Seoksen pitoisuuslaskuja KEMIAA KAIKKIALLA, KE1 Analyyttinen kemia tutkii aineiden määriä ja pitoisuuksia näytteissä. Pitoisuudet voidaan ilmoittaa: - massa- tai tilavuusprosentteina - promilleina tai ppm-pitoisuutena, ppm = parts per million - konsentraatioina Määritelmä: Liuoksen pitoisuus ilmoittaa, kuinka paljon liuennutta ainetta on tiettyä liuosmäärää kohti. Huom Liuos on liuotin + liuennut aine. Esim. m liuos = m liuotin + m liuennut aine Liuoksen pitoisuus: väkevämmässä on enemmän liuennutta ainetta ja laimeammassa vähemmän. VÄKEVÄ LIUOS LAIMEA LIUOS 1
Massa- ja tilavuusprosenttiosuudet Kiinteän aineen pitoisuus liuoksessa massaprosentteina, merkitään m-% tai p-% m liuennut aine m % = 100% m liuos Nesteenä olevan aineen pitoisuus liuoksessa tilavuusprosentteina, merkitään til-% tai vol-% til % = V liuennut aine V liuos 100% HUOM! Kun laskee tilavuusprosentteja, niin on tarkistettava, vaikuttaako aineen liukeneminen liuoksen kokonaistilavuuteen. Esimerkiksi etanoli-vesiliuoksen tilavuus ei ole veden ja etanolin tilavuuksien summa. Syy: ekyylien koot ja vuorovaikutukset (vetysidokset, tulee myöhemmin). Vesi-ekyylit menevät etanoli-ekyylien väliin. m % = m liuennut aine m liuos 100 % til. % = V liuennut aine V liuos 100 % 2
Liuoksen valmistaminen Siirto mittapulloon. 1 Punnitus. 2 3 Täyttö merkkiin asti. Tässä välissä korkki kiinni ja hillitty sekoittaminen! Sekoitus. 4 5 6 Säilytys ja merkinnät. EXTRA Ainemäärä moolit KEMIAA KAIKKIALLA, KE1 Määritelmä: Yksi mooli on sellaisen systeemin ainemäärä, joka sisältää yhtä monta rakenneosaa (perusosaa) kuin niitä on tasan 12 grammassa hiili-12- isotoopin atomeja. Rakenneosa (perusosanen) voi olla atomi, ekyyli, ioni, elektroni tai muita hiukkasia. Toisin sanoen, yhdessä moolissa on 6,022 10 23 kpl tämän aineen rakenneosasta. Tätä vakiota sanotaan Avogadron vakioksi ja merkitään symbolilla N A. Huom.: Ainemäärän (suure) tunnus on n ja sen yksikkö on mooli, lyhennetään. Litraa vettä maapallon merissä maapallon ikä sekunneissa maapallon väestö 602 200 000 000 000 000 000 000 maapallon etäisyys Auringosta sentteinä 3
Aineen rakenneosat voivat olla Esimerkkejä 1. Alkuaineatomeja Na, Ca, K, Cu, Fe, He, Ne, Ar, Kr, Xe, 2. Alkuaineekyylejä H 2, O 2, F 2, Br 2, Cl 2, I 2 3. Molekyyliyhdisteitä H 2 O, C 6 H 12 O 6, CO 2, NH 3, CH 3 CH 2 OH 4. Ioniyhdisteillä erimerkkisistä ioneista rakentuvia kaavayksiköitä NaCl, joka rakentuu Na + ja Cl - - ioneista Ca(NO 3 ) 2, joka rakentuu Ca 2+ ja NO 3 - -ioneista Nykyisin tiedetään, että alkuaineiden todelliset atomimassat ovat suuruusluokkaa 1 10 24 5 10 22 grammaa, joten otettaessa yksi mooli eli 6,022 10 23 kappaletta alkuaineen atomeita voidaan käyttää vaakaa, sillä punnittavat massat ovat noin 0,6 300 grammaa. 4
Jos tiedetään aineen ainemäärä n, aineen rakenneosien lukumäärä N lasketaan kertomalla ainemäärä Avogadron vakiolla. MAOL! N = n N A, josta ratkaisemalla saadaan n = N N A 5
Käytännössä on tärkeää tietää, kuinka paljon on puhdasta ainetta punnittava, jotta sitä olisi tietty ainemäärä. Kemiassa hyödynnetään ns. suhteellisia atomimassoja, jotka määritetään hiili-12 vertailumassan kautta. Tällöin kunkin alkuaineen yhden moolin massa saadaan suoraan suhteellisesta atomimassasta. Määritelmä Moolimassa, suuresymboli M, yksikkö, ilmoittaa yhden moolin massan grammoina. Esimerkiksi M H g = 1,008 g. Kurssikirjan takana olevassa jaksollisessa järjestelmässä on kunkin alkuainelokeron alareunassa moolimassat. Opettele käyttämään mooleja ja moolimassoja! Ioniyhdisteiden ja ekyylien moolimassa lasketaan alkuaineiden moolimassojen kautta. Esimerkiksi veden H 2 O moolimassa lasketaan M H 2 O = 2 M H + M O = 2 1,008 g + 16,00 g = 18,016 g 6
Vastaavasti kuparisulfaatin CuSO 4 M CuSO 4 = M Cu + M S + 4 M O = 63,55 g + 32,07 g + 4 16,00 g = 159,62 g AINEMÄÄRÄ MASSAKSI MASSA AINEMÄÄRÄKSI Lopuksi, kuinka massoista saadaan moolit ja mooleista massat. Eli ainemäärän n muuttaminen maasaksi m. Kun halutaan tietää mikä on tarkasteltavan aineen massa kun tiedetään ainemäärä, niin kerrotaan ainemäärä moolimassalla, siis m = n M Kun halutaan tietää kuinka monta moolia punnittu massa kyseistä ainetta on, jaetaan massa moolimassalla, siis n = m M 7
EXTRA Konsentraatio Edellä liuosten pitoisuuksia tarkasteltiin massa- ja tilavuusprosenttien kautta. Kemiassa on kuitenkin otettava käyttöön mooleihin eli ainemääriin perustuva liuospitoisuus käsite. Määritelmä: Konsentraatio, suuresymboli c, yksikkö = dm 3 l, tarkoittaa liuenneen aineen ainemäärää tiettyä liuostilavuutta kohti. Yksikköä merkitään usein isolla M-kirjaimella, älä sekoita sitä = dm 3 l moolimassan suureeseen, joka on M. KEMIAA KAIKKIALLA, KE1 Esimerkki: Merkintä 13 M happo- tai emäspullon kyljessä tarkoittaa, että kyseinen liuos on 13 aarista, eli sen konsentraatio = liuoksen väkevyys on 13 moolia/litra. 8
Esimerkki Laske liuoksen konsentraatio, kun sen tilavuus on 5,0 l ja siihen on liuotettu a) 2,0 moolia suolaa NaCl Ratkaisu n(nacl) = 2,0 ja V(NaCl liuos) = 5,0 l, joten c NaCl = n V = 2,0 5,0 l = 0,40 l b) 20 grammaa suolaa NaCl. Ratkaisu ja m(nacl) = 20 g, joten M NaCl = 22,99 + 35,45 n = m M c = n V = m MV = 20 g 58,44 g = 58,44 g g = 0,068 5,0 l l 9
Laskukaavoja Kemian laskut 10
11