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:

  1. Ensimmäiseksi se alkuaine, jolla on pienempi järjestysnumero
    • Poikkeuksena yhdisteet, joissa on happi ja jokin halogeeni.
  2. Saman pääryhmän alkuaineista ensimmäiseksi merkitään alkuaine, jolla on suurempi järjestysluku.
  3. Toinen alkuaine nimetään vastaavalla tavalla kuin, jos se esiintyisi yhdisteessä anionina ja saa päätteen -idi.
  4. 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!

Opetus.tv: Orgaanisten yhdisteiden nimeäminen

Reaktioyhtälö

  1. Ilmassa esiintyvät alkuaineet ja yhdisteet kaasuja (g)
  2. Metallit elohopeaa lukuunottamatta kiinteitä (s)
  3. Ioniyhdisteet kiinteitä (s)
  4. Happojen ja emästen vesiliuokset ja muut veteen liuotetut aineet (aq)
  5. 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

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

  1. Kirjoita lähtöaineiden ja tuotteiden kaavat.
    • Alkuaineena vety, happi, typpi, fluori, kloori, bromi ja jodi kirjoitetaan pääsääntöisesti kaksiatomisina molekyyleinä, jalokaasut yksiatomisina.
  2. Merkitse olomuodot (s, l, g, aq).

  3. Valitse jokin alkuaine ja tasapainota sen määrä reaktioyhtälön molemmin puolin kertomalla sopivalla kertoimella.

  4. Tasapainota muut alkuaineet samoin.

  5. 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.

  6. Jaa tai kerro yhtälön molemmat puolet sellaisella luvulla, että saat reaktioyhtälöön mahdollisimman pienet kokonaislukukertoimet.

    • Kertoimina hyväksytään vain kokonaisluvut, murtoluvut pitää muuttaa kokonaisluvuiksi.

  7. 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

  1. Kirjoita osareaktiot allekkain siinä järjestyksessä kuin ne tapahtuvat ja tasapainota reaktioyhtälöt.

  2. Muokkaa edeltävä ja seuraava osareaktio niin, että jokin tai jotkin edeltävän reaktion tuotteiden ja seuraavan reaktion lähtöaineiden kertoimet ovat samoja. Tee näin kaikille osareaktioille

  3. Laske reaktioyhtälöt yhteen kirjoittamalla kaikki lähtöaineet reaktioyhtälön vasemmalle puolelle ja kaikki tuotteet oikealle puolelle.

  4. 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

  1. useita toisistaan riippumattomia reaktioita reaktioseoksessa
  2. 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

  1. Selvitä, mitä kysytään. Merkitse näkyviin tunnettujen suureiden kirjaintunnukset, lukuarvot ja yksiköt.
  2. Kirjoita tasapainotettu reaktioyhtälö. Muista olomuodot!
  3. Selvitä tarvitsemasi suureyhtälöt.
  4. 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.