Yhdisteiden nimeäminen Binääriyhdisteiden nimeäminen 1. Ioniyhdisteet (=suolat) 2. Epämetallien väliset yhdisteet Kompleksiyhdisteiden nimeäminen Kemiallinen reaktio 1. Reaktioyhtälö 2. Määrälliset laskut 3. Reaktionopeuteen vaikuttavat tekijät 4. Tasapainoreaktiot

Binääriyhdisteiden* nimeäminen (* kahden alkuaineen yhdiste) Ioniyhdisteet Positiivinen ioni (kationi) ja negatiivinen ioni (anioni) liittyvät sähköisesti neutraaliksi yhdisteeksi. Esim. Na+ ja Cl- -ioni yhdistyvät natriumkloridiksi NaCl. Jos ionivaraukset eivät ole samat, molekyyliin tulee useampia atomeja: esim. Ca2+ ja 2 F- ionia -> CaF2 kalsiumfluoridi Al3+ ja S2- muodostavat Al2S3 (alumiinisulfidi) Yhdisteen nimi muodostetaan asettamalla kationin nimi ja anionin nimi peräkkäin. Joillakin metalleilla on useita kationeja: esim. Fe2+ (rautaII) ja Fe3+ (rautaIII) Ks. Maol: “Tavallisimpia kationeja ja anioneja”

Ratk.a) rauta(II)oksidi b) rauta(III)oksidi c) magnesiumbromidi kationeja: Fe2+ rauta(II) Fe3+ rauta(III) Mg2+ magnesium anioneja: O2- oksidi Br - bromidi S2- sulfidi Nimeä: a) FeO b) Fe2O3 c) MgBr2 d) FeBr2 Ratk.a) rauta(II)oksidi b) rauta(III)oksidi c) magnesiumbromidi d) rauta(II) bromidi

Epämetallien väliset yhdisteet Epämetalleilla, kuten C,N , S, O, Cl ei ole positiivista kationia, kuten metalleilla. Silti ne muodostavat keskenään yhdisteitä. Esim. Hiilellä, typellä ja rikillä on useita oksideja. Näiden nimissä käytetään kreikkalaisia lukusanoja. SO3 = rikkitrioksidi CO = hiilimonoksidi N2O5 = dityppipentaoksidi Se, mitkä oksidit esim. rikillä ovat mahdollisia selviää Maol:n hapetuslukutaulukosta. Esim. Rikillä S ovat mahdolliset hapetusluvut +II, +IV, ja +VI, hapella O vain -II. Oksidit ovat siis SO, SO2 ja SO3 1= mono 2= di 3= tri 4= tetra 5= penta 6= heksa

Kompleksiyhdisteet, nimeäminen Muita esim. SO42- =sulfaatti NO3- =nitraatti PO43- = ortofosfaatti HCO3 - = vetykarbonaatti Useat anionit ovat kompleksisia: Ne muodostuvat atomiryhmistä. Esim. CO32- = karbonaatti-ioni Kompleksisista kationeista mainittakoon ammonium-ioni NH4+ . Nimeäminen tapahtuu asettamalla kationi-ja anioninimi peräkkäin: esim. Na2CO3 = natriumkarbonaatti NH4Cl = ammoniumkloridi (salmiakki)

ks. kationi-anionitaulukko Tehtäviä: ks. kationi-anionitaulukko 1. Nimeä a) AlPO4 b) Ca(HCO3)2 c) (NH4)2SO3 d) Mg(CN)2 e) FeBr2 2. Kirjoita kaava a) alumiinioksidi b) typpitrioksidi c) rauta(III)kloridi d) bariumvetysulfaatti e) ammoniumsulfidi

Kemiallinen reaktio 1. Reaktioyhtälö Kemiallisessa reaktiossa alkuaineet tai yhdisteet reagoivat keskenään synnyttäen uusia yhdisteitä. Viime kädessä kyse on elektronien siirtymisistä elektronikuorien välillä. Reaktioon osallistuvia aineita sanotaan lähtöaineiksi ja syntyviä aineita reaktiotuotteiksi Aineiden atomien ja molekyylien välisiä lukumääräsuhteita kuvataan reaktioyhtälöllä.

Esim1 Ammoniakin valmistus typestä ja vedystä + -> N 3 H2 + N2 -> 2 NH3 Silmälasien valmistusta voisi kuvata yhtälöllä 2 L + S -> L2S Mitä ovat L ja S ?

Kertoimien määrittäminen - ohje 1. Kirjoita lähtöaineet ja tuotteet yhtälöön ilman kertoimia. 2. Kirjoita kertoimet yhtälöön periaatteella, että kutakin atomilajia tulee olla reaktioyhtälön molemmilla puolilla yhtä suuri määrä. Suorita tasapainotus alkuaine kerrallaan. Lähde sellaisista alkuaineista, joita on vain yhdessä lähtöaineessa ja tuotteessa. Esim. Fe2O3 + C -> Fe + CO2 Tasapainotetaan ensin happi , sitten hiili, lopuksi rauta 2 Fe2O3 + C -> Fe + 3 CO2 2 Fe2O3 + 3 C -> Fe + 3 CO2 Reaktioyhtälö: 2 Fe2O3 + 3 C -> 4 Fe + 3 CO2

Tasapainota seuraavat reaktioyhtälöt CH4 + O2 -> CO2 + H2O P + O2 -> P2O5 H3PO4 + NaCl -> Na3PO4 + HCl C2H4 + O2 -> CO2 + H2O

Määritä kertoimet: CaHPO4 + Ca(OH)2=> Ca3(PO4)2+ H2O HCl + KMnO4 => KCl + MnCl2+ Cl2+ H2O C2H6 + O2 => CO2 + H2O HCl + MnO2 => MnCl2 + Cl2 + H2O

Määrälliset laskut 1. Massasuhdemenetelmä Esim. Kuinka paljon hiiltä kuluu pelkistettäessä 4000 g Fe2O3 -malmia raudaksi seur. reaktiossa? 2 Fe2O3 + 3 C -> 3 CO2 + 4 Fe Ratkaisu: Fe2O3 -molekyyli painaa 2*55.85+3*16=159.7 hiiliatomi C painaa 12. Reaktioyhtälön mukaan hiilen ja malmin massasuhde = 3*12/(2*159.7) =0.113 Merkitään x:llä hiilen kulutusta. Tällöin x / 4000 kg = 0.113 josta x = 452 kg

Periaate massasuhdemenetelmässä Reaktioyhtälön mukaan 2 malmimolekyyliä reagoi aina 3 hiilimolekyylin kanssa. Käyttämällä atomipainotaulukkoa saadaan hiilen ja malmin massasuhteeksi reaktiossa 3 hiiliatomin massa = 3*12/(2*157.9) = 0.113 2 malmimolekyylin massa Tätä suhdetta käytetään verrannossa, jolla ratkaistaan hiilen määrä reaktiossa

Ainemäärä n ja mooli (mol) Koska reaktioissa on tärkeä tietää hiukkasten kappalemäärät, on otettu käyttöön suure ainemäärä, jonka symboli on n. Perusyksiköksi(mooli) on valittu kappalemäärä atomeja, joka on 12 g:ssa hiiltä, ns. Avogadron luku, joka on n. 6.022*1023 kpl. Määr. 1 mol = Avogardon luvun osoittama kappalemäärä hiukkasia. Koska hiiliatomit ovat 12 kertaa vetyä painavampia 1 mol vetyatomeja painaa 1 g, 1 mol heliumatomeja painaa 2 g 1 mol happiatomeja painaa 16 g , 1 mol vesimolekyylejä painaa 18g Yleisesti: Atomipainon (molekyylipainon) osoittamassa grammamäärässä alkuainetta(yhdistettä) on tasan 1 mooli hiukkasia. Kaava n = m /M n = ainemäärä mooleina, m=massa grammoina, M = kaavapaino

Kaasujen moolitilavuus Vm = 22,4 l / mol Esimerkkejä 1. Montako moolia on 100 g:ssa NaCl ? NaCl:n kaavapaino on M=23+35.5 = 58.5 moolimäärä n = m/M = 100/58.5 mol = 1.7 mol 2. Paljonko painaa 45 mol typpihappoa HNO3 Typpihapon kaavapaino M = 1+28+3*16=77 45 moolin massa m = n M = 45*77 g = 3465 g Kaasujen moolitilavuus Vm = 22,4 l / mol Kaikille ns. ideaalikaasuille on kaasumoolin tilavuus sama = 22.4 l NTP-olosuhteissa. (t=0 oC ja norm. ilmanpaine) Esim. 5 moolia ilmaa vie tilavuuden 5*22.4 l eli 112 litraa.

2. Moolimenetelmä Esim. Kuinka monta litraa happea kuluu ja kuinka monta litraa savukaasuja syntyy, kun 7000g propaania palaa? C3H8 + 5 O2 -> 3CO2 + 4 H2O Propaanin M=3*12+8 = 44 Vastaus: happea kuluu 18 m3 savukaasuja syntyy 25 m3

Tehtävä Kirjoita etanolin C2H5OH palamisreaktio. Etanolia on 600g. Laske tarvittava happimäärä litroina NTP:ssä. Laske myös savukaasujen tilavuus. Kuinka suuren tilavuuden ilmaa palaminen tarvitsee, kun happea on ilmassa 21%.

Reaktionopeuteen vaikuttavat tekijät Reaktiomekanismi: Reaktion A + B => AB tapahtuminen edellyttää hiukkasten A ja B törmäystä riittävällä törmäys- energialla, jota kutsutaan aktivaatioenergiaksi. Reaktion nopeutta lisäävät: 1) aineiden hienojakoisuus (enemmän kosketuspinta-alaa) 2) korkea lämpötila (riittävät törmäysenergiat) 3) korkea paine ( enemmän törmäyksiä aikayksikössä) 4) katalysaattorin läsnäolo (Katalysaattori muuttaa reaktiomeka- nismia ja alentaa siten aktivaatienergiaa. Katalysaattori ei itse kulu reaktiossa. Luonnon katalysaattori = entsyymi)

Konsentraatio eli väkevyys Määritelmä: Liuoksen / seoksen väkevyys eli konsentraatio c = n / V Sen yksikkö on 1 mol/ l (merk. Joskus 1 M) symboli = c tai [ ] esim. NaCl -liuoksen väkevyys merkitään cNaCl tai [NaCl]

Tasapainoreaktiot Useat reaktiot voivat edetä molempiin suuntiin riippuen olosuhteista. A + B => C + D reaktion -> nopeus on verrannollinen lähtöaineiden konsentraatiohin v1 = k1 [A] [B] ja se pienenee reaktion edetessä. Vastareaktion <- nopeus on verrannollinen tuotteiden konsentraatioihin. v2=k2 [C] [D] ja se kasvaa reaktion edetessä. Kun reaktio hidastuu ja vastareaktion nopeutuu, saavutetaan jossain vaiheessa tilanne, jossa v1=v2 , reaktio on näennäisesti pysähtynyt, vaikka molemmat reaktiot jatkuvat. Tilaa kutsutaan dynaamiseksi tasapainoksi.

Otetaan mukaan reaktioyhtälön kertoimet a,b,c,d : a A + b B => c C + d D Tasapainotilanteessa v1 = v2 eli k1 [A]a [B]b = k2 [C]c [D]d josta [C]c [D]d k1/k2 =K = [A]a [B]b Tätä vakiota K sanotaan reaktion tasapainovakioksi ja se on kullekin reaktiolle ominainen. Jos K on suuri, reaktio etenee pitkälle, jos K on pieni, reaktion tasapaino jää lähtöaineiden puolelle. Myöhemmin esille tulevat happo- ja emäsvakiot ovat em. kaltaisia tasapainovakioita.

Tasapainoon vaikuttavat tekijät 1. Lähtöaineita lisäämällä voidaan reaktio tasapainossa käynnistää oikealle. 2. Tuotteita poistamalla seoksesta saadaan reaktio etenemään oikealle. 3. Lämpötilan lisääminen saa reaktion etenemään lämpöä sitovaan (endotermiseen )suuntaan ja alentaminen eksotermiseen. 4. Paineen lisääminen saa kaasureaktiot etenemään pienemmän hiukkasmäärän suuntaan. Esim. 3 H2 + N2 -> 2 NH3 on kaasureaktio, jossa 4 hiukkasesta tulee 2. Paineen kohottaminen siten edistää reaktiota. Yleinen “Le Chatellierin periaate”: Reaktio etenee suuntaan, jossa ulkoinen muutos eliminoituu. Reaktio väistää ulkoista pakkoa.