Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Samankaltaiset tiedostot
Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

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

Reaktioyhtälö. Sähköisen oppimisen edelläkävijä Empiirinen kaava, molekyylikaava, rakennekaava, viivakaava

Lukion kemia 3, Reaktiot ja energia. Leena Piiroinen Luento

Reaktiosarjat

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos

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

Jaksollinen järjestelmä

Kemiallisia reaktioita ympärillämme Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet

Luku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Ainemäärien suhteista laskujen kautta aineiden määriin

Erilaisia entalpian muutoksia

Reaktiomekanismi. Tänä päivänä hyödynnetään laskennallista kemiaa reaktiomekanismien määrittämisessä/selvittämisessä!

Esimerkiksi ammoniakin valmistus typestä ja vedystä on tyypillinen teollinen tasapainoreaktio.

Erilaisia entalpian muutoksia

Kondensaatio ja hydrolyysi

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

MITÄ SIDOKSILLE TAPAHTUU KEMIALLISESSA REAKTIOSSA

luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

Neutraloituminen = suolan muodostus

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

Jaksollinen järjestelmä ja sidokset

(Huom! Oikeita vastauksia voi olla useita ja oikeasta vastauksesta saa yhden pisteen)

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Reaktiot ja energia. Kurssin yleiset tiedot. (työt to-pe!!! Ehkä ma-ti) Kurssi 3 (syventävä): Reaktiot ja energia, Ke3 Tunnit (45min):

NIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni

Elektrolyysi Anodilla tapahtuu aina hapettuminen ja katodilla pelkistyminen!

c) Mitkä alkuaineet ovat tärkeitä ravinteita kasveille?

CHEM-A1250 Luento 3, klo Kemiallinen reaktio

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

Määritelmät. Happo = luovuttaa protonin H + Emäs = vastaanottaa protonin

c) Tasapainota seuraava happamassa liuoksessa tapahtuva hapetus-pelkistysreaktio:

Ohjeita opetukseen ja odotettavissa olevat tulokset

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

Bensiiniä voidaan pitää hiilivetynä C8H18, jonka tiheys (NTP) on 0,703 g/ml ja palamislämpö H = kj/mol

joka voidaan määrittää esim. värinmuutosta seuraamalla tai lukemalla

ATOMIN JA IONIN KOKO

Normaalipotentiaalit

1. a) Selitä kemian käsitteet lyhyesti muutamalla sanalla ja/tai piirrä kuva ja/tai kirjoita kaava/symboli.

Kemiallinen reaktio

Reaktiolämpö KINEETTINEN ENERGIA POTENTIAALI- ENERGIA

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

Helsingin yliopiston kemian valintakoe. Keskiviikkona klo Vastausselvitykset: Tehtävät:

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

Veden ionitulo ja autoprotolyysi TASAPAINO, KE5

Kertaus. Tehtävä: Kumpi reagoi kiivaammin kaliumin kanssa, fluori vai kloori? Perustele.

Lämpö- eli termokemiaa

Ionisidos ja ionihila:

Liittymis- eli additioreaktio Määritelmä, liittymisreaktio:

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Johdantoa/Kertausta. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Kemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I

KOTITEKOINEN PALOSAMMUTIN (OSA II)

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Lukion kemian OPS 2016

Sähkökemia. Sähkökemiallinen jännitesarja, galvaaninen kenno, normaalipotentiaali

Näiden aihekokonaisuuksien opetussuunnitelmat ovat luvussa 8.

Kemian koe, Ke3 Reaktiot ja energia RATKAISUT Perjantai VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

2. Suolahappoa lisättiin: n(hcl) = 100,0 ml 0,200 mol/l = 20,0 mmol. Neutralointiin kulunut n(hcl) = (20,0 2,485) mmol = 17,515 mmol

Seokset ja liuokset. 1. Seostyypit 2. Aineen liukoisuus 3. Pitoisuuden yksiköt ja mittaaminen

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

CHEM-A1250 Luento 3 Sidokset (jatkuu) + kemiallinen reaktio

1. Malmista metalliksi

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

a) Puhdas aine ja seos b) Vahva happo Syövyttävä happo c) Emäs Emäksinen vesiliuos d) Amorfinen aine Kiteisen aineen

Stipendiaattityöt Jyväskylän yliopiston kemian laitos

Kemian opiskelun avuksi

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin.

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen

Kemia s10 Ratkaisut. b) Kloorin hapetusluvun muutos: +VII I, Hapen hapetusluvun muutos: II 0. c) n(liclo 4 ) = =

Liuos voi olla hapan, emäksinen tai neutraali

POHDITTAVAKSI ENNEN TYÖTÄ

Kemia 7. luokka. Nimi

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

Kaikki ympärillämme oleva aine koostuu alkuaineista.

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

Taulukko Käyttötarkoitus Huomioita, miksi? Kreikkalaisten numeeriset etuliitteet

Kemia. Kemia Tutkii luontoa, sen rakenteita. Tutkii ainetta, sen koostumusta. sekä reaktioita. Eli kuinka aine muuttuu toiseksi aineeksi.

7. luokan kemia. Nimi

Yhdisteiden nimeäminen

vi) Oheinen käyrä kuvaa reaktiosysteemin energian muutosta reaktion (1) etenemisen funktiona.

Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä.

Kemia ja ympäristö opintojakso

Alikuoret eli orbitaalit

2. Reaktioyhtälö 3) CH 3 CH 2 COCH 3 + O 2 CO 2 + H 2 O

EPÄORGAANINEN KEMIA HARJOITUKSIA. Jaksollinen järjestelmä

Tekijä lehtori Zofia Bazia-Hietikko

Kemian tehtävien vastaukset ja selitykset Lääketieteen ilmainen harjoituskoe, kevät 2017

Osio 1. Laskutehtävät

Transkriptio:

Mitä on kemia? Johdantoa REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi? Kaikissa kemiallisissa reaktioissa tapahtuu energian muutoksia, jotka liittyvät vanhojen sidosten katkeamiseen ja uusien sidosten muodostumiseen. sidos = elektronit. Tällä kurssilla tarkastellaan kemiallista reaktiota ja sen mekanismeja eli miten reaktio tapahtuu, milloin se tapahtuu (olosuhteet), mitä voidaan havaita. Osa kemiallisista reaktioista havaitaan ihmisaistein, esim. valona, lämpönä, värin muutoksena, sakan muodostumisena jne. Osa reaktioista on mikrotason ilmiöitä, joita ei aistein havaita. Joskus on myös helppo erehtyä: veden kiehuessa syntyvät kaasukuplat eivät kerro kemiallisesta reaktiosta, vaan kuplat ovat veteen liuenneita kaasuja ja kaasuuntunutta vettä. Reaktioita tutkittaessa on varmistuttava mitä tutkittavan ilmiön aikana todella tapahtuu ja mitä reaktiotuotteita lähtöaineista syntyy! Miten kemiallinen reaktio tapahtuu? Kemiallinen reaktio voi tapahtua vain silloin, kun lähtöainemolekyylit, -atomit tai -ionit törmäävät toisiinsa riittävän voimakkaasti ja törmäys osuu oikeasta suunnasta molekyylin, atomin tai ionin reaktioherkkään kohtaan. A B A: Lähtöaineet liikkuvat liian hitaasti, eli niiden liike-energia on pieni törmäys on kimmoinen ja reaktiota ei tapahdu. B: Lähtöaineet liikkuvat nopeasti, liike-energia on suuri jos törmäys osuu oikeaan kohtaan, tapahtuu reaktio. 1

Kemialliseen reaktioon liittyviä käsitteitä ja määritelmiä: Reaktiomekanismi tarkoittaa mallia, joka selittää atomi- ja elektronitasolla, miten reaktio tapahtuu (erityisesti orgaanisen kemian reaktiot). Reaktiomekanismin kuvaamiseen käytetään mahdollisimman tarkkoja rakennekaavoja sekä erilaisia nuolia, jotka kuvaavat elektronien liikettä. Fysikaalinen kemia, laskennallinen kemia, synteettinen kemia Kemiallista reaktiota kuvataan tasapainotetulla reaktioyhtälöllä, josta nähdään lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden kemiallisten kaavojen lisäksi myös näiden aineiden olomuodot ja reaktioyhtälön (ns. stoikiometriset) kertoimet. Stoikiometria tulee kreikasta: stoikhein = alkuaine ja metrein = mittaaminen. Kinetiikka on reaktionopeuksia tutkiva ja niitä matemaattisesti mallintava kemian osa-alue. Kemiallisia reaktioita ovat: hapettuminen ja pelkistyminen (palaminen), protolyysi- eli protonin siirtoreaktiot (neutraloituminen), saostuminen, hajoaminen. Orgaanisessa kemiassa lisäksi: substituutio- eli korvautumisreaktiot, additio- eli lisäysreaktiot, eliminaatio- eli poistoreaktiot, kondensaatio eli lohkeaminen, hydrolyysi (saippuan valmistus) ja polymeroitumisreaktiot. Protolyysireaktioita 2

Kun happo ja emäs reagoivat keskenään vesiliuoksessa ne neutraloivat toisensa ja syntyy vettä ja suolaa. Reaktioyhtälöä kuvaavia nuolia 3

Kemistit välittävät tietoa kemiallisista reaktioista kirjoittamalla lyhennettyjä esityksiä siitä, mitä reaktioastiassa tapahtuu. Näitä esityksiä kutsutaan reaktioyhtälöiksi, esimerkiksi CH 4 g + 2O 2 g CO 2 g + 2H 2 O g lähtöaineet Reaktioyhtälöt reaktiotuotteet tai lopputuotteet Tulkinta aina mukaan. Metaanin palaessa syntyy hiilidioksidia ja vettä. Aineiden olomuodot huoneen lämpötilassa: s=kiinteä (solid), l=neste (liquid), g=kaasu (gas) ja aq=veteen liuenneena (aqueous). Huomaa yo. reaktiossa merkintä H 2 O g, millä tarkoitetaan vesihöyryä (reaktio-olosuhteet!), muuten H 2 O l. Reaktioyhtälön on - Oltava yhtäpitävä kokeellisten havaintojen kanssa - Kerrottava, mitkä aineet reagoivat ja mitä reaktiotuotteita syntyy; muita reaktioon osallistumattomia aineita ei tavallisesti kirjoiteta näkyviin - Kerrottava reaktion ainemääräsuhteet (=moolisuhteet), p, kat., H 2 SO 4, hν 4

MUISTA: metallit kiinteitä (elohopea, Hg, nesteenä), happi, typpi, vety ja halogeenit kaksiatomisia, ioniyhdisteet eli suolat kiinteitä, mutta kylläisessä vesiliuoksessa sekä (aq) (veteen liuenneena ioneina) että (s) (kiinteä suolana) hapot ja emäkset veteen liuenneina Kemiallisessa reaktiossa ainetta ei voi hävitä eikä syntyä, vain olomuodot muuttuvat aineen häviämättömyyden periaate. Tämän vuoksi reaktioyhtälö tasapainotetaan, eli etsitään pienimmät kokonaislukukertoimet kemiallisten kaavojen eteen. Kemialliset kaavat: H 2, O 2, KClO 3, C 3 H 5 N 3 O 9, jne. ÄLÄ MUUTA kemiallisia kaavoja (alaindeksejä)! Sähkövarauksen pitää pysyä samana. Eli esimerkiksi ionireaktioissa yhtälön molemmilla puolilla on ionien varausten summan oltava sama. Samoin hapetus-pelkistys ilmiössä hapetuslukujen täytyy olla itseisarvoltaan samat, mutta vastakkaismerkkiset! Reaktioyhtälön kertoimien määrittäminen 5

Esimerkki 1, reaktioyhtälön tasapainottaminen: a) Tasapainotetaan reaktioyhtälö: Zn s + HCl aq ZnCl 2 aq + H 2 g. Nyt sinkit Zn ovat tasapainossa, mutta kloorit Cl ja vedyt H eivät. Kirjoitetaan kerroin kaksi vetykloridin (suolahapon) eteen Zn s + 2 HCl aq ZnCl 2 aq + H 2 g. Havaitaan, että näin on saatu tasapainotettu metallisen sinkin reaktio suolahapon kanssa Zn s + 2 HCl aq ZnCl 2 aq + H 2 g. b) Tasapainotetaan reaktioyhtälö KClO 3 s KCl s + O 2 g. Havaitaan, että aluksi vain happi O ei ole tasapainossa. Kirjoitetaan kerroin kaksi kaliumkloraatin eteen ja kerroin kolme happimolekyylin eteen 2 KClO 3 s KCl s + 3 O 2 g. Seuraavaksi tasapainotetaan kaliumit, jotka alun perin oli tasapainossa. Lähtöpuolella on nyt 2 kpl, lopputuotteissa vain yksi, joten kirjoitetaan kerroin 2 kaliumkloridin eteen 2 KClO 3 s 2 KCl s + 3 O 2 g. Havaitaan, että samalla myös kloorit saavuttivat tasapainon. Tasapainotettu reaktio on siis 2 KClO 3 s 2 KCl s + 3 O 2 g. Toinen vaihtoehtoinen tapa: Reaktioyhtälö on siis KClO 3 s KCl s + O 2 g. Tasapainotetaan hapet KClO 3 s KCl s + 3 2 O 2 g. Kerrotaan lopuksi kokonaisluvulla 2 koko reaktioyhtälö 2 KClO 3 s 2 KCl s + 2 3 2 O 2 g, jolloin tasapainotettu reaktioyhtälö on 2 KClO 3 s 2 KCl s + 3 O 2 g. 6

Esimerkki 2, reaktioyhtälön tasapainottaminen: a) Natriummetalli reagoi veden kanssa muodostaen natriumhydroksidin vesiliuoksen ja vetykaasua. Reaktioyhtälö on: Na s + H 2 O l NaOH aq + H 2 g. Tasapainotetaan vedyt Na s + 2 H 2 O l 2 NaOH aq + H 2 g. ja sitten natriumit (hapet tasapainossa) 2 Na s + 2 H 2 O l 2 NaOH aq + H 2 g. Hapet säilyvät tasapainossa. Siis tasapainotettu reaktioyhtälö on: 2 Na s + 2 H 2 O l 2 NaOH aq + H 2 g. b) Kalsiumkarbonaatti hajoaa kuumennettaessa kalsiumoksidiksi ja hiilidioksidiksi. Reaktioyhtälö on: MUISTA triviaalinimet: CaCO 3 s +lämpöä poltettu kalkki = CaO CaO s + CO 2 g. ja sammutettu kalkki Tasapainotetaan ensin hiilet 2 CaCO 3 s +lämpöä Ca OH 2 CaO s + 2 CO 2 g ja sitten kalsiumit 2 CaCO 3 s +lämpöä 2 CaO s + 2 CO 2 g. havaitaan, että reaktio on nyt tasapainotettu. Yhdisteiden nimeäminen A 7

Yhdisteiden nimeäminen B Jäikö mieleen? 8