4. Kemiallinen reaktio ja yhdiste

Hapen ja vedyn välinen kemiallinen reaktio

Happimolekyyli koostuu kahdesta happiatomista, jotka ovat kemiallisesti toisiinsa sitoutuneita. Tätä sidosta sanotaan kemialliseksi sidokseksi. Vastaavasti vetymolekyylissä kaksi vetyatomia on sitoutunut yhdellä kemiallisella sidoksella toisiinsa. Kun näitä molekyylejä sekoitetaan keskenään ja tuodaan vielä tarpeeksi lämpöenergiaa eli kuumennetaan niiden seosta, tapahtuu suorastaan räjähtävä kemiallinen muutos. Samalla energiaa vapautuu enemmän kuin mitä systeemiin alun perin tuotiin.

Happi- ja vetymolekyylien sidokset katkeavat ja uusia sidoksia syntyy. Atomit järjestyvät uudella tavalla, jolloin kaksi vetyatomia muodostavat kemiallisen sidoksen yhden happiatomin kanssa. Syntyy uusi molekyyli jossa on kahta eri alkuainetta, vetyä ja happea. On tapahtunut kemiallinen reaktio, koska aineet ovat muuttuneet toisiksi aineiksi.

Koska tässä uudessa molekyylissä on kaksi eri alkuainetta (H ja O) sitoutunut kemiallisesti toisiinsa, se on yhdiste, ei puhdas alkuaine.

Molekyylin esittäminen kemiallisin merkein

Mietitäänpä, miten tämä uusi molekyyli voitaisiin kirjoittaa kemiallisin merkein:

Mitä alkuaineita molekyylissä on? Vetyä H ja happea O.
Montako atomia kutakin alkuainetta molekyylissä on? Kaksi vetyatomia eli H₂ ja yksi happiatomi eli O.
Siis syntyneen molekyylin kemiallinen kaava on H₂O. “Hookaksoo” on tutun aineen, veden kemiallinen kaava.

Syvennetään luvussa 2 esitettyä aineiden luokittelua.

Reaktioyhtälön tasapainottaminen

Kemiassa kemialliset reaktiot kuvataan reaktioyhtälöillä. Harjoitellaan reaktioyhtälön kirjoittamista hapen ja vedyn välisellä reaktiolla.

Kemian reaktioyhtälöt kirjoitetaan seuraavasti:

Kirjoitetaan vasemmalle lähtöaine tai -aineet, nuoli ([[$ \rightarrow $]]) väliin ja oikealle tuote tai tuotteet.
Jos lähtöaineita tai tuotteita on useampi kuin yksi, niin niiden väliin laitetaan + -merkki:

Esimerkki: Hapen ja vedyn välisestä reaktiosta syntyy vettä.

[[$ \text{vety}+\text{happi}\rightarrow \text{vesi} $]]

Sama kemiallisin merkein:

[[$ \text{H}_{2}+\text{O}_{2}\rightarrow \text{H}_{2}\text{O} $]]

Hei, nyt meni jokin vikaan! Reaktioyhtälö ei ole tasapainossa.

Reaktioyhtälön tasapainottaminen edellyttää, että kunkin alkuaineen atomeja on nuolen molemmin puolin yhtä monta. Vetyatomeja on kyllä molemmin puolin kaksi, mutta happiatomeja on lähtöaineiden puolella kaksi ja tuotteiden puolella vain yksi. Näin voit tasapainottaa tämän reaktioyhtälön:

[[$ 2\text{ H}_{2}+\text{O}_{2}\rightarrow 2 \text{ H}_{2}\text{O} $]]

Voit harjoitella reaktioyhtälöiden tasapainottamista myös tällä Java-simulaatiolla.

Reaktionopeus

Erilaisia kemiallisia reaktioita on olemassa valtava määrä. Pelkästään ihmisen kehossa niitä tapahtuu noin 400 miljardia. Jotkut reaktiot ovat räjähtävän nopeita, kuten esimerkiksi vedyn ja hapen välinen reaktio. Toiset taas ovat hyvin hitaita, kuten esimerkiksi raudan ruostuminen.

Kemiallisen reaktion reaktionopeuteen vaikuttavat useat tekijät:

ainepari eli mitkä aineet reagoivat keskenään
aineen hienojakoisuus
aineiden väkevyys
lämpötila
sekoitus
katalyytti

Energian vapautuminen ja sitoutuminen

Osa kemiallisista reaktioista tuottaa ympäristöönsä energiaa, kunhan ne ovat päässeet alkuun. Tästä hyvä esimerkki on nuotion poltto, kunhan puut ensin saadaan sytytettyä. Nuotion äärellä on hyvä lämmitellä, koska puuhun sitoutunutta kemiallista energiaa vapautuu polton yhteydessä lämpönä ympäristöön.

Toiset kemialliset reaktiot taas puolestaan sitovat energiaa ympäristöstään jäähdyttäen sitä samalla. Usein tosin fysikaaliset olomuodon muutokset ovat arkielämän kannalta käyttökelpoisempia keinoja viilentää vaikkapa ruoka-aineita (jääkaappi).

Tässä videossa nähdään ruokasoodan ja etikan välinen reaktio, jossa sitoutuu energiaa. Energiaa sitovat reaktiot ovat endotermisiä reaktioita ja energiaa vapauttavat ovat eksotermisiä reaktioita.