Liukeneminen

Transkriptio

1 Liukeneminen KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Kertausta: Kun liukenevan aineen rakenneosasten väliset vuorovaikutukset ovat suunnilleen samanlaisia kuin liuottimen, niin liukenevan aineen rakenneosasten välisiä heikkoja sidoksia katkeilee ja uusia sidoksia syntyy liukenevan aineen ja liuottimen välille aine liukenee. Tämä ilmiö on nimeltään liukeneminen. Laskennallisesti annettua ainetta voidaan pitää liukenevana, kun 3 g yhdistettä liukenee 100 millilitraan liuotinta. Pääsääntöisesti isot molekyylit liukenevat huonommin kuin pienet ja lämmitys sekä sekoitus parantavat aineen liukenemista (mekaaninen apu). Kokeellisesti on havaittu, että poolittomat molekyylit liukenevat poolittomiin liuottimiin sekä pooliset molekyylit ja ioniyhdisteet poolisiin liuottimiin. 1

2 Poolittomat aineet liukenevat toisiinsa kaikissa suhteissa. Kuvassa pooliton jodimolekyyli liukenee poolittomaan bensiiniin, mutta ei pooliseen veteen. Heksaanissa ja tolueenissa on vain poolittomia hiili hiili- ja hiili vety-sidoksia, joten ne ovat poolittomia. Vasemman kuvan koeputkissa on bensiiniä ja vettä ja kellolasilla jodikiteitä. Oikealla aineet on sekoitettu samaan koeputkeen. Pooliset molekyylit liukenevat hyvin poolisiin liottimiin. Tällöin vetysidoksia tai dipoli dipoli-sidoksia katkeaa ja muodostuu. Isokokoinen sokeri-molekyylikin liukenee veteen hyvin, koska molekyylissä on 8 poolista OH ryhmää, jotka muodostavat liuotinveden kanssa vetysidoksia. Ioniyhdisteet liukenevat hyvin ainoastaan poolisiin liuottimiin, kuten vesi, metanoli ja etanoli. Ioniyhdisteet eivät liukene poolittomiin liuottimiin, kuten heksaaniin, tolueeniin tai bensiiniin, joka on hiilivetyjen seos. Ionien ja poolittomien liuotinmolekyylien väliset vetovoimat ovat heikkoja dispersiovoimia. 2

3 Ioniyhdisteen liukeneminen veteen Poolisen molekyyliyhdisteen liukeneminen veteen Vesimolekyylejä Sokerimolekyylejä Sokerikide Vetysidoksia 3

4 Esimerkkejä Huomaa, että jos hiiliketjussa on enemmän kuin 5 hiiltä, niin liukenevuus pienenee/huononee ja lopulta häviää vaikka molekyylissä olisikin poolinen osa (kuten OH ryhmä) ja näin mm. vetysidokset olisivat mahdollisia. Liukoisuus Määritelmä: Liukoisuus ilmoittaa liuenneen aineen määrän grammoina kylläisessä liuoksessa tietyssä lämpötilassa, g/l tai g/100g tai mol/l. Liuennut aine on liuoksen se osa, jota tavallisesti on vähemmän kuin liuotinta. Liuotin on aine, jota liuoksessa on tavallisesti eniten. Kylläinen liuos tarkoittaa liuosta, johon ei enää tietyssä lämpötilassa liukene enempää samaa ainetta. Esimerkkejä: - Ruokaöljy ei liukene veteen - Etanoli liukenee veteen - Ruokasuola liukenee veteen kunnes tulee kylläinen liuos Liukoisuuteen vaikuttaa lämpötilan lisäksi paine. Esimerkiksi kaasuilla paineen kasvaessa liukoisuus kasvaa kokis- tai shampanjapullot. 4

5 MISTÄ TEKIJÖISTÄ LIUKOISUUS RIIPPUU? 1. Liukoisuus riippuu liuottimen ja liukenevan aineen poolisuudesta. Similia similibus solventum! Eli samanlainen liuottaa samanlaista! poolittomat molekyylit liukenevat poolittomiin liuottimiin ja pooliset molekyylit ja ioniyhdisteet poolisiin liuottimiin Molekyylien liukeneminen eroaa ioniyhdisteiden liukenemisesta: molekyylit liukenevat molekyyleinä ioniyhdisteet hajoavat liuetessaan ioneiksi. merkintä s aq merkintä s aq 2. Kun lämpötila nousee, kiinteän aineen liukoisuus nesteisiin yleensä kasvaa ja kaasujen liukoisuus yleensä pienenee. (MIKSI?) 5

6 Taulukkoon on koottu joidenkin kaasujen liukoisuus veteen kahdessa eri lämpötilassa. Elämä vedessä on mahdollista, koska veteen liukenee ilmasta happea. Koska kaasujen liukoisuus veteen pienenee lämpötilan kasvaessa, veteen liuenneet kaasut voidaan poistaa keittämällä vesi. Happo-emäsreaktiot selittävät liukoisuuserot veden ja vetykloridin tai ammoniakin välillä 5.-kurssi. 3. Kaasujen liukoisuus nesteisiin kasvaa, kun paine kasvaa. Paineen kasvattaminen lisää molekyylien joutumista toistensa vaikutuspiiriin, jolloin liukeneminen on mahdollista. Kiteytyminen Määritelmä, kiteytyminen: Kiteytyminen on kiinteän aineen liukenemiselle käänteinen ilmiö, jossa kiinteä aine saostuu kylläisestä liuoksesta. Kiteytymisessä aineen kidehila rakentuu uudelleen samanlaiseksi kuin se oli ennen liukenemista. Saostusreaktioita (ns. sakkakokeet) eli niukkaliukoisen yhdisteen muodostumista käytetään hyväksi aineiden erottamisessa ja tunnistamisessa. Vesiliuoksen sisältämät kloridi-ionit voidaan osoittaa tiputtamalla liuokseen AgNO 3 -liuosta.(työ 1) 6

7 Esimerkki Vastaa alla oleviin kysymyksiin. Kiinteiden aineiden liukoisuuksia (g/ 100 ml) veteen eri lämpötiloissa. Kaasujen liukoisuuksia (dm 3 /1000 ml) veteen eri lämpötiloissa. a) Kuinka monta grammaa ammoniumkloridia NH 4 Cl liukenee litraan 40-asteista vettä? b) Kuinka monta litraa happea haihtuu kaasuna pois, kun 100 litraa 10-asteista vettä lämmitetään 30-asteiseksi? c) Kuparisulfaatista valmistettiin 60 o C:n lämpötilassa 50 millilitraa kylläistä liuosta. Kuinka monta grammaa kiinteää kuparisulfaattia saostui, kun liuos jäähtyi huoneen lämpötilaan (20 o C)? d) 25 millilitraan 40-asteista vettä lisättiin 12,60 grammaa natriumkloridia. Montako grammaa suolaa jäi liukenematta? Ratkaisut: Kiinteiden aineiden liukoisuuksia (g/ 100 ml) veteen eri lämpötiloissa. a) Kuinka monta grammaa ammoniumkloridia NH 4 Cl liukenee litraan 40-asteista vettä? Ammoniumkloridia liukenee: 10 45,8 g = 458 g. b) Kuinka monta litraa happea haihtuu kaasuna pois, kun 100 litraa 10-asteista vettä lämmitetään 30-asteiseksi? Happea haihtuu: 3,7 dm 3 2,6 dm 3 = 1,1 dm 3. 7

8 Ratkaisut: Kiinteiden aineiden liukoisuuksia (g/ 100 ml) veteen eri lämpötiloissa. c) Kuparisulfaatista valmistettiin 60 C:n lämpötilassa 50 millilitraa kylläistä liuosta. Kuinka monta grammaa kiinteää kuparisulfaattia saostui, kun liuos jäähtyi huoneen lämpötilaan (20 C)? Kuparisulfaattia saostui: 20,0 g 10,35 g = 9,65 g. d) 25 millilitraan 40-asteista vettä lisättiin 12,60 grammaa natriumkloridia. Montako grammaa suolaa jäi liukenematta? 36,6 g Suolaa liukeni: = 9,15 g 4 Liukenematta jäi: 12,60 g 9,15 g = 3,45 g. 8