KE2 Ihmisen ja elinympäristön kemiaa

KE2 Kurssisisältö

KE2 Kurssisisältö

Kpl 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

  • Laskutehtävät
    • ainemäärä
    • konsentraatio
    • (suhteellinen atomimassa)
    • (Avogadron vakio)
  • Liuoksen valmistaminen
    • laskut + oikeat välineet, oikeat työvaiheet

Kpl 2 Orgaanisten yhdisteiden rakenne ja ominaisuudet

  • Orgaanisen yhdisteen rakenne - sidosten määrät eri atomeilla yms.
  • Funktionaaliset ryhmät
  • Nimestä rakennekaavaksi
  • Hybridisaatiot
    • sp, sp2 ja sp3
    • sigma ja pii –sidokset
  • Aineiden ominaisuuksien vertailua
    • vetysidos, dipoli-dipoli-sidos, dispersiovoimat
    • kiehumispisteet
    • vesiliukoisuus
    • Selitä riittävän paljon

Kpl 3 Orgaaniset yhdisteet - rakenteiden mallintaminen ja rakennetutkimus

  • Suhdekaava ja molekyylikaava (laskut!)
  • Rakenneisomeria
    • ketjuisomeria
    • paikkaisomeria
    • funktioisomeria
  • Aineen rakenteen analyysimenetelmiä
    • (teknistä puolta ei tarvitse tuntea)
    • Massaspektri
    • IR-spektri
    • (NMR-spektri)

Kpl 4 Molekyylien avaruusrakenne ja stereoisomeria

  • Molekyylien 3D-muoto
    • VSEPR-teoria
  • Orgaanisten yhdisteiden avaruusisomeria
    • konformaatio
    • cis-trans
    • (E/Z)
    • optinen

Orgaanisten yhdisteiden rakennekaavat

Käytä osoitteessa www.molview.org olevaa sovellusta ja piirrä seuraavat orgaanisten yhdisteiden rakenteet.
Tarkista piirtämäsi rakenne tarkistamalla ohjelman antama nimi (Tools --> Information card)

  1. 2-metyylipentaani
  2. 2,2-dimetyylibutaani
  3. 2-jodipropaani
  4. 4-etyyli-2,2-dimetyyliheksaani
  5. 3-bromi-2-penteeni
  6. 1,1-dikloorisyklo-oktaani
  7. 2-butanoli
  8. 5-metyyli-3-heksanoli
  9. 1,3-dihydroksibentseeni eli resorsinoli
  10. 1,2,3-propaanitrioli eli glyseroli
  11. propanaali
  12. butanoni
  13. bentsaldehydi
  14. propaanihappo
  15. 2-hydroksibentsoehappo (salisyylihappo)
  16. etaanidihappo (oksaalihappo)
  17. 2-hydroksibutaanihappo
  18. propaanihapon butyyliesteri.

Ainemäärä

Kemian reaktioissa tarvittavien aineiden määriä tulisi mitata hiukkasten kappalemäärinä. Esimerkiksi 15 metaanimolekyylin polttamiseen tarvitaan 30 happimolekyyliä.

Todellisuudessa kappalemäärät ovat niin suuria, ettei lukumääristä puhuminen ole enää järkevää. Mitataan siis hiukkasia suurempina yksiköinä. Tämä suurempi yksikkö on nimeltään mooli. Yksi mooli hiukkasia tarkoittaa aina [[$ 6,022 \cdot 10^{23}$]] kappaletta hiukkasia.
mooli.PNG
Voidaan siis sanoa, että metaanin palamisessa reagoivat keskenään 1 mooli metaania ja 2 moolia happea. Tämä on lopulta paljon helpompi käsittää, kuin puhua todellisista kappalemääristä (602 200 000 000 000 000 miljoonaa metaanimolekyyliä sekä 1 204 400 000 000 000 000 miljoonaa happimolekyyliä)

Kyseessä on ainemäärä, yksi luonnontieteen perussuureista. Suureella on aina nimi, tunnus ja yksikkö. Ainemäärän tunnus on n ja sen yksikkö mooli, joka voidaan lyhentää mol.

Suure Tunnus Yksikkö
Nopeus v m/s
Aika t s
Ainemäärä n mol


Moolimassa

Käytännössä laboratoriossa tarvittavia aineita mitataan kuitenkin grammoissa. Tyypillinen kemian laskutilanne kuuluukin seuraavasti:
"Tarvitsen reaktioon 3 moolia vettä. Kuinka monta grammaa vettä tulee silloin punnita?"

Otetaan käyttöön käsite moolimassa. Moolimassa ilmaisee kuinka monta grammaa yksi mooli haluttua ainetta painaa. Alkuaineiden moolimassat on taulukoitu jaksolliseen järjestelmään.

Esimerkiksi
1 mooli happiatomeita painaa 16,00 grammaa
1 mooli natriumatomeita painaa 22,99 grammaa
3 moolia hiiliatomeita painaa [[$ 3\cdot 12,01 = 36,03$]] grammaa.
moolimassa.PNG

Suurin osa kemiassa käytettävistä aineista on yhdisteitä, jolloin niiden moolimassa tulee laskea itse.
Esimerkiksi veden [[$H_2O$]] moolimassa saadaan laskemalla yhteen kaikki atomit, joista yksi mooli vettä koostuu.
Yhdessä moolissa vettä on 2 moolia vetyatomeja ja yksi mooli happiatomeja. Veden moolimassa on siis
[[$2 \cdot 1,008 + 1\cdot 16,00 =18,016$]]
Yksi mooli vettä painaa siis 18,016 grammaa.
Johdantoesimerkissä haluttu 3 moolia vettä painaa silloin [[$3\cdot 18,016 = 54,048$]] grammaa

Esimerkki
Laske rikkihapon [[$ H_2SO_4$]] moolimassa.
Yhdessä moolissa rikkihappoa on 2 moolia vetyä, 1 mooli rikkiä sekä 4 moolia happea.
Rikkihapon moolimassa on siis [[$2\cdot 1,008 +1\cdot 32,07+4\cdot16,00=98,086$]]
Yksi mooli rikkihappoa painaa siis 98,086 grammaa.

Moolimassaa merkitään tunnuksella M ja sen yksikkönä on g/mol. Kemiassa massaa mitataa yleensä käytännön syistä grammoina

Suure Tunnus Yksikkö
Ainemäärä n mol
Moolimassa M g/mol
Massa m g


Laskuja

Esimerkki
Kuinka paljon painaa 4,5 moolia kultaa?

Kullan (Au) moolimassa on jaksollisen järjestelmän mukaan 196,97 g/mol.
Kysytty massa on siis 4,5 mol [[$\cdot$]] 196,07 g/mol= 886,365 grammaa

Sama ajatus pätee muillekin aineille. Voidaan siis yleistää, että
laskukaava.PNG

Usein laskuissa ollaan myös tilanteessa, jossa tunnetaan aineen massa, mutta halutaan tietää montako moolia ainetta on. Jakamalla edellisen yhtälön molemmat puolet moolimassalla M saadaan
laskukaava2.PNG

Esimerkki
Punnitaan 5,2 grammaa ruokasuolaa. Kuinka monta moolia suolaa on?

Ruokasuola eli natriumkloridi eli NaCl. Kyse on yhdisteestä, joten lasketaan ensin sen moolimassa. Tämän jälkeen voidaan laskea kysytty ainemäärä.

Laskuesim.PNG


Konsentraatio

Kemian töissä käytetään paljon myös liuoksia. Laboratoriossa voi tulla vastaan esimerkiksi tilanne:
"Tarvitsen reaktioon 0,32 moolia kuparisulfaattia. Kuinka paljon pullossa olevaa liuosta siis mittaan?"

Liuoksia mitataan tilavuuksina, tyypillisesti millilitroina tai litroina. Tarvittavaan tilavuuteen vaikuttaa liuoksen väkevyys; väkevää liuosta tarvitaan vähemmän kuin laimeaa liuosta.

Tavallisesti liuoksen väkevyyttä kuvataan konsentraatiolla. Konsentraatio ilmoittaa kuinka monta moolia ainetta on liuennut litraan liuosta. Konsentraation tunnuksena on c ja yksikkönä mol/litra.
Konsentraatio lasketaan kaavalla

konsentraatio.PNG
Laskuissa tilavuuden yksikkönä käytetää aina litraa.


Suure Tunnus Yksikkö
ainemäärä n mol
moolimassa M g/mol
massa m g
konsentraatio c mol/l
tilavuus V l

Esimerkki
Opiskelija liuottaa 0,8 grammaa natriumkloridia 3dl vettä. Laske liuoksen konsentraatio.

Konsentraatiota varten tulee ensin tietää liuotettava aineen ainemäärä.

laskuesim2.PNG



Esimerkki
Pullossa olevan kuparisulfaattiliuoksen [[$ CuSO_4$]] konsentraatio on 0,5 mol/l. Kuinka monta millilitraa liuosta pitää mitata, jotta saadaan reaktiossa tarvittava 0,32 moolia kuparisulfaattia?

Konsentraation laskukaava
[[$ c = \frac{n}{V}$]]
kerrotaan puolittain tilavuudella, jolloin saadaan laskukaava
[[$c \cdot V = n$]]
jaetaan puolittain konsentraatiolla
[[$ V = \frac{n}{c}$]]

Tarvittava tilavuus on siis
[[$ V= \frac{n}{V} = \frac{0,32 mol}{0,5 mol/l} = 0,64 litraa$]]

0,64 litraa = 640 millilitraa