Luku 1 Kemiallisen reaktion perusteita Miksi kemiallinen reaktio

Luku 1, Kemiallisen reaktion perusteita • Miksi kemiallinen reaktio tapahtuu? • Reaktioyhtälön kirjoittaminen ja tasapainottaminen • Reaktioyhtälöihin liittyvät laskut

1. 1 Miksi reaktio tapahtuu? • Kemiallisessa reaktiossa ei häviä ainetta, reaktion jälkeen jokaisen alkuaineen atomeja on yhtä paljon kuin ennen reaktiota. • Reaktiossa lähtöaineiden sidoksia katkeaa ja muodostuu uusia sidoksia, syntyy reaktiotuotteita. • Sidoksen katkeamiseen tarvitaan energiaa ja muodostumisessa vapautuu energiaa. • Reaktion käynnistymiseen liittyvä törmäysteoria: – Hiukkasten tulee törmätä toisiinsa – Törmäykselle tulee olla oikea suunta – Törmäävillä hiukkasilla tulee olla riittävästi energiaa (riittävän voimakas törmäys)

1. 1 Miksi reaktio tapahtuu? • Reaktio tapahtuu siirtymäkompleksin (hetkellinen, korkeaenerginen välitila) kautta • Siirtymäkompleksin muodostumiseen vaadittavan aktivoitumisenergian ylittävät törmäykset johtavat tuotteiden muodostumiseen

1. 1 Miksi reaktio tapahtuu? • Spontaani reaktio tapahtuu itsestään • Spontaanius riippuu kahdesta pyrkimyksestä – Energiamini ja epäjärjestyksen kasvu • Reaktion energianmuutosta kuvaa entalpiamuutos, ΔH ΔH=H(tuotteet) – H(lähtöaineet) ΔH<0, eksoterminen reaktio ΔH>0, endoterminen • Pelkän energiaminimiperiaatteen perusteella vain eksotermiset reaktiot olisivat spontaaneja

1. 1 Miksi reaktio tapahtuu? • Entropia kuvaa systeemin järjestystä • Systeemi pyrkii kohti suurempaa epäjärjestystä, eli ΔS>0 ΔS = S(tuotteet – S(lähtöaineet) • Epäjärjestys kasvaa esim. sulamisessa, höyrystymisessä, kiinteän aineen liukenemisessa ja reaktiossa, jossa muodostuu paljon kaasuja

1. 1 Miksi reaktio tapahtuu? • Reaktion spontaanius voidaan laskea, kun yhdistetään ΔH ja ΔS tietyssä lämpötilassa Gibbsin energianmuutokseksi ΔG = ΔH – TΔS • ΔG<0, spontaani reaktio • ΔG>0, ei spontaani • Endoterminen voi olla spontaani, jos epäjärjesty kasvaa tarpeeksi , eli ΔS ja T ovat riittävän suuria • Eksoterminen ei ole aina spontaani, jos järjestys kasvaa riittävästi, eli ΔS tarpeeksi negatiivinen

1. 2 Reaktioyhtälöt • Reaktioyhtälö kertoo, mitkä aineet reagoivat ja mitä syntyy ja joskus reaktio-olosuhteet • Vasemmalle reaktioon osallistuvat lähtöaineiden kemialliset merkit tai kaavat ja oikealle syntyvät reaktiotuotteiden vastaavat merkinnät lähtöaineet reaktiotuotteet • Yleensä epäorgaanisten aineiden reaktioon merkitään myös olomuodot (s, l, g, aq)

1. 2 Reaktioyhtälöt • Aineen häviämättömyyden lain perusteella reaktioyhtälön eripuolilla on samat määrät saman alkuaineen atomeja (massojen summa sama molemmilla puolilla) • Tähän päästään reaktioyhtälön tasapainotuksella (kemiallisten merkkien ja kaavojen eteen pienimmät mahdolliset kokonaislukukertoimet)

1. 3 Reaktioyhtälöön liittyvät laskut • Laskut noudattavat seuraavaa järjestystä: – Lasketaan tehtävässä annetun aineen ainemäärä kaavalla tai – Lasketaan reaktioyhtälön kertoimien perusteella kysytyn aineen ainemäärä (ainemäärien suhde on sama kuin kertoimien suhde) – Lasketaan kysytyn aineen massa tai konsentraatio kaavalla tai • Natriumin palaminen 4 Na(s) + O 2(g) 2 Na 2 O (s) 4 kpl 1 kpl 2 kpl 4 mol 1 mol 2 mol 1/4 mol 2/4 mol 4 x mol 2 x mol y mol 1/4 y mol 2/4 y mol