18. Ioniyhdisteiden eli suolojen valmistaminen ja nimeäminen
Valmistaminen
Ruokasuola eli NaCl on tietysti suola, mutta niin ovat myös mm. kalsiumfluoridi ja rautaoksidi eli ruoste. Suola on yleisnimitys kaikille ioniyhdisteille. Seuraavaksi tutustutaan neljään eri tapaan, miten kemiassa voidaan valmistaa erilaisia suoloja.
Neutraloitumisreaktiossa happo reagoi emäksen kanssa ja tuloksena syntyy vettä ja suolaa:
happo + emäs [[$ \rightarrow $]] suola + vesi
Tarkoituksena on saada pH neutraaliksi eli arvon 7 tuntumaan. Jos liuos on alun perin hapan, tuodaan siihen sopiva määrä emästä. Jos liuos on emäksinen, liuotetaan siihen sopivasti happoa.
Neutraloitumisreaktiossa syntyvä suola syntyy hapon negatiivisesta ja emäksen positiivisesta ionista:
suolahappo eli vetykloridi + natriumhydroksidi [[$ \rightarrow $]] natriumkloridi + vesi
[[$ 2\text{Al} + 3\text{I}_2 \rightarrow \text{2 AlI}_3 $]]
Alumiini ja jodi reagoivat kiivaasti muodostaen alumiinijodidia.
happo + metalli [[$ \rightarrow $]] suola + vety
Kun sinkkiä liuotetaan suolahappoon ja vesi haihdutetaan pois, jäljelle jää tahmea suola:
vetykloridi + sinkki [[$ \rightarrow $]] sinkkikloridi + vety
1. Neutraloitumisreaktio
Jos suolahappoa kuljettava säiliöauto joutuu onnettomuuteen ja happoa pääsee valumaan maahan, se neutraloidaan kalkilla tai soodalla eli emäksisillä aineilla.Neutraloitumisreaktiossa happo reagoi emäksen kanssa ja tuloksena syntyy vettä ja suolaa:
happo + emäs [[$ \rightarrow $]] suola + vesi
Tarkoituksena on saada pH neutraaliksi eli arvon 7 tuntumaan. Jos liuos on alun perin hapan, tuodaan siihen sopiva määrä emästä. Jos liuos on emäksinen, liuotetaan siihen sopivasti happoa.
Neutraloitumisessa oksoniumionit ja hydroksidi-ionit yhtyvät vedeksi:
[[$ \text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^- \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} $]]
Neutraloitumisreaktiossa syntyvä suola syntyy hapon negatiivisesta ja emäksen positiivisesta ionista:
suolahappo eli vetykloridi + natriumhydroksidi [[$ \rightarrow $]] natriumkloridi + vesi
2. Metalli + epämetalli
Alkuainemuodossa olevat metallit ja epämetallit voivat reagoida keskenään muodostaen suolaa:[[$ 2\text{Al} + 3\text{I}_2 \rightarrow \text{2 AlI}_3 $]]
Alumiini ja jodi reagoivat kiivaasti muodostaen alumiinijodidia.
3. Muiden suolojen avulla
Kun yhdistetään kahden eri suolan vesiliuokset, molemmat tuovat omat positiiviset ja negatiiviset ioninsa liuokseen. Joskus käy niin, että toisen suolan positiiviset ja toisen negatiiviset ionit muodostavat veteen huonosti liukenevan suolan. Tämä suola muodostaa sakan, joka voidaan suodattaa liuoksesta:
Kobolttisulfaatin positiiviset koboltti-ionit ja ammoniumhydroksidin negatiiviset hydroksidi-ionit muodostavat veteen niukkaliukoisen kobolttihydroksidin.
4. Happo + metalli
Suoloja voidaan valmistaa myös haposta ja metallista:happo + metalli [[$ \rightarrow $]] suola + vety
Kun sinkkiä liuotetaan suolahappoon ja vesi haihdutetaan pois, jäljelle jää tahmea suola:
vetykloridi + sinkki [[$ \rightarrow $]] sinkkikloridi + vety
Suolojen nimeäminen
Suolan nimeäminen perustuu sen muodostaviin ioneihin. Nimen etuosa tulee suolan positiiviselta ionilta tai ioneilta ja on yleensä sama kuin sen metallin nimi, josta ioni on muodostunut. Esimerkiksi natrium-, kalsium-, kupari-, alumiini- jne.
Harvoista moniatomisista positiivisista ioneista mainittakoon ammonium-ioni, joka koostuu yhdestä typpiatomista ja neljästä vetyatomista. Sen varaus on +1.
Nimen loppuosa tulee suolan negatiiviselta ionilta tai ioneilta mutta niiden nimeäminen ei mene yhtä suoraviivaisesti kuin positiivisella puolella. Yhdestä epämetallin atomista muodostuneet negatiiviset ionit päättyvät tavuun -di. Esimerkiksi happiatomista muodostuu oksidi-, rikkiatomista sulfidi- ja klooriatomista kloridi-ioni.
Negatiivisen puolen nimeämistä hankaloittaa monien erilaisten moniatomisten ionien määrä. Nämä negatiiviset ionit syntyvät, kun vastaava happo luovuttaa yhden tai useamman vety-ionin H+ emäkselle.
Esimerkiksi rikkihaposta jää kahden vetyionin luovutuksen jälkeen sulfaatti-ioni. Se koostuu yhdestä rikki- ja neljästä happiatomista ja sen varaus on -2. Typpihaposta jää yhden vetyionin luovutuksen jälkeen nitraatti-ioni, jossa on yksi typpiatomi ja kolme happiatomia. Varaus on siis -1.
Vesimolekyylin toimiessa hapon tavoin, siitä jää jäljelle tuttu hydroksidi-ioni. Se koostuu yhdestä happiatomista ja yhdestä vetyatomista. Sen varaus on -1.
Ammonium-, nitraatti, sulfaatti-, karbonaatti- ja fosfaatti-ionit.
Harvoista moniatomisista positiivisista ioneista mainittakoon ammonium-ioni, joka koostuu yhdestä typpiatomista ja neljästä vetyatomista. Sen varaus on +1.
Nimen loppuosa tulee suolan negatiiviselta ionilta tai ioneilta mutta niiden nimeäminen ei mene yhtä suoraviivaisesti kuin positiivisella puolella. Yhdestä epämetallin atomista muodostuneet negatiiviset ionit päättyvät tavuun -di. Esimerkiksi happiatomista muodostuu oksidi-, rikkiatomista sulfidi- ja klooriatomista kloridi-ioni.
Negatiivisen puolen nimeämistä hankaloittaa monien erilaisten moniatomisten ionien määrä. Nämä negatiiviset ionit syntyvät, kun vastaava happo luovuttaa yhden tai useamman vety-ionin H+ emäkselle.
Esimerkiksi rikkihaposta jää kahden vetyionin luovutuksen jälkeen sulfaatti-ioni. Se koostuu yhdestä rikki- ja neljästä happiatomista ja sen varaus on -2. Typpihaposta jää yhden vetyionin luovutuksen jälkeen nitraatti-ioni, jossa on yksi typpiatomi ja kolme happiatomia. Varaus on siis -1.
Vesimolekyylin toimiessa hapon tavoin, siitä jää jäljelle tuttu hydroksidi-ioni. Se koostuu yhdestä happiatomista ja yhdestä vetyatomista. Sen varaus on -1.
Ammonium-, nitraatti, sulfaatti-, karbonaatti- ja fosfaatti-ionit.
Suolojen kemialliset kaavat
Alle taulukkoon on koottu sekä positiivisia että negatiivisia ioneja kemiallisine kaavoineen (ionin varaus merkitään kaavan oikeaan yläkulmaan):
Suolan kemiallista kaavaa kirjoitettaessa periaatteena on, että erimerkkiset varaukset menevät tasan. Ioniyhdisteet eli suolat ovat sähköisesti neutraaleja, joten niiden kemiallisiin kaavoihin ei tarvitse merkitä varauksia.Esimerkki:
Magnesiumkloridi. Koska magnesiumionilla on positiivinen varaus +2 ja kloridi-ionilla negatiivinen varaus -1, täytyy jokaista magnesiumionia kohti olla kaksi kloridi-ionia.
[[$ \text{Mg}^{2+} + 2\text{Cl}^- \rightarrow \text{MgCl}_2 $]]
Esimerkki: Alumiinisulfaatti. Koska alumiini-ionilla on positiivinen varaus +3 ja sulfaatti-ionilla negatiivinen varaus -2, täytyy neutraalissa yhdisteessä olla alumiini-ioneja kaksi ja sulfaatti-ioneja kolme kappaletta.
[[$ 2\text{Al}^{3+} + 3\text{SO}_4 \hspace{0.2 mm}^{2-} \rightarrow \text{Al}_2\text{(SO}_4\text{)}_3 $]]
Huomaa että kun suolassa on useampi moniatominen ioni, se täytyy laittaa kemiallisessa kaavassa sulkumerkkien sisään ja kyseisen ionin lukumäärä tulee sulkujen jälkeen oikeaan alakulmaan, kuten yllä olevassa esimerkissä alumiinisulfaatissa Al2(SO4)3 (sulfaatti-ioneja on kolme kappaletta).
Taulukossa alla on esimerkkejä suolojen kaavoista:
Suolan kemiallista kaavaa kirjoitettaessa periaatteena on, että erimerkkiset varaukset menevät tasan. Ioniyhdisteet eli suolat ovat sähköisesti neutraaleja, joten niiden kemiallisiin kaavoihin ei tarvitse merkitä varauksia.Esimerkki:
Magnesiumkloridi. Koska magnesiumionilla on positiivinen varaus +2 ja kloridi-ionilla negatiivinen varaus -1, täytyy jokaista magnesiumionia kohti olla kaksi kloridi-ionia.
[[$ \text{Mg}^{2+} + 2\text{Cl}^- \rightarrow \text{MgCl}_2 $]]
Esimerkki: Alumiinisulfaatti. Koska alumiini-ionilla on positiivinen varaus +3 ja sulfaatti-ionilla negatiivinen varaus -2, täytyy neutraalissa yhdisteessä olla alumiini-ioneja kaksi ja sulfaatti-ioneja kolme kappaletta.
[[$ 2\text{Al}^{3+} + 3\text{SO}_4 \hspace{0.2 mm}^{2-} \rightarrow \text{Al}_2\text{(SO}_4\text{)}_3 $]]
Huomaa että kun suolassa on useampi moniatominen ioni, se täytyy laittaa kemiallisessa kaavassa sulkumerkkien sisään ja kyseisen ionin lukumäärä tulee sulkujen jälkeen oikeaan alakulmaan, kuten yllä olevassa esimerkissä alumiinisulfaatissa Al2(SO4)3 (sulfaatti-ioneja on kolme kappaletta).
Taulukossa alla on esimerkkejä suolojen kaavoista:
Saippua
Saippuan valmistus
Muistatko vielä luvusta 13, että rasvat ovat glyserolin ja pitkäketjuisten karboksyylihappojen eli rasvahappojen estereitä. Rasvojen kemia liittyy kiinteistä saippuan kemiaan, sillä saippua on rasvoista valmistettua suolaa.Saippuan valmistamiseen tarvitaan vain rasvaa ja emästä, kuten esim. natriumhydroksidia (NaOH). Rasvamolekyylin ja NaOHin välisessä reaktiossa syntyy glyserolia ja saippuaa, joka tarkemmin tarkasteltuna on rasvahapon natriumsuolaa. Saippuamolekyyli koostuu negatiivisesta rasvahappoionista ja positiivisesta natriumionista. Saippuamolekyylissä on siis pitkä rasvaliukoinen rasvahappo-osa ja vesiliukoinen suolaosa.
rasva + NaOH [[$ \rightarrow $]] glyseroli + saippua eli rasvahapon natriumsuola
Saippuamolekyylin rakennekaava.
Saippuan kemiallinen teho
Saippua tuntuu sormissa liukkaalta ja voi monesti olla hieman emäksistä. Saippuan emäksisyys riippuu valmistusprosessin onnistumisesta. Onko esimerkiksi kaikki emäs reagoinut?
Kotisaippuan raaka-aineiksi kelpaavat usean tyyppiset raaka-aineet, jopa esim. teurasjätteiden luut ja rasvat. Teollisesti valmistettujen saippuat eivät koostu teurasjätteistä, vaan synteettisistä tensideistä.Tensidit ovat pesuaktiivisia aineita, jossa on sekä rasvaliukoinen että vesiliukoinen pää. Rasvaliukoinen osa tarttuu pestävään rasvamolekyyliin ja irrottaa sen puhdistettavasta pinnasta. Tensidin vesiliukoinen osa taas tarttuu pesuveden vesimolekyyleihin, jotka kuljettavat koko systeemin viemäriin.
