekoitetaan liuos vielä kääntämällä pullo ylösalaisin muutamia kertoja. 5. Tehdään mittapulloon tarvittavat merkinnät. esim NaCH3COO(aq), c = 0,150 mol/l, tekijän nimikirjaimet sekä valmistuspäivämäärä. 6. Jos liuosta säilytetään pitkään, se siirretään erilliseen säilytyspulloon, johon myös tehdään tarvittavat merkinnät. 7. Mikäli käyttöturvallisuustiedotteen mukaan aine tarvitsee varoitusmerkin tai -merkkejä, ne tulee lisätä säilytyspulloon. 21

22 22

23 Liuoksen valmistus nesteestä 1. Pipetoidaan mahdollisimman tarkasti täyspipetillä (tai mittapipetillä) tiedossa oleva tilavuus. 2. Valutetaan neste mittapulloon, joka on noin puolillaan vettä. 3. Täytetään mittapullo vedellä merkkiin saakka. Tarkistetaan että liuoksen kaareva alapinta on merkkiviivan kohdalla ja suljetaan mittapullo tulpalla. 4. Sekoitetaan liuos kääntämällä pullo ylösalaisin muutamia kertoja. 5. Tehdään mittapulloon tarvittavat merkinnät. a e a19-28bf6306f71f 23