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

Samankaltaiset tiedostot
CHEM-A1250 Luento 3, klo Kemiallinen reaktio

Alikuoret eli orbitaalit

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

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

ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

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

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

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

Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Jaksollinen järjestelmä ja sidokset

Kovalenttinen sidos ja molekyyliyhdisteiden ominaisuuksia

Lukion kemia 3, Reaktiot ja energia. Leena Piiroinen Luento

Ionisidos ja ionihila:

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET

Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet

ATOMIN JA IONIN KOKO

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

Kiteinen aine. Kide on suuresta atomijoukosta muodostunut säännöllinen ja stabiili, atomiseen skaalaan nähden erittäin suuri, rakenne.

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

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

Ionisidos syntyy, kun elektronegatiivisuusero on tarpeeksi suuri (yli 1,7). Yleensä epämetallin (suuri el.neg.) ja metallin (pieni el.neg.) välille.

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

Erilaisia entalpian muutoksia

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

Erilaisia entalpian muutoksia

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

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

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

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

Luento 1: Sisältö. Vyörakenteen muodostuminen Molekyyliorbitaalien muodostuminen Atomiketju Energia-aukko

Kvanttimekaaninen atomimalli. "Voi hyvin sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvanttimekaniikkaa. -Richard Feynman

Kaikki ympärillämme oleva aine koostuu alkuaineista.

Jaksollinen järjestelmä

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

Yhdisteiden nimeäminen

Atomi. Aineen perusyksikkö

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

KE2 Kemian mikromaailma

HEIKOT SIDOKSET. Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia.

Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2 1/2 p = 2 p.

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

9. JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ

SIDOKSET. Palautetaan mieleen millaisia sidoksia kemia tuntee ja miten ne luokitellaan: Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia.

d) Klooria valmistetaan hapettamalla vetykloridia kaliumpermanganaatilla. (Syntyy Mn 2+ -ioneja)

Reaktiosarjat

KE2 Kemian mikromaailma

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

CHEM-C2210 Alkuainekemia ja epäorgaanisten materiaalien synteesi ja karakterisointi (5 op), kevät 2017

Kemian opiskelun avuksi

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

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

Ainemäärien suhteista laskujen kautta aineiden määriin

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

Orgaanisten yhdisteiden rakenne ja ominaisuudet

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus:

Puhtaat aineet ja seokset

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

2. Maitohapon CH3 CH(OH) COOH molekyylissä

Tehtävä 1. Avaruussukkulan kiihdytysvaiheen kiinteänä polttoaineena käytetään ammonium- perkloraatin ja alumiinin seosta.

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Seoksen pitoisuuslaskuja

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

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

1. ELEKTRONIEN ENERGIA

luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

Osio 1. Laskutehtävät

Jaksollinen järjestelmä

KE1 KERTAUSTA SIDOKSISTA VASTAUKSET a) K ja Cl IONISIDOS, KOSKA KALIUM ON METALLI JA KLOORI EPÄMETALLI.

Kemiallisia reaktioita ympärillämme Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet

Lämpö- eli termokemiaa

Siirtymämetallien erityisominaisuuksia

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

EPÄORGAANINEN KEMIA HARJOITUKSIA. Jaksollinen järjestelmä

KE2 KURSSIKOE 4/2014 Kastellin lukio

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

Alkuaineita luokitellaan atomimassojen perusteella

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

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

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

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

1. Malmista metalliksi

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

Metallien ominaisuudet ja rakenne

Chem-C2400 Luento 2: Kiderakenteet Ville Jokinen

Taulukko Käyttötarkoitus Huomioita, miksi? Kreikkalaisten numeeriset etuliitteet

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

Reaktiolämpö KINEETTINEN ENERGIA POTENTIAALI- ENERGIA

Kuva 1: Yhdisteet A-F viivakaavoin, tehtävän kannalta on relevanttia lisätä näkyviin vedyt ja hiilet. Piiroteknisistä syistä tätä ei ole tehty

Sähkökemiaa. Hapettuminen Jännitesarja Elektrolyysi Faradayn laki Korroosio

1. Materiaalien rakenne

Rakennusalan kemia 5 op

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

Molekyylit. Helsinki University of Technology, Laboratory of Computational Engineering, Micro- and Nanosciences Laboratory. Atomien väliset sidokset

Workshop: Tekniikan kemia OAMK:ssa

Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan?

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

neon kemian kertauskirja Miria Hannola-Teitto Reija Jokela Markku Leskelä Elina Näsäkkälä Maija Pohjakallio Merja Rassi EDITA HELSINKI

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

, m s ) täytetään alimmasta energiatilasta alkaen. Alkuaineet joiden uloimmalla elektronikuorella on samat kvanttiluvut n,

Transkriptio:

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

Elektronien vastaanottaminen, luovuttaminen ja jakaminen Pääsääntöisesti kemiallisten sidosten muodostumista Sitoutumisella atomit saavuttavat energiaminimin Toisaalta sitovat huomattavan määrän energiaa! Yksi parhaimmista energiavarastoista. Sitoutuessaan atomit muodostavat kaksi- tai useampiatomisia molekyylejä tai äärettömiä kiinteitä rakenteita Kemialliset sidokset luokitellaan Ionisidos Metallisidos Kovalenttinen sidos (covalent) ja kovalenttinen koordinaatiosidos 2

Ionisidos Muodostumisen edellytys: - Sidokseen kuuluvien atomien elektronegatiivisuusero suuri - Toisella aineella alhainen ionisaatioenergia (elektropositiivinen atomi) - Toisella aineella suuri elektroniaffiniteetti (elektronegatiivinen atomi) Elektropositiivinen atomi luovuttaa yhden tai useamman elektronin elektronegatiiviselle atomille => kationi ja anioni Sähköisesti vastakkaismerkkiset ionit vetävät toisiaan voimakkaasti puoleensa => vetovoima = ionisidos Yleensä: atomit saavat jalokaasurakenteen, oktetin (ei siirtymäalkuaineet!) 3

Ionisidoksen muodostuminen Kationi Anioni + - Na Cl Na Cl Na + + Cl - => NaCl Ionisidokset ovat vahvoja sidoksia Kaikki ionisidosyhdisteet ovat huoneenlämpötilassa kiinteitä aineita (suoloja) Sähköiset voimat 4

Ionisidoksen ominaisuuksia Elektronegatiivisempi atomi omii elektronit itselleen kokonaan: Liukenee polariisiin liuottimiin (samanlainen liuottaa samanlaista), esim. veteen! Ionit säilyttävät varauksensa myös vesiliuoksessa ja sulatteissa Liuenneessa muodossa suolat ovat sähkönjohteita, kiinteinä eivät (ei vapaita valenssielektroneja) Suolojen korkeat sulamispisteet johtuvat ionisidoksen vahvuudesta 5

Metallisidos Atomit, joilla uloimmalla kuorellaan < 4 elektronia, eivät voi saada oktettia jakamalla elektronipareja (ryhmät 1-3) Metalliatomeilla alhaiset ionisaatioenergiat => uloimmat elektronit (= valenssielektronit) irtoavat helposti Positiiviset metalli-ionit sijaitsevat kiinteässä hilassa eri tavoin pakkautuneina atomin koosta riippuen (vrt. pallojen pakkaus) Valenssielektronit liikkuvat vapaasti metallirakenteessa ja sitovat rakenteen yhteen 6

Metallisidos -ominaisuuksia Vapaat elektronit => hyvä sähkönjohtokyky Ei poolisuutta + sitovat vapaat elektronit => sitkeys Mitä enemmän kiinnipitäviä elektroneja, sen vahvempi sidos - Eli Ryhmä 1: hauraimpia ja alhaiset sulamispisteet, ryhmä 2: em. ominaisuudet kasvavat suhteessa ryhmä 1:een - Siirtymämetalleilla myös sisempien kuorien vajaat d-elektronit osallistuvat sidoksiin ja nostavat sulamispistettä ja sitkeyttä Mn: 1246 C Fe: 1538 C Au: 1063 C mutta Zn: 420 C Cd: 321 C Hg: -38 C d-orbitaali on täynnä eikä osallistu sidoksiin 7

Kovalenttinen sidos Gilbert N. Lewis (1916): kumpikaan atomi ei voi täysin luovuttaa valenssielektronia toiselle atomille, vaan ne jakavat sidoselektroniparin tasaisesti (pyrkien oktettiin) Täydellisessä kovalenttisessa sidoksessa elektronipari kuuluu yhtä paljon kummallekin sidokseen osallistuvalle atomille (H 2, O 2, F 2 ym.) Myös jaksollisessa järjestelmässä lähekkäin sijaitsevat alkuaineet (elektronegatiivisuusero pieni) muodostavat keskenään kovalenttisia sidoksia (NH 3, CO 2, jne.) Toisin kuin aiemmat, ei ole sähköinen vuorovaikutus 8

Valenssisidosteoria (lokalisoitumismalli) Yksinkertaisin, toimii parhaiten kaksiatomisille molekyyleille Cl: [He]2s 2 2p 7 O: [He]2s 2 2p 6 N: [He]2s 2 2p 5 Cl Cl O O N N Yksöis-, kaksois- ja kolmoissidos Jakamalla elektroneja oktetti saavutetaan, ns. lokalisoitusmalli Sidosvoimakkuus: > = > -; Sidospituus: < = < - => kloorikaasu Cl 2 on hyvin reaktiivinen, O 2 reaktiivinen mutta N 2 lähes inertti Nelossidos ei ole energeettisesti mahdollinen (esim. C2 ei esiinny), sen sijaan alkuainehiili muodostaa kovalenttisen kiinteän hilan (vrt. timantti) 9

Muut kuin kaksiatomiset kovalenttiset sidokset => pooliset sidokset Poolinen kovalenttinen sidos, lähes aina kun ei kaksiatominen (esim. HCl, HBr) Näitäkin voidaan vielä selittää valenssisidosmallilla - O + - C O + H O + H - 10

Monielektronisten kovalenttinen sidos Esim. siirtymämetallit (ryhmät 3-12): Orbitaalien miehittämättömät d-elektronit osallistuvat myös sidoksiin => d 10 +s 2 +p 6 = 18 elektronin oktetti Siirtymämetallien sidoksia ei voi enää päätellä oktettimallilla Kovalenttisen sidoksen tarkastelu => takaisin kvanttimekaniikkaan Yksinkertaisimmillaan sidosorbitaali muodostuu vierekkäisistä atomeista (lokalisaatiomalli) 11

Kaikissa kovalenttisen sidosten teorioissa sitoutuvien atomien orbitaalit muodostavat hybridiorbitaalin, jonne valenssielektroni-tiheys keskittyy. Päällekkäiset osat = varsinainen sidosorbitaali. Useammin kuitenkin s, p ja d hybridiorbitaalit, joilla tarkka avaruudellinen orientaatio => määräävät molekyylin muodon Sidosteoriat tärkeitä, koska kemiallinen reaktio alkaa sidoksesta. Molekyylin muoto vaikuttaa myös oleellisesti reaktioon Linear Combination of Atomic Orbitals (LCAO) 12

Heikot vuorovaikutukset Muut molekyylien väliset sidosvoimat: van der Waalsin voimat: Esiintyy dipolimolekyyleillä (dipoleilla on poolinen sidos), kun viereisten dipolien posit. ja negat. varaukset vaikuttavat toisiinsa Vetysidos Dipoli-ilmiö mutta vain vety+elektronegat. atomit (O,N,F) Nostaa esim. kiehumispistettä ko. molekyyleillä Heikompia kuin sisäiset kovalenttiset sidokset, mutta vaikuttavat aineiden olomuodon muutoksiin 13

Sidosten lopputehtävä presemo.aalto.fi/chem 1. CaCl 2 :n todennäköisempi sulamispiste on 770 C 193 C 2. NH 4+ on kaasumainen 3. Fosforioksidi P 4 O 10 muodostaa veteen liuetessaan fosfori- ja happi-ioneita 14

Ydinsanoma Kemiallisten kaavojen ymmärtäminen NH 3 eikä NH 4 (vaan NH 4+ ) (Tai oliko se ammoniakki NH 3 vai NH 4 ) Miksi SO 2 ja SO 3 mutta NO 2 eikä NO 3 (vaan NO 3- ) Kemiallisten perusreaktioiden ymmärtäminen NaCl + vesi -> Na + + Cl - Mutta EI SO 2 + vesi -> S 4+ ja 2O 2- (kovalenttinen kaasu, joka veteen liuetessaan muodostaa rikkihapoketta H 2 SO 3, eikä koskaan ionisoidu) 15

Lyhyt yhteenveto eri sidostyypeistä Ionisidokset: Metallien ja epämetallien välillä kun elektronegatiivisuusero > 1,7. Suoloja, monesti vesiliukoisia, kiinteitä, kovia mutta hauraita, korkeat sulamispisteet, eristeitä. Kovalenttiset sidokset: E-neg. 0,6 1,6 (ei monoatomiset). Todellisuudessa kaikissa ionisidoksissa vähän kovalenttista luonnetta ja päinvastoin. Elektronegatiivisuuseron osuessa puolivaiheille, ei sidostyyppejä enää voimakkaasti luokitella Metallisidokset: puhtaita metalleja, sitkeitä ja pehmeitä (muokattavissa), sähkönjohteita, sulamispisteet vaihtelevat mutta kasvavat ryhmissä 16

Kemiallinen reaktio: kaavat, stoikiometria, reaktioyhtälöt

Kemialliset kaavat Antavat tietoa yhdisteen sisältämistä alkuaineista, niiden määrästä ja rakenteesta 1. Empiirinen kaava Yksinkertaisin, ilmoittaa atomien moolisuhteet Ei kerro välttämättä atomien todellisia lukumääriä, ainoastaan kokonaislukusuhteet, esim. vetyperoksidi H : O = 1 : 1 (HO)n natriumsulfaatti Na + : SO 4 2- = 2 : 1 (Na 2 SO 4 ) n Tarvitaan lähinnä, kun määritetään näytteen alkuainekoostumusta ja -massoja alkuaineanalyysillä (esim. röntgenanalyysi, erilaiset spektroskooppiset menetelmät). Tällöin tuloksena saadaan esim. näytteessä on kalsiumia ja klooria suhteissa 1:2 18

2. Molekyylikaava Ilmoittaa molekyylissä olevien atomien todellisen lukumäärän Alkuainekoostumuksen lisäksi tiedettävä myös molekyylimassa Esim. vetyperoksidi n = 2 -> H 2 O 2 3. Rakennekaava Ilmoittaa, miten atomit ovat sitoutuneet molekyylissä Selvittäminen vaatii nykyaikaisia instrumenttimenetelmiä Erittäin tärkeä mutta harvoin tarvitaan reaktioyhtälöiden kirjoittamiseen 19

Kemiallisten kaavojen muodostaminen: Hapetusluku Kuvaa useimmiten atomin sitoutumisen tilaa yhdisteessä Merkitään roomalaisin numeroin Tarkastellaan valenssielektronien tilaa Ionisoituneissa yhdisteissä hapetusluku on ionin varaus - Al 3+, Alumiinin hapetusluku on III - Cl -, Kloorin hapetusluku on I Vapaan alkuaineen hapetusluku on 0 - N 2, typen hapetusluku on 0 - Na (metallinen), hapetusluku on 0 Molekyylissä (kovalenttinen, ei ionisoitunut) hapetuslukujen summa on molekyylin varaus 20

Molekyylien hapetusasteet Neutraali molekyyli, hap. Lukujen summa = 0. Esim. hiilidioksidi CO 2 : hapen hapetusluku II, hiilen x + 2*(-2) = 0 => x = 4 - Hapen ulkokuori [He]2s 2 2p 4 : kahden elektronin vajaus ideaalitilasta. Stabiileissa yhdisteissään aina II hapetusasteella - Hiilen valenssielektronit [He]2s 2 2p 2 : vastaanotto ja luovuttaminen voi vaihdella => useita eri hapetuslukuja - Molekyylin alkuaineiden hapetusasteiden määrittäminen alkaa aina selvistä tapauksista (metallisimmat metallit (Ryhmät 1 & 2), happi (-II), vety(i), fluori (-I), Alumiini (III)) Jos molekyylillä on varaus (=ioni), hapetuslukujen summa = ko. varaus 21

Varauksellinen molekyyli Tyypillisiä kovalenttisesti sitoutuneita molekyylejä, joilla varaus (=ioni): Karbonaatti-ioni CO 3 2- ; sulfaatti-ioni SO 4 2- ; Fosfaatti-ioni PO 4 3- - Kaksi epämetallia, jotka muodostavat keskenään kovalenttisen, varauksellisen molekyylin - Kaksi- tai useampiatomisia varauksellisia molekyylejä vain epämetalleilla Esim. hiilen hapetusluku karbonaatissa: x + 3*(-2) = -2 => x = 4, ja fosforin x + 4*(-2) = -3 => x = 5 Käyttäytyvät kuin mono-ionit kemiallisessa reaktiossa - Esim. Na + + Cl - -> NaCl, NH 4+ + Cl - -> NH 4 Cl 22

Nimeämisestä 1. Yhdisteissä (neutraali) elektropositiivisempi ensin: natrium ja happi => Na 2 O. Elektronegatiivisemmalle alisteinen idipääte (ja latinapohjainen nimi..eli okso => oksidi). 2. Anioni saa aatti päätteen ja latinapohjaisen alkuainenimen CO 3 2- : karbonaatti-ioni (hiili=carbo..): Karbonaatti-ioni CO 3 2- ja natrium-ioni Na + muodostavat natriumkarbonaatin Na 2 CO3 3. Eli jos ei mainita lopussa ioni-sanaa, molekyyli on varaukseton 4. Atomien lukumäärä voidaan ilmoittaa mono-, di-, tri- ym. etuliitteillä (tärkeää, jos hapetusluku voi vaihdella) 23

Kemiallisten kaavojen muodostaminen Tietoa hapetusluvusta tarvitaan usein yhdisteiden kemiallisen kaavan kirjoittamiseen Esim. natriumoksidi (Na aina +I, happi aina II): Na 2 O Esim. rautaoksidi: raudalla voi olla useita hapetuslukuja - Rautamonoksidi: FeO (rauta(ii)oksidi) - dirauta-trioksidi: Fe 2 O 3 (Rauta(III)oksidi) - Trirauta-tetroksidi: Fe 3 O 4 (Rauta(III,IV)oksidi) - Kaikilla erilaiset ominaisuudet 24

Reaktioyhtälö Lyhennetty esitys siitä, mitä kemiallisessa reaktiossa tapahtuu Kemiallisessa reaktiossa tapahtuu aina atomien uudelleen järjestäytymistä; sidoksia katkeaa ja uusia muodostuu Merkitään: Lähtöaineet Tuotteet Lähtöaineet Tuotteet (jos ns. tasapainoreaktio) Nähdään: Reaktioon osallistuvien komponenttien moolisuhteet (stoikiometria) 25

Reaktioyhtälön vaatimukset 1. Oltava yhtäpitävä kokeellisten tulosten kanssa 2. Kummallakin puolella oltava yhtä monta kunkin alkuaineen atomia (yhtälö tasapainotettu atomien suhteen) 3. Sähkövarausten summien oltava yhtä suuret yhtälön kummallakin puolella (yhtälö tasapainotettu sähkövarausten suhteen) 4. Yleensä näkyviin kirjoitetaan vain reaktioon osallistuvat komponentit 5. Aineen fysikaalinen olotila voidaan kirjoittaa kemiallisen kaavan perään sulkuihin: (g), (l), (s), (aq) 26

6. Nestemäiset ja kiinteät alkuaineet esitetään yleensä 1-atomisina (pääosin metallit). Muilla esiintymismuto, esim. Br 2, I 2, P 4 7. Kaasumaiset alkuaineet 2-atomisina, eli kuinka esiintyvät: H 2, O 2, N 2, Cl 2, F 2 8. Esitetään pienimmät mahdolliset määrät aineita niin, että pyritään kokonaislukukertoimiin. Kertoimet kuvaavat reagoivien aineiden ainemäärien suhteita 9. Reaktioyhtälöitä voidaan käsitellä algebrallisten yhtälöiden tavoin: - samoja termejä voidaan supistaa yhtälön kummaltakin puolelta - yhtälöitä voidaan laskea puolittain yhteen (ei aina!) 27

Pelkkä reaktioyhtälö ei kerro: Reaktionopeutta Meneekö reaktio loppuun Yleensä olosuhteita, joissa reaktio tapahtuu (p, T, ym.) Reaktiomekanismia 28

Esimerkkejä: muodostus ja tasapainotus Vety(kaasu) reagoi hapen (kaasu) kanssa muodostaen vettä H 2 + O 2 -> H 2 O, tuotteiden puolella happivajaus 2H 2 + O 2 -> 2H 2 O Metallinen sinkki liukenee suolahappoon (HCl) ja muodostaa sinkkikloridia ZnCl 2 ja vetykaasua Zn + HCl -> ZnCl 2 + H 2 Zn + 2HCl -> ZnCl 2 + H 2 Halutessaan perään voi kirjoittaa olomuodon, esim. O 2 (g), HCl (l), Zn (s).. 29

Peräkkäiset reaktiot Rikki S ja happi reagoivat rikkidioksidiksi SO 2 ja edelleen rikkitrioksidiksi SO 3 S + O 2 -> SO 2 Peräkkäinen tapahtuma, voidaan laskea SO 2 + O 2 -> SO 3 puolittain yhteen (jos tarpeen). S + O 2 -> SO 2 x2 2 SO 2 + O 2 -> 2 SO 3 => S + 3O 2 -> SO 3 30

Rinnakkaiset reaktiot Seos kupari(i)oksidia Cu 2 O ja kupari(ii)oksidia CuO reagoi vetyvirrassa metalliseksi kupariksi. Erilliset reaktiot (reaktio tapahtuu molemmille yhdisteille mutta eri moolisuhteissa ja mahdollisesti eri aikaan), ei voi kirjoittaa tai laskea yhteen. Cu 2 O + H 2 -> 2 Cu + H 2 O CuO + H 2 -> Cu + H 2 O 31

Stoikiometria reaktiossa = Kemiallisten reaktioyhtälöiden ilmoittamien kvantitatiivisten riippuvuuksien tutkiminen (nimi: stoikheion = alkuaine) Ainemäärä (n) Kemiallisissa reaktioissa atomit, molekyylit ja ionit reagoivat keskenään tietyissä kokonaislukusuhteissa -> reagoivien osasten lukumäärä on havainnollisempi suure kuin niiden massa Ainemäärä on suure, joka ilmoittaa kulloinkin tarkasteltavana olevan osasen (atomi, molekyyli, ioni, elektroni, jne.) lukumäärän Ainemäärän yksikkö on mooli (mol) 32

Yksi mooli mitä tahansa ainetta sisältää aina saman määrän osasia määrä = Avogadron vakion osoittama lukumäärä Yhden moolin massa mitä tahansa ainetta on kyseisen aineen suhteellisen atomi-, molekyyli- tai kaavamassan osoittama lukuarvo grammoina n = m M yksiköt: m: g M: g/mol n: mol Mooli kupari(i)oksidia Cu 2 O sisältää 2 moolia kuparia ja 1 moolia happea 10 g Cu 2 O sisältää 10 g/(2 63,55+15,99)g/mol = 0,0699 mol Cu 2 O:a 33

Esimerkki 1. Rautaa voidaan valmistaa pelkistämällä rautaoksidia hiilellä seuraavan tasapainottamattoman reaktioyhtälön mukaisesti. Kuinka monta kg hiiltä tarvitaan valmistettaessa 500 kg rautaa? Fe 2 O 3 + C -> Fe + CO 2 Fe 2 O 3 + 1,5 C -> 2 Fe + 1,5 CO 2 / x 2 2 Fe 2 O 3 + 3 C -> 4 Fe + 3 CO 2 M Fe = 55,85 g/mol n Fe = 500 kg 55,85 g/mol = 8,95 kmol 34

2 Fe 2 O 3 + 3 C -> 4 Fe + 3 CO 2 Hiilen ainemäärä: n C = ¾ n Fe = ¾ 8,95 kmol = 6,71 kmol Hiilen massa: (M C = 12,01 g/mol) m C = n M = 6,71 kmol 12,01 kg/kmol = 80,60 kg 35

Ensi luennolla Rajoittava tekijä kemiallisessa reaktiossa Liuosten koostumus Lisää laskuesimerkkejä 36