Opetus.tv PRO
Opetus.tv
REAKTIOYHTÄLÖ JA
SEN KÄYTTÖ
KE3: Reaktiot ja energia 3/5
Reaktioyhtälö
lähtöaineet
reaktiotuotteet
reaktionuoli
osoittaa
- reaktiotyypin
- reaktion suunnan
kemialliset kaavat
- ioniyhdisteen kaava
-
orgaaniset yhdisteet
- suhdekaava
- molekyylikaava
- rakennekaava
olomuodot
olomuotosymboleilla kerrotaan, missä olomuodossa aine on
s kiinteä
l neste
g kaasu
aq vesiliuos
NaHCO_3
H_2O
CO_2
CH_3COONa
CH_3COOH
(s)
(aq)
(l)
(g)
(aq)
2
2
+
+
2
+
reaktioyhtälön kertoimet
- molemmilla puolilla reaktioyhtälöä pitää olla yhtä paljon kutakin alkuainetta
- ei murtolukuja
- lukua 1 ei merkitä
Mitä kaikkea tarvitaan reaktioyhtälöön?
Yhdisteen kaava ja nimeäminen
Kemiallinen kaava kertoo
- mistä alkuaineista yhdiste koostuu
- mitkä ovat alkuaineiden suhteelliset lukumäärät toisiinsa verrattuna
empiirinen kaava
= suhdekaava
- yhdisteen alkuaineet
- suhteelliset lukumäärät
(CH_2)_n
molekyylikaava
- alkuaineiden todelliset lukumäärät yhdisteessä
- voidaan laskea suhdekaavasta, jos yhdisteen M tunnetaan
C_4H_8
rakennekaava
- kertoo atomien avaruudellisen sijainnin toisiinsa nähden
H_2O
A1
Ioniyhdisteet
Kaava
1) positiivinen ioni = kationi
2) negatiivinen ioni = anioni
Esim. natriumkloridi NaCl
Cl^-
Na^+
magnesiumbromidi
MgBr_2
Mg^{2+}
Br^-
bromi-ioneja pitää olla 2 kappaletta, jotta yhdisteen varaukseksi tulee 0
- ionien lukumäärä ei näy yhdisteen nimestä!
- jos alkuaine voi esiintyä useammalla eri hapetusluvulla, kirjoitetaan hapetusluku alkuaineen perään sulkeisiin
Fe^{2+}
Fe^{3+}
FeO
Fe_2O_3
rauta(II)oksidi
rauta(III)oksidi
A2
Tehtävä 2: Ioniyhdisteiden rakentaminen
Käy hakemassa lego-setti ja rakenna ioniyhdisteitä setin ohjeiden mukaan. Kaikki settejä ei ole pakko rakentaa!
1) Ioniyhdisteen kaava 1
2) Moniatomiset ionit
3) Luo itse
- Keksi itse, miten voisit mallintaa legojen avulla sulfaattia, sulfiittiä ja sulfidia niin, että rikin erilaiset hapetusluvut kävisivät ilmi mallista.
- Hae erilaisia palikoita tarpeesi mukaan ja selitä ratkaisussasi, mitä milläkin palikalla mallinnetaan. (ei valmista settiä)
- Millaisia yhdisteitä saat aikaiseksi, kun yhdistät edellä mainitut ionit hopea-, kupari- tai kromi-ionin kanssa?
Molekyyliyhdisteet
Kaava ja nimeäminen
Kahdesta alkuaineesta koostuva moniatominen molekyyliyhdiste:
-
Ensimmäiseksi se alkuaine, jolla on pienempi järjestysnumero
- Poikkeuksena yhdisteet, joissa on happi ja jokin halogeeni.
- Saman pääryhmän alkuaineista ensimmäiseksi merkitään alkuaine, jolla on suurempi järjestysluku.
- Toinen alkuaine nimetään vastaavalla tavalla kuin, jos se esiintyisi yhdisteessä anionina ja saa päätteen -idi.
- Etuliitteillä ilmoitetaan alkuaineiden lukumäärät
-
Jos ensimmäiseksi merkittyä alkuainetta on yhdisteessä vain yksi kappale, etuliitettä mono ei käytetä.
- Esim. CO hiilimonoksidi, ei monohiilimonoksidi
Orgaaniset yhdisteet
Kaava ja nimeäminen
-
Pisin hiilirunko
- voi olla suora, haarautunut tai rengasrakenteinen
- funktionaalinen ryhmä
- sivuryhmät aakkosjärjestykseen
etuliite
yhdisteen "pääte"
1
2
3
4
5
pent-3-en-2-oli
hiiliketjussa 5 hiiltä
toiminnallisen ryhmän sijainti
toiminnallinen ryhmä
prioriteetiltaan korkein toiminnallinen ryhmä
Kertaa tarvittaessa KE2-kirjasta!
Reaktioyhtälö
- Ilmassa esiintyvät alkuaineet ja yhdisteet kaasuja (g)
- Metallit elohopeaa lukuunottamatta kiinteitä (s)
- Ioniyhdisteet kiinteitä (s)
- Happojen ja emästen vesiliuokset ja muut veteen liuotetut aineet (aq)
- Reaktioon osallistuva vesi nesteenä
- paitsi palamisreaktion tuotteena vesihöyrynä
H_2O(l)
H_2O(g)
Olomuodot
Reaktioyhtälö
- merkitään reaktionuolen yläpuolelle (ja alapuolelle, jos olosuhteita paljon)
-
esimerkkejä
-
lämpötila (T tai Δ)
- Δ lämpötilan muutos, kuumennus tai korkea lämpötila (voi olla myös teksti "lämpö" tai "kuumennus")
- T jokin tietty lämpötila
- katalyytit (kat.)
- paine (p)
- liuotin
- säteily (hv)
- [O] hapetusreaktio
-
lämpötila (T tai Δ)
Olosuhteet
Reaktionuolet
reaktio tapahtuu vasemmalta oikealle
\rightarrow
\rightleftharpoons
\leftarrow
\rightarrow
reaktio voi tapahtua kumpaan suuntaa tahansa olosuhteista riippuen
tasapainoreaktioissa: sekä etenevä että palautuva reaktio tapahtuvat samanaikaisesti (lisää KE5-kurssilla)
C(s)+O_2(g)\rightarrow CO_2(g)
Ag^+(aq)+Cl^-(aq)\rightarrow AgCl(s)
\leftarrow
NH_3(aq)+H_2O(l)\rightleftharpoons NH_4^+(aq)+OH^-(aq)
Reaktioyhtälö
Kemiallinen reaktio
Kokonaisreaktio
Nettoreaktio
AgNO_3(aq)+KCl(aq)\rightarrow AgCl(s)+KNO_3(aq)
Kun hopeanitraattiliuosta sekoitetaan kaliumkloridiliuokseen, saostuu reaktioastiaan hopekloridia.
lähtöaineet ja reaktiotuotteet näkyvät reaktioyhtälöstä
Ag^+(aq)+NO_3^-(aq)+K^+(aq)+Cl^-(aq)\rightarrow AgCl(s)+K^+(aq)+NO_3^-(aq)
Ag^+(aq)+Cl^-(aq)\rightarrow AgCl(s)
reaktion kannalta olennainen osa näkyvissä
Reaktioyhtälön tasapainottaminen
Aineiden häviämättömyyden laki
Jos lähtöaineessa on tietty määrä jotain atomia, on reaktiotuotteissa esiinnyttävä sama määrä kyseistä atomia.
- lähtöaineiden ja tuotteiden eteen etsitään pienimmät mahdolliset kokonaislukukertoimet
- reaktioyhtälön kertoimet ilmaisevat reaktioon osallistuvien aineiden ainemäärien suhteet
Reaktioyhtälön tasapainottaminen
-
Kirjoita lähtöaineiden ja tuotteiden kaavat.
- Alkuaineena vety, happi, typpi, fluori, kloori, bromi ja jodi kirjoitetaan pääsääntöisesti kaksiatomisina molekyyleinä, jalokaasut yksiatomisina.
- Merkitse olomuodot (s, l, g, aq).
-
Valitse jokin alkuaine ja tasapainota sen määrä reaktioyhtälön molemmin puolin kertomalla sopivalla kertoimella.
-
Tasapainota muut alkuaineet samoin.
-
Tarkista sähkövaraukset.
-
Ionivarausten summan pitää olla sama yhtälön molemmilla puolilla.
-
Hapetus-pelkistysreaktioissa luovutettujen ja vastaanotettujen elektronien lukumäärät pitää olla samat yhtälön molemmilla puolilla. Hapetuslukujen kokonaismuutos on nolla.
-
-
Jaa tai kerro yhtälön molemmat puolet sellaisella luvulla, että saat reaktioyhtälöön mahdollisimman pienet kokonaislukukertoimet.
-
Kertoimina hyväksytään vain kokonaisluvut, murtoluvut pitää muuttaa kokonaisluvuiksi.
-
- Tarkista kaikki luvut ja lukumäärät.
Esimerkki
Muodosta tasapainotettu reaktioyhtälö propanolin palamiselle.
CH_3CH_2CH_2OH(l)\ +
O_2(g)
CO_2(g)\ +
H_2O(g)
6
8
3 C
8 H
1 O + 2 O
Vetyä parillinen määrä, happea pariton määrä
propanolille pitää laittaa parillinen kerroin
1 C
2 H
2 O + 1 O
2
6 C
16 H
2 O + 2 O
6 C
16 H
12 O + 8 O
9
18 O
Reaktiosarjat
-
reaktiosarja, jossa haluttu tuote syntyy monien peräkkäisten reaktioiden kautta
- edellisen vaiheen tuote toimii seuraavan vaiheen lähtöaineena
-
peräkkäisiä vaiheita kutsutaan osareaktioiksi
- jokaiselle vaiheelle voidaan kirjoittaa oma reaktioyhtälö
- kokonaisreaktioyhtälö kuvaa kaikki vaiheet lähtöaineista tuotteeksi
Peräkkäiset reaktiot
- Kirjoita osareaktiot allekkain siinä järjestyksessä kuin ne tapahtuvat ja tasapainota reaktioyhtälöt.
-
Muokkaa edeltävä ja seuraava osareaktio niin, että jokin tai jotkin edeltävän reaktion tuotteiden ja seuraavan reaktion lähtöaineiden kertoimet ovat samoja. Tee näin kaikille osareaktioille
-
Laske reaktioyhtälöt yhteen kirjoittamalla kaikki lähtöaineet reaktioyhtälön vasemmalle puolelle ja kaikki tuotteet oikealle puolelle.
-
Supista ylimääräise aineet, joita esiintyy reaktioyhtälön molemmilla puolilla.
Kokonaisreaktion kirjoittaminen
Esimerkki
Erästä freonia, difluoridikloorimetaania, voidaan valmistaa seuraavasti:
CH_4\ + Cl_2\rightarrow CCl_4\ + HCl
CCl_4\ + HF\rightarrow CCl_2F_2\ + HCl
Laske tarvittavan kloorikaasun massa, kun valmistetaan 0,156 g difluoridikloorimetaania.
Ratkaisu
CH_4\ +
CCl_4\ +
HF\rightarrow
CCl_2F_2\ +
HCl
HCl
Cl_2\rightarrow
CCl_4\ +
2
4
4
2
CH_4\ + 4\ Cl_2\ + 2\ HF\rightarrow CCl_2F_2\ +\ 6\ HCl
Tasapainotetaan ensin osareaktiot ja muodostetaan kokonaisreaktiolle yhtälö:
\text{m}(CCl_2F_2)=0,\!156\ \text{ g}
\text{M}(CCl_2F_2)=120,\!91\ \frac{\text{ g}}{\text{ mol}}
\text{m}(Cl_2)=\ ?
\text{M}(Cl_2)=70,\!90\ \frac{\text{ g}}{\text{ mol}}
\text{n}(CCl_2F_2)=\frac{\text{m}(CCl_2F_2)}{\text{M}(CCl_2F_2)}
=\frac{0,156\ \text{g}}{120,91\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}
\approx 1,\!2902...\cdot 10^{-3}\text{ mol}
Lasketaan difluoridikloorimetaanin ainemäärä:
Reaktioyhtälöstä nähdään, että
\frac{\text{n}(CCl_2F_2)}{\text{n}(Cl_2)}=\frac{1}{4}
\text{n}(Cl_2)=4\cdot\ \text{n}(CCl_2F_2)
=4\cdot 1,\!2902...\cdot 10^{-3}\text{ mol}
= 5,\!1608...\cdot 10^{-3}\ \text{ mol}
\text{m}(Cl_2)=\text{n}(Cl_2)\cdot \text{M}(Cl_2)
= 5,\!1608...\cdot 10^{-3}\ \text{ mol}\cdot 70,\!90\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}
\approx 0,\!366\text{ g}
Vastaus: Klooria tarvitaan 0,366 g
Rinnakkaiset reaktiot
Reaktiosarjat
- useita toisistaan riippumattomia reaktioita reaktioseoksessa
- samoista lähtöaineista samoissa olosuhteissa rinnakkaisissa reaktioissa eri tuotteita
Seoslaskut
- jokaiselle reaktiolle oma reaktioyhtälö
- kaikkia aineita käsitellään laskennallisesti erikseen
- reaktioyhtälöitä EI saa laskea yhteen!
Tasapainotetun reaktioyhtälön käyttö
- Selvitä, mitä kysytään. Merkitse näkyviin tunnettujen suureiden kirjaintunnukset, lukuarvot ja yksiköt.
- Kirjoita tasapainotettu reaktioyhtälö. Muista olomuodot!
- Selvitä tarvitsemasi suureyhtälöt.
- Huomioi yksiköt ja merkitsevät numerot.
Saanto
-
kemiallisessa reaktiossa muodostuu vain harvoin tuotteita yhtä paljon kuin reaktioyhtälön perusteella voisi olettaa
- osa aineista jää reagoimatta
- tuotetta kuluu jatkoreaktioon
- reaktion aikana käsittelyssä "katoaa" aineita
- saanto = muodostuvan aineen määrä
- teoreettinen saanto = määrä, joka tuotetta pitäisi reaktioyhtälön mukaan muodostua
- todellinen saanto = laboratoriokokeessa valmistetun tuotteen määrä
- saantoprosentti kuvaa laboratoriotyöskentelyn laatua ja tehokkuutta
\text{saantoprosentti}=\frac{\text{todellinen saanto}}{\text{teoreettinen saanto}}\cdot 100\ \%
Reaktion rajoittava tekijä
Jos tehtävässä ilmoitetaan useamman kuin yhden lähtöaineen ainemäärä, on laskettava, mikä aine loppuu ensin.
Ensin loppuva aine = reaktion rajoittava tekijä
Esimerkki: Rajoittava tekijä
Riston herkkupizza
pohja:
3 dl durumjauhoja
1,5 dl vettä
ripaus suolaa
ripaus leivinjauhetta
1,5 rkl öljyä
täyte:
200 g salamia
3 tomaattia
4 isoa herkkusientä
12 mustaa oliivia
150 g paprikaa
Linda päätti valmistaa niin monta Riston herkkupizzaa vierailleen kuin mahdollista. Hänellä oli jo kotona pohja-ainekset valmiiksi ja kaupasta hän osti 17 tomaattia, 1 kg salamia, 18 herkkusientä, 54 oliivia ja 600 g paprikaa.
Mikä oli rajoittava tekijä ja kuinka monta pizzaa Linda pystyi tekemään?
Salami:
\frac{1\ \text{kg}}{200\ \text{g}}=5
Tomaatit:
\frac{17}{3}=5\frac{2}{3}
Herkkusienet:
\frac{54}{12}=4,\!5
Paprika:
\frac{600\ \text{g}}{150\ \text{g}}=4
Paprikaa riittää vain 4 pizzaan, joten paprika on rajoittava tekijä.
KE3 3/5 Reaktioyhtälö ja sen käyttö
By Opetus.tv
