4. Epäorgaaniset reaktiotyypit
Saostuminen ja hajoaminen
Suola on liuenneena veteen ioneina. Vesimolekyyli on dipoli, joten suolan liuetessa veteen suola "hajoaa" ioneiksi veteen, koska muodostuu ioni-dipolisidoksia suolan ioneiden ja vesimolekyylin välille.
Esimerkiksi NaCl (aq) tarkoittaa, että vesiliuoksessa on natrium- ja kloridi-ioneita
[[$NaCl\ \left(aq\right)\ \rightarrow\ Na^+\left(aq\right)+Cl^-\left(aq\right)$]]
Vastaavasti kaliumsulfaatti on vesiliuoksessa ioneina
[[$K_2SO_4\ \left(aq\right)\ \rightarrow\ 2\ K^+\ \left(aq\right)\ +SO_4^{2-}\left(aq\right)$]]
Jokainen suola liukenee veteen hieman eri tavalla; toiset suolat helpommin ja toiset vaikeammin (niukkaliukoinen suola). Kun suolaliuoksia sekoitetaan keskenään, voi tapahtua saostumisreaktio.
Sekoitetaan keskenään kalsiumkloridia ja hopeanitraattia:
[[$CaCl_2\ \rightarrow\ Ca^{2+}+2Cl^-\ \ \ ja\ AgNO_3\ \rightarrow Ag^++NO_3^-$]]
Nyt ionit vaihtavat paikkaa, jolloin kokonaisreaktio on:
[[$CaCl_2\ \left(aq\right)+2AgNO_3\left(aq\right)\ \ \rightarrow\ Ca\left(NO_3\right)_2\ \left(aq\right)+2AgCl\ \left(s\right)$]]
Taulukkokirjasta nähdään eri suolojen liukoisuus veteen.
Huomataan, että kalsiumkloridi on veteen helposti liukeneva, samoin hopeanitraatti ja kalsiumnitraatti, mutta hopeakloridi on veteen niukkaliukoinen, joten muodostuu hopeakloridisaostuma.
Hajoamisreaktioita
Hajoamisreaktiot tarvitsevat jonkin ärsykkeen esim lämmittämisen tai katalyytin, jotta lähtöaine alkaa hajoamaan reaktiotuotteiksi. Kaikki karbonaattiyhdisteet hajoavat hiilidioksidiksi. Esim kalsiumkarbonaatin hajoaminen
[[$CaCO_3\left(s\right)\ \ \rightarrow\ CO_2\left(g\right)+CaO\ \left(s\right)$]]
[[$CaO\ on\ poltettu\ kalkki$]]
Hiilihapon hajoaminen vedessä
[[$H_2CO_3\ \left(aq\right)\ \ \rightarrow\ CO_2\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)$]]
Tästä vesiliuoksesta hiilidioksidi haihtuu kaasumaisena ilmaan, jolloin tapahtuu kuplintaa (vertaa hiilihappopullon avaaminen).
Kotitehtävät: 93, 100, 98a
Esimerkiksi NaCl (aq) tarkoittaa, että vesiliuoksessa on natrium- ja kloridi-ioneita
[[$NaCl\ \left(aq\right)\ \rightarrow\ Na^+\left(aq\right)+Cl^-\left(aq\right)$]]
Vastaavasti kaliumsulfaatti on vesiliuoksessa ioneina
[[$K_2SO_4\ \left(aq\right)\ \rightarrow\ 2\ K^+\ \left(aq\right)\ +SO_4^{2-}\left(aq\right)$]]
Jokainen suola liukenee veteen hieman eri tavalla; toiset suolat helpommin ja toiset vaikeammin (niukkaliukoinen suola). Kun suolaliuoksia sekoitetaan keskenään, voi tapahtua saostumisreaktio.
Sekoitetaan keskenään kalsiumkloridia ja hopeanitraattia:
[[$CaCl_2\ \rightarrow\ Ca^{2+}+2Cl^-\ \ \ ja\ AgNO_3\ \rightarrow Ag^++NO_3^-$]]
Nyt ionit vaihtavat paikkaa, jolloin kokonaisreaktio on:
[[$CaCl_2\ \left(aq\right)+2AgNO_3\left(aq\right)\ \ \rightarrow\ Ca\left(NO_3\right)_2\ \left(aq\right)+2AgCl\ \left(s\right)$]]
Taulukkokirjasta nähdään eri suolojen liukoisuus veteen.
Huomataan, että kalsiumkloridi on veteen helposti liukeneva, samoin hopeanitraatti ja kalsiumnitraatti, mutta hopeakloridi on veteen niukkaliukoinen, joten muodostuu hopeakloridisaostuma.
Hajoamisreaktioita
Hajoamisreaktiot tarvitsevat jonkin ärsykkeen esim lämmittämisen tai katalyytin, jotta lähtöaine alkaa hajoamaan reaktiotuotteiksi. Kaikki karbonaattiyhdisteet hajoavat hiilidioksidiksi. Esim kalsiumkarbonaatin hajoaminen
[[$CaCO_3\left(s\right)\ \ \rightarrow\ CO_2\left(g\right)+CaO\ \left(s\right)$]]
[[$CaO\ on\ poltettu\ kalkki$]]
Hiilihapon hajoaminen vedessä
[[$H_2CO_3\ \left(aq\right)\ \ \rightarrow\ CO_2\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)$]]
Tästä vesiliuoksesta hiilidioksidi haihtuu kaasumaisena ilmaan, jolloin tapahtuu kuplintaa (vertaa hiilihappopullon avaaminen).
Kotitehtävät: 93, 100, 98a
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Protolyysireaktiot
Prolyysireaktiot ovat protoninsiirtoreaktiota. Happo on aine, joka voi luovuttaa vetyionin eli protonin. Emäs on taas aine, joka voi vastaanottaa vetyionin eli protonin.
Hapon, HA reaktio vesimolekyylin kanssa, jossa
%5C%20%2B%5C%20H_2O%5C%20%5Cleft(l%5Cright)%5C%20%5Crightarrow%5C%20A%5E-%5Cleft(aq%5Cright)%5C%20%2B%5C%20H_3O%5E%2B%5Cleft(aq%5Cright))
Tässä vesiliuoksen happamuuden aiheuttavat syntyvät
Vesiliuksen pH lasketaan oksoniumionikonsentraation avulla (palataan myöhemmin toisella kurssilla)
Vahvat hapot kuten typpihappo ja suolahappo protolysoituvat täydellisesti. Sen sijaan heikon hapot, kuten etikkahappo, protolysoituvat vain osittain.
esimerkiksi etikkahapon prolyysireaktio veden kanssa:
%2BH_2O%5C%20%5Cleft(l%5Cright)%5C%20%5Crightarrow%5C%20CH_3COO%5E-%5Cleft(aq%5Cright)%2BH_3O%5E%2B%5Cleft(aq%5Cright))
Emäksen B prolyysireaktio veden kanssa, jossa emäs B vastaanottaa vedeltä (vesi toimii happona) vetyionin eli protonin:
%2BH_2O%5Cleft(l%5Cright)%5C%20%5Crightarrow%5C%20BH%5E%2B%5Cleft(aq%5Cright)%2BOH%5E-%5Cleft(aq%5Cright))
Vahvoja emäksiä ovat erilaiset metallihydroksidit, jotka protolysoituvat täydellisesti. Vastaavasti heikot emäkset, kuten ammoniakki prolysoituvat vain osittain.
Esimerkkinä ammoniakin prolysoituminen vedessä:
%2BH_2O%5Cleft(l%5Cright)%5C%20%5Crightarrow%5C%20NH_4%5E%2B%5Cleft(aq%5Cright)%2BOH%5E-%5Cleft(aq%5Cright))
Vesimolekyyli voi toimia sekä happona että emäksenä eli vesi on amfoteerinen aine.
Happaman vesiliuoksen pH on alle 7, emäksisen yli 7.
Hapon, HA reaktio vesimolekyylin kanssa, jossa
Tässä vesiliuoksen happamuuden aiheuttavat syntyvät
Vesiliuksen pH lasketaan oksoniumionikonsentraation avulla (palataan myöhemmin toisella kurssilla)
Vahvat hapot kuten typpihappo ja suolahappo protolysoituvat täydellisesti. Sen sijaan heikon hapot, kuten etikkahappo, protolysoituvat vain osittain.
esimerkiksi etikkahapon prolyysireaktio veden kanssa:
Emäksen B prolyysireaktio veden kanssa, jossa emäs B vastaanottaa vedeltä (vesi toimii happona) vetyionin eli protonin:
Vahvoja emäksiä ovat erilaiset metallihydroksidit, jotka protolysoituvat täydellisesti. Vastaavasti heikot emäkset, kuten ammoniakki prolysoituvat vain osittain.
Esimerkkinä ammoniakin prolysoituminen vedessä:
Vesimolekyyli voi toimia sekä happona että emäksenä eli vesi on amfoteerinen aine.
Happaman vesiliuoksen pH on alle 7, emäksisen yli 7.
Neutraloituminen
Kun happo ja emäs reagoivat keskenään, syntyy suolaa ja vettä.
[[$happo\ +\ emäs\ \rightarrow\ suola\ +\ vesi$]]
Neutraloitumisreaktiossa vesiliuoksen hapon oksoniumionit reagoivat emäksen hydroksidi-ioineiden kanssa, jolloin syntyy vettä.
[[$H_3O^+\left(aq\right)+OH^-\left(aq\right)\ \rightarrow\ 2\ H_2O\ \left(l\right)$]]
Esimerkiksi typpohapon vesiliuos neutraloidaan kalsiumhydroksidin vesiliuoksella (typpohappoa ja kalsiumhydroksidia sekoitetaan keskenään). Muodostuva neutraloitumisreaktio:
[[$2HNO_3\left(aq\right)\ +\ Ca\left(OH\right)_2\ \left(aq\right)\ \rightarrow\ Ca\left(NO_3\right)_2\ \left(aq\right)+2H_2O\ \left(l\right)$]]
Nyt muodostuva suola on kalsiumnitraatti.
Neutraloitumista tapahtuu
Kotitehtävät: 103 ja 80
[[$happo\ +\ emäs\ \rightarrow\ suola\ +\ vesi$]]
Neutraloitumisreaktiossa vesiliuoksen hapon oksoniumionit reagoivat emäksen hydroksidi-ioineiden kanssa, jolloin syntyy vettä.
[[$H_3O^+\left(aq\right)+OH^-\left(aq\right)\ \rightarrow\ 2\ H_2O\ \left(l\right)$]]
Esimerkiksi typpohapon vesiliuos neutraloidaan kalsiumhydroksidin vesiliuoksella (typpohappoa ja kalsiumhydroksidia sekoitetaan keskenään). Muodostuva neutraloitumisreaktio:
[[$2HNO_3\left(aq\right)\ +\ Ca\left(OH\right)_2\ \left(aq\right)\ \rightarrow\ Ca\left(NO_3\right)_2\ \left(aq\right)+2H_2O\ \left(l\right)$]]
Nyt muodostuva suola on kalsiumnitraatti.
Neutraloitumista tapahtuu
- vahvojen happojen ja emästen kesken
- heikon hapon ja vahvan emäksen kesken
- vahvan hapon ja heikon emäksen kesken
- heikkojen happojen ja emästen kesken
Kotitehtävät: 103 ja 80
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.