Reaktioyhtälö

9.5.2014
Reaktioyhtälö
Sähköisen oppimisen edelläkävijä | www.e-oppi.fi
Empiirinen kaava, molekyylikaava,
rakennekaava, viivakaava
• Empiirinen kaava (suhdekaava) ilmoittaa, missä suhteessa
yhdiste sisältää eri alkuaineiden atomeja
• Molekyylikaava ilmoittaa, monta alkuaineen atomia on
yhdisteen molekyylissä
• Rakennekaava ilmoittaa molekyylissa olevien atomien
keskinäisen sijainnin
– Tiivistetty rakennekaava, Viivakaava
8.5.2014
Orbitaali 3 -kalvoaineisto
21
1
9.5.2014
Kemian merkintöjä
• Kemiallinen
merkki
• Kemiallinen
kaava
• Kemiallinen
reaktioyhtälö
8.5.2014
Orbitaali 3 -kalvoaineisto
22
Empiirisen kaavan määrittäminen
• Polttoanalyysi etenee seuraavasti:
– Tutkittava yhdiste laitetaan korkeaa lämpötilaa kestävään upokkaaseen ja upokas laitetaan
uuniin.
– Uuniin johdetaan happivirta. Tutkittava orgaaninen yhdiste reagoi hapen kanssa.
– Täydellisen palamisreaktion reaktiotuotteena saadaan vettä ja hiilidioksidia. Palamisen
ensimmäisessä vaiheessa vesi absorboidaan (imetään) reaktiotuotteista erilleen.
– Toisessa vaiheessa kerätään reaktiossa syntynyt hiilidioksidi. Ylimääräinen happi kulkee
koko analyysiketjun läpi.
8.5.2014
Orbitaali 3 -kalvoaineisto
23
2
9.5.2014
8.5.2014
Orbitaali 3 -kalvoaineisto
24
Kemiallisen reaktion yhtälö
• Reaktioyhtälö on symbolinen ilmaisu
–
–
–
–
Lähtöaineet ja reaktiotuotteet
Kertoimet ilmoittavat ainemääräsuhteet, aineiden olomuodot
Reaktioyhtälö ei kerro, miten nopeasti reaktio tapahtuu
Nuolimerkintä
• Yksinkertainen nuoli = reaktio etenee niin pitkälle oikealle, että vähintään
yksi lähtöaineista loppuu
• Kaksisuuntainen nuoli = reaktio asettuu tasapainoon tietyn ajan kuluttua;
tasapainotilassa tapahtuu sekä etenevä reaktio että sille vastakkainen
palautuva reaktio
– Kaksisuuntainen nuoli, joista nuolten sisemmät sakarat poistettu, käytössä,
kun kuvataan dynaamista tasapainoa
– Orgaanisessa kemiassa ei aina kirjoiteta täydellistä reaktioyhtälöä
– Kokonaisreaktioyhtälö, ionimuodossa oleva yhtälö, osittaisreaktiot
8.5.2014
Orbitaali 3 -kalvoaineisto
25
3
9.5.2014
Reaktioyhtälön kertoimien
määrittäminen atomien ja elektronien
häviämättömyyden perusteella
1.
2.
3.
4.
5.
Kirjoitetaan lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden kaavat ja nuolet
Tasapainotetaan ensimmäisen alkuaineen määrä ja toisen …
Määritetään mahdollisimman pienet kokonaisluku kertoimet
Tarkista tasapainotus
Liitetään tieto aineen (alkuaine, yhdiste, molekyyli)
olomuodosta sulkeisiin kemiallisen merkin tai kaavan perään
Orgaanisen kemian reaktioiden reaktioyhtälöiden merkintätavoissa
poikkeuksia (mm. hapettuminen, pelkistyminen). Jos reaktiossa
mukana varauksia, ne on myös tasapainotettava.
8.5.2014
Orbitaali 3 -kalvoaineisto
26
Reaktioyhtälötehtäviä
• Kirjoita reaktioyhtälöt oikein kaavoin ja kertoimin
– Kun suolahappoliuokseen (vetyloridin vesiliuokseen ) lisätään
magnesiumjauhetta, syntyy vetykaasua ja magnesiumkloridin vesiliuos
2 HCl(aq) + Mg(s)  H2(g) + MgCl2(aq)
– Kun rautanaulaa hehkutetaan, rauta reagoi ilman hapen kanssa ja naulan
pinnalle muodostuu rauta(II)oksidia
2 Fe(s) + O2(g)  2 FeO(s)
– Rikkidioksidikaasu hapetetaan rikkitrioksidiksikaasuksi käyttäen katalyyttinä
divanadiinipentaoksidia [O], V2O5
VO
SO2(g)
SO3(g) tai 2 SO2(g) + O2(g) 2 5 2 SO3(g)
– Kiinteä kaliumnitraatti hajoaa kiinteäksi kaliumnirtiitiksi, ja rekatiossa
vapautuu happea
2 KNO3(s)  2 KNO2(s) + O2(g)
– Rauta liukenee kuuman fosforihapon vesiliuokseen, ja reaktiossa syntyy
veteen liukenevaa rauta(III)fosfaattia ja vetykaasua
2 Fe(s) + 2H3PO4(aq)  2 FePO4(aq) + 3 H2(g)
– Sinkkimalmirikaste muunnetaan oksidiksi lopullista sinkin valmistusta varten
siten, että happikaasu reagoi kiinteän sinkki(II)sulfidin kanssa, jolloin
muodostuu kiinteää sinkki(II)oksidia ja rikkidioksidikaasua
2 ZnS(s) + 3 O2(g)  2 ZnO(s) + 2 SO2(g)
8.5.2014
Orbitaali 3 -kalvoaineisto
27
4
9.5.2014
Hapetuslukujen määräytyminen
1. Vapaan alkuaineen atomien hapetusluku on aina nolla. Sama sääntö pätee myös
alkuainemolekyyleissä, joissa on useampi saman alkuaineen atomi (N2, S8, P4, I2,
O2).
2. Neutraalissa molekyylissä atomien hapetuslukujen summa on nolla (NH3, H2O,
CaO).
3. Yksiatomisten ionien hapetusluku on sama kuin sen ionivaraus.
4. Moniatomisessa ionissa hapetuslukujen summa on sama kuin ionin varaus.
Esimerkiksi Cr2O72-, hapetuslukujen summa -II; HSO4-, hapetuslukujen summa on -I.
5. Molekyylin elektronegatiivisemmalla atomilla on negatiivinen hapetusluku ja
vähemmän elektronegatiivisella positiivinen hapetusluku. Tästä seuraa muun
muassa se, että alkalimetallien hapetusluku on +I, maa-alkalimetallien +II,
halogeenien -I (pääasiassa).
6. Vetyatomin hapetusluku yhdisteessä on +I, paitsi metallihydrideissä -I (LiH, NaH).
7. Hapen hapetusluku yhdisteessä on -II, paitsi peroksideissa -I (H2O2) ja
fluoriyhdisteessä +II (OF2)
Tähän palataan KE4-kurssilla
8.5.2014
Orbitaali 3 -kalvoaineisto
28
Stoikiometriaa
Sähköisen oppimisen edelläkävijä | www.e-oppi.fi
5
9.5.2014
Nämä tulossa
tällä kurssilla
8.5.2014
Orbitaali 3 -kalvoaineisto
30
Reaktioyhtälöiden käyttöä
•
Reaktiota rajoittava tekijä
– Jos jokin reaktion lähtöaineista loppuu ensin, sitä kutsutaan reaktiota
rajoittavaksi tekijäksi
•
Rinnakkaiset reaktio
– Reaktioseoksessa voi tapahtua useita toisistaan riippumattomia reaktioita.
Nämä reaktiot kirjataan erikseen ja myös lasketaan erikseen. Voidaan sanoa
myös, että kysymyksessä on seoksissa tapahtuvat reaktiot ja lasketaan
seoslaskuja
•
Reaktiosarjat
– Reaktiosarjassa aineen valmistaminen raaka-aineistaan (alkuperäiset
lähtöaineet) tapahtuu monesti useassa vaiheessa. Eri reaktioita voidaan
kuvata omilla reaktioyhtälöillä ja niistä koostuvaa reaktioiden sarjaa
kokonaisreaktioyhtälöllä.
•
Reaktiosaanto
8.5.2014
Orbitaali 3 -kalvoaineisto
31
6