Konsentraatio

Konsentraatio, c, ilmaisee pitoisuuden ainemäärän avulla

Konsentraatio=ainemäärä:tilavuus. c=n:V

Yksikkö mol/dm^3 eli mol/l yksikköä voidaan merkitä myös kirjaimella M esim. 0,5 M NaCl elin0,5- molaarisesta ruokasuolaliuoksesta

Myös termi molaalisuus,b, joka tarkoittaa liuenneen aineen määrää mooleima yhtä liutinkilogrammaa kohden. Yksikkö mol/kg. Liuoksen lopputilabuus tai liuoksen lämpötila eivät vaikuta liuoksen molaalisuuteen, koska liuos valmistetaan aineosien massojen perusteella

Ainemäärä

Ainemäärä: n, jonka yksikkö on mooli, mol

Mooli on sellaisen systeemin ainemäärä, joka sisältää yhtä monta keskenään samanlaista perusosasta kuin 0,012 kg hiili-12:sta on atomeja. Perusosaset voivat olla atomeja, molekyylejä, ioneja, elektroneja, muita hiukkasia tai sellaisten hiukkasten määriteltyjä ryhmiä.

Ainemäärä n= massa m / moolimassa M

Ainemäärä= rakenneyksiköiden lukumäärä / avogadron vakio n=N/Na

Eli yksi mooli mitä tahansa ainetta sisältää 6,022x10^23 kappaletta tämän aineen rakenneosia.

6,022x10^23 kpl/mol on avogadron vakio, NA

Moolimassa:

Suhteellisesta atomimassasta saadaan kunkin alkuaineen yhden moolin massa. Moolimassan tunnus M ja yksikkö g/mol. Massat saadaan maolista.

Yhdisteen alkuaineiden massasuhde on vakio

Aineen häviämättömyyden laki:

Laki pätee aina kemiallisissa reaktioissa. Ainetta ei voi luoda tyhjästä tai hävittää, joten reaktiossa akneen kokonaismassa pysyy muuttumattomana. Sen sijaan aineen rakenne, olomuoto ja ulkonäkö voivat muuttua. 

Ainaan kokonaismassa pysyy muuttumattomana eli reaktion lähtöaineita on yleensä yhtä paljon kuin reaktiotuotteita. Esim. Seuraavat määrät sokeria ja happea reagoivat täydellisesti:

Sokeria 180g + happea 192g --> hiilidioksidia 264g + vettä 108g

12g hiiltä + 32g happea --> 44g hiilidioksidia

Lähtöaineiden määrät vaikuttavast syntyvien tuotteiden määrään.

Tietyksi kemialliseksi yhdisteeksi yhtyvien alkuaineiden massasuhde on aina vakio. 12hiiligrammaa kohden tarvitaan aina 32g happea, jos halutaan hiilidioksidia.

Joskus osa hiilestä voi jäädä reagoimatta

13g hiiltä+32g happea--> 1g hiiltä + 44g hiilidioksidia

Hiilestä ja hapesta voi syntyä häkää eli hiilimonoksidia.

12g hiiltä + 16g happea --> 28g hiilimonoksidia

12g hiiltä + 32g happea --> 44g hiilidioksidia

Hiilen ja hapen reaktioissa samaan hiilimäärään yhtyvien happimääriem suhde on 16g:32g eli 1:2

Aineen pitoisuus

Massasuhde esim. 10-50g/kg tarkoittaa, että aineita sekoitetaan niin, että toista tulee 10-50g toisen aineen kiloa kohti.  Tästä ei tarkalleen selviä painaako aine yksistään kilon vai toisen aineen kanssa.

Tieytyn aineen määrä jossakin on tärkeä tietää sillä esim liian suuret lääkeannokdet voivat olla tuhoisia.

Liukoisuus:

Liuos koostuu liuottimesta ja liutettavasta aineestä, sitä, jota on enemmän on liuotin kahden aineen liuoksessa.

aineiden liukoisuus eri liuottimiin voi vaihdella. Esim. Vesi ja etanoli liukenevat toisiinsa missä suhteessa tahansa. Ruokasuola liukenee veteen erittäin hyvin, mutta jossain vaiheessa suolaliuos on niin väkevä, ettei lisätty suola enää liukene. Tälläistä kutsutaan kylläiseksi liuokseksi.

Liukoisuus tarkoittaa siis sitä, että jokin aine liukenee johkin aineeseen.

Liukoisuuteen vaikuttavat tekijät:

-lämpötila. Sokeri liukenee helpommin kuumaan veteen

-paine. Paineen kasvaessa kaasujen liukoisuus kasvaa.

Kylläisessä liuoksessa liukenemattoman aineen määrä ei näytä muutuvan, mutta astiassa tapahtuu koko ajan liukenemista ja vastaavasti kiteytymistä. Kireiden määrä pysyy näin vakiona.

Pitoisuus:

Pitoisuus ilmoittaa, kuinka paljon liuennutta ainetta on tietyä liuosmäärää kohti. Kiinteän aineen pitoisuus ilmoitetaan massaprosentteina. %-merkki tarkoittaa massa- eli painoprosentteja. Massaprosenttisuus merkitään tarvittaessa tunnuksella m-%

m-%= m(liuennut aine) / m(liuos) x100%

Liuoksen pitoisuus voidaan ilmoittaa myös tilavuusprosentteina. Se ilmoittaa, mikä om liuenneen aineen tilavuuden suhde liuoksen kokonaistilavuuteen. Merkintä: til-% tai vol-%

til-%= V(liuennut aine) / V(liuos) x100%

Tilavuusprosentteina laskettaessa on tarkistettava, ettei aineen liukeneminen vaikuta liuoksen kokonaistilavuuteen. Esim. Etanolim ja veden muodostaman liuoksen tilavuus on pienempi kuin alkuperäisten tilavuuksien summa. Tämä johtuu molekyylien koosta ja niiden välisistä vuorovaikutuksista.

Tietyn väkevyistä liuosta valmistettaessa on tiedettävä liuotettavan aineen määrä ja liuoksen tilavuus. Liuoksen tilavuus on liuotetun aineen ja liuottimen yhteistilavuus liukenemisen jälkeen.

Jos liuoksen tilavuus kaksinkertaistuu laimennettaessa sen pitoisuus pienenee puoleen. Yleisesti jos tilavuus kasvaa n-kertaiseksi, sen pitoisuus pienenee 1/n:aan.

Samanlainen liuottaa samanlaista

Kuten jo aiemmin kirjoitin pooliton liuottaa poolitonta jne. Nyt asiasta enemmän.

Siivoamisessakin esim. Pöydän peseminen perustuu tähän ideologiaan. Liasta riippuen pitää valita aine jolla sen saa pois. Esim. Vedellä saa mehutahran pois, muttei öljyä, koska öljy ei liukene veteen. 

Jos ei aineet liukenevat pitää:

- rakenneosien väliset vuorovaikutukset olla suunnileen saman suuruisia

      -esim. Jodi liukenee bensiiniin, koska jodin sdispersiovoimat ovat samankaltaisia ja lähes yhtä          heikkoja kun bensiinimolekyylien väliset sidokset. 

       - etanolimolekyylillä on vetysidoksia niin myös vesimolekyylillä, jolloin ne liukenevat ja samalla miodostaa uusia vetysidoksia

Tosin vedellä on vahvoja ionisidoksia ja öljyllä heikkoja dispersiovoimia, jolloin ne eivät liukene toisiinsa.

Isot molekyylit liikuvat ja liukenevat hitaasti tai ei ollenkaan vaikka tilanteeseen pätisi samanlainen liuottaa samanlaista.

Hydratoituminen:

Ilmiö, jossa vesimolekuulien ja ionien välille syntyy ioni-dipolisidoksi. Ionit irtoavat vedimolekyylien ympäröiminä liuokseen.

Hygroskooppiset aineet:

Aineita jotka pystyvät imeä eli absorboida vettä.

Puhtaita aineita ja seoksia

Puhdasta ja seosta?

-puhdas aine sisältää vain yhtä alkuainetta tai yhdistettä esim. Fe sisältää vain rauta-atomeja, vesi vain vesimolekyylejä ja ruokasuola vain natrium- ja kloridi-ioneja. Puhtaalle aineelle voidaan kirjoittaa yksiselitteinen kaava.

-seoksessa on siis loogisesti erilaisia yhdisteitä ja alkuaineita, eikä sille voi kirjoittaa yksinkertaista kaavaa. Esim. Vesijohtovesi tai salaatinkastike

Silmämääräisesti on vaikea erottaa onko aine puhdasta vai ns. Homogeenistä seosta. Tällöin käytetään erotusmeneteliä kuten haihdutus ja tislaus. Yhdisteen alkuaineet voidaan erottaa vain kemiallisella reoktiolla.

Homogeeninen seos:

-aineet ovat sekoittuneet keskenään atomeina, ioneina tai molekyyleinä.

Esim. Suola ja sokeri liukenevat veteen muodostaen liuoksen, sokeri molekyyleinä ja suola ioneina

-kaasuseoksetnja metalliseokset eli lejeeringit ovat tasakoosteisia seoksia.

Heterogeeninen seos:

-voidaan erottaa aineiden välillä yksi tai useampi rajapinta --> aineet eri faasissa. 

Esim. Vesi ja ruokaöljy, koska ne eivät sekoitu vaan muodostaa kaksi eri kerrosta.

Kolloidi:

Heterogeenisen ja homogeenisen seoksen välimuoto. Siinä aineiden rajapintoja ei voi nähdä paljaalla silmällä.

Hapettuminen, pelkistyminen ja protolysoituminen

Hapettuminen ja pelkistyminen ovat elektroniensiirtoreaktioita eikä ne tapahdu ilman toista.

                        Elektroni siirtyy

Hapettuminen -------------------> pelkistyminen

Aine pelkistin                              Aine on hapetin

Orgaanisen yhdisteen hapettuessa sen molekyylirakenne muuttuu yleensä siten, että hapen määrä kasvaa ja/tai vedyn määrä vähenee. Pelkistyminen päinvastoin. 

Primääriset alkoholit hapettuvat aldehydeiksi, aldehydit voivat hapettuamkarboksyylihapoksi ja sekundääriset ketoneiksi. Tertiääriset eivät hapetu samalla tavalla, mutta voivat hajota tai palaa. 

Protolysoituminen (=protonin luovuttamista ja samaan aikaan sen vastaanottaminen, siinä mukana olevia aineita kutsutaan protolyyteiksi) on protoni siirtoreaktio. 

Happo on aine,mjokanvoi luovuttaa vetyionin H+ eli protonin. Luovutettu vetyioni muodostaa veden kanssa oksoniumionin H3O+, joka aiheuttaa happamuuden

Emäs on aine joka voi vastaanottaa protonin.vesiliuoksen emäksisyyden aiheuttaa hydroksidi-ioni OH-

Vesiliuoksessa on aina molempi mutta se kumpaa on enemmän määrää liuoksen pH:n.

Amfolyytti=aineita, jotka voivat reagoida hapon kanssa emäksenä ja emäksen kanssa happona.

Vahva vai heikko protolyytti?

Vahvat hapot luovuttavat veteen kaikki protoninsa esim suola-, typpi- ja rikkihappo. Heikot hapot taas luovuttavat vain osan protoneistaan esim. Karboksyylihapot ja fenolit.

Emäs+happo

Reagoivat keskenään vesiliuoksessa, jolloin emäksen hydroksidi- ja hapon oksoniumionit muodostavat vesimolekyylejä. H3O+ + OH- --> 2H2O happo ja emäs neutralisoivat toisensa ja niiden ominaisuudet häviävät. Muista liokseen jäävistä ioneista syntyy kiinteää suolaa, kun vesi haihdutetaan pois.

Miten pH mitataan?

Indikaattorit ovat heikkoja protolyyttejä, joiden väri muuttuu happamuuden mukaan. pH-mittari mittaa liuoksen oksoniumionien määrää, jolloinse ilmoittaa happamuuden tarkemmin kuin indikaattori.

Uusia yhdisteitä kemiallisissa reaktioissa

Olomuodon muutos ei aiheuta muutoksia aineen rakenneosissa toisin kuin aineen kuumentaminen, säteilyttäminen tai sähkön johtaminen aineeseen voi aiheuttaa muutoksia rakenteessa. Esim. Sokeria kuumentaessa se sulaa, tummuu ja lopulta palaa. Ilmiötä, jossa aineen rakenneosat pysyvät samoina, sanotaan palautuvaksi muutokseksi vs. Palautumaton muutos.

Kemiallisia reaktioita tapahtuu koko ajan. Lähtöaineiden sidokset katkeavat, atomit ryhmittyvät uudelleen  ja niiden välille synttt uusia sidoksia. Uusilla aineilla on erilaiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet kuin lähtöaineilla. Palamistuotteet painavat enemmäin kuin alkuperäinen aine.

Palaminen on aineen reagoimista hapen kanssa. Palamistuotteey ovat nimeltään oksideja. Esim. Magnesiumin palaessa syntyy magnesiumin oksidia ja samalla vapautuu energiaa valona ja lämpönä. Hiilen palaessa syntyy hiilidioksidia.

Orgaaniset yhdisteet palavat helposti ja niiden palaessa vapautuu energii. Ainakin syntyy hiilidioksidia, mutta jos yhdiste sisältää vetyä syntyy vettä, joka on vedyn oksidi. Epätäydellisessä palamisessa syntyy nokea, joka on hiiltä sekä myrkyllistä häkää eli hiilimonoksidia. Orgaanisen aineen palaessa jäljelle jäänyt tuhka sisältää hiilen lisäksi kiinteitä metallioksideja ja muita metalliyhdisteitä.

Vuorovaikutukset molekyylien välillä

Molekyylien välisten vuorovaikutusten voimakkuus voi kertoa missä olomuodossa aine on esim. Huoneenlämmössä. Mitä vahvemmat sähköiset vetovoimat, sitä enemmän tarvitaan energiaa sidosten rikkomiseen. Molekyylien väliset sidokset ovat heikompia kun sen sisäiset.

Dipoli-dipolisidos:

-dipolien välinen sidos

-kaksi poolista molekyyliä vetävät toisiaan puoleensa erimerkkisien napojen avulla. Sähköiset veto- ja poistovoimat aiheuttavat molekyylien järjestäytymisen hilaan

Vetysidos:

Sidos voi tehdä tavallista vahvemman dipoli-dipolisidoksen kun vetyatomi sitoutuu vahvasti elektroneja puoleensa vetävään happi-, typpi- tai fluoriatomiin. Koska vetyatomi on pieni, molekyylit pääsevät lähelle toisiaan ja vetovoimat kasvavat.

Dispersiovoimat:

Esiintyy kaikkien molekyylien välillä

Pitää poolittomia molekyylejä yhdessä

Poolittomissa sidoksissa yhteiset elektronit liikkuvat satunnaisesti molempien atomien vaikutuspiirissä. Välillä lähempänä toista kuin toista, jolloin syntyy hetkellisiä sähkövarauseroja aiheuttaen saman ilmiön viereisessä molekyylissä, syntyy ketjureaktio ja syntyy hetkellisiä dipolimolekyylejä, joiden erimerkkiset navat vetävät toisiaan puoleensa. Dispersiovoimat ovat erittäin heikkoja, sillä varauserot ovat hetkellisiä.

Kiehumis- ja sulamispisteisiin vaikuttaa sidosten vahvuus:

Matalin sulamis- ja kiehumispisteet ovat dispersiovoimilla, dipoli-dipolisidokset sitten ja korkeimmat pisteet ovat vetysidoksilla.

Molekyylien haarautuneisuus alentaa aineen sulamispistettä, koska haarautuneet molekyylit eivät pääse yhtä lähelle toisiaan kuin suorat, ja molekyylien välisten sidosten ,uodostumiseen käytettävä pinta-ala jää pienemmäksi.

Olomuodon muutos

Poolisuuden lisäksi molekyylin koko ja muoto vaikuttavat aineen olomuotoon tietyssä lämpötilassa. Mitä suurempi molekyyli, sitä enemmän energiaa tarvitaan rakenneosien liikkeen lisäämiseen. Suuressa molekyylissä on enemmän pinta-alaa sidosten syntymiseen. Esim sokerimolekyyli on suurempi kuin etanolimolekyyli, mutta sokeri on huoneenlämmössä kiinteä, etanoli nestemäinen aine.

Kaksois- ja kolmoissidokset vaikuttavat molekyylin muotoon ja heikosti poolisten sidoksen lukumäärään. Tyydyttymättömien yhdisteiden kiehumis- ja sulamispisteet ovat siten matalampia kuin vastaavien tyydyttyneiden yhdisteiden. 

Kiteiset ja amorfiset aineet:

-Molemmat ovat kiinteältä näyttäviä

-Kiteinen aine syntyy, kun rakenneosat järjestäytyvät säännölliseen kolmiuloitteiseen rakennelmaan, jota kutsutaan hilaksi. Niillä on myös tarkka sulamispiste, jossa aine muuttuu nestemäiseksi. Amorfisilla aineilla ei ole tarkkaa sulamispistettä, eikä säännöllistä hilarakennetta esim. Parafiini, joka pehmenee lämmittäessä ja muuttuu nestemäiseksi.

Molekyylihilassa (kovalenttiset sidokset) molekyylin eri osat voivat olla varautuneet erimerkkisesti, mikä aiheuttaa molekyylien sitoutumisen toisiinsa 

Ionihilassa (ionisidokset) erimerkkiset ionit vetävät toisiaan puoleensa ja niiden välille syntyy ionisidoksia.

Sulaminen:

Ainetta lämmittäessä rakenneosien liike lisääntyy, jolloin niiden väliset etäisyydet kasvavat hilassa.

Kun lämpötila on sopiva rakenneosien väliset sidokset katkeavat ja hilarakenne sortuu, jolloin aine sulaa. Tämä kuitenkin edellyttää sen että lämpötila on koko ajan tietyllä tasolla. Nesteen jähmettyäessä ilmiöt tapahtuvat päinvastoin.

Sulamispisteeseen ja kiehumispisteeseen vaikuttaa epäpuhtaudet, jolloin ko. pisteiden avulla pystytään tutkimaan aineen puhtautta.

Kiehuminen:

Riittävän korkeassa lämpötilassa rakenneosasten liike on niin voimakasta ettei vuorovaikutukset pysty pitämään ainetta nesmäisenä. Aine muuttuu kaasuksi kaikkialla nesteessä-->aine kiehuu lämpötila pysyy kunnes kaikki aine on muuttunut kaasuksi. Kaasun tiivistyminen tapahtuu päinvastoin.

Kiinteän aineen haju:

Aineessa voi joillakin rakennusosilla olla niin paljon liike-energiaa, että ne pystyvät irtautumaan hilasta. Ne kulkeutuvat nenän hajureseptoreihin ja aiheuttaa tuoksun tai hajun.

Rasvat

Rasvat toimivat energialähteinä ja vararavintona sekä suojaavat sisäelimiä ja toimivat lämmöneristeenä

rasvat ovat glyserolin ja rasvahappojen estereitä.

Tyydyttyneissä rasvahapoissa hiiliatomien välillä on yksöissidoksia

Kertatyydyttymättömissä vain yksi kaksoissidos

Monityydyttymättömissä enemmän kuin yksi kaksoissidos

Rasvat pilaantuvat eli härskiintyvät melko helposti. Rasvahappo-osanirtoaanglyserolirungosta ja vapautuvat lyhytketjuiset ja helposti haihtuvat rasvahapot, kuten voihappo, aiheuttavat pahaa hajua ja makua.

Orgaanisia aineita ympärillämme

Hiilivetyjä:

Metaani

-väritön ja hajuton kaasu

-hyvä polttoaine, jota on mm. Maakaasussa

-bakteerit tuottavat hajottaessa kasvijätteitä soilla ja kaatopaikoilla (biokaasu ja suokaasu) samalla syntyy pahanhajuisia typpi- ja rikkiyhdisteitä

Eteeni:

-väritön ja makealta tuoksuva kaasu

-syntyy hedelmien kypsyessä

-eteeniä käytetään todella paljon mm. Polyeteeni on muovi, jota valmistetaan polymeroimalla eli liitetään suuri joukko eteenimolekyylejä yhteen

Etyyni:

-hyvin reaktiivinen, väritäm ja hajuton kaasu

-reaktiivisuutensa vuoksi etyyniä säilytetään asetoniin liuotettuna, kutsutaan my,s asetyleeniksi

-etyynin palaessa syntyy paljon lämpöenergiaa, liekin lämpö voi nousta jopa 3000 asteeseen ja siksi sitä käytetään hitsauskaasuna

Alkoholit:

Metanoli:

-saadaan puusta kuivatislaamalla, kutsutaan myös puuspiiriksi

-väritön, erittäin myrkyllinen, helposti haihtuva neste, jonka kiehumispiste on 66astetta

-hapettuu maksassa formaldehydiksi ja edelleen metaani- eli muurahaishapoksi, joka kiteytyy suoloina munuaistiehyissä ja tuhoaa munuaiset

-hyvä liuotin ja monien kemikaalien raaka-aine

-kiihdytyautojen polttoaineessa

Etanoli:

-"nautintoaine alkoholi"

-liutin, teollisuuden raaka-aine, desinfiointiaine

-kirkas, väritön, polttavanmakuinen neste, kiehumispiste 79 astetta

-huumaava aine joka lamauttaa keskushermoston toimintaa ja suurina pitoisuuksina voi aiheuttaa kuoleman

-valmistetaan alkoholikäymisemä

Glykoli:

-myrkyllinen neste

-autojen jäähdytysneste, muoviteollisuuden raaka-aine

Glyseroli:

-makea, myrkytön, siirappimainen neste, joka sitoo vettä

-kosmetiikkatuotteet, saippuat, painovärit, tekstiili-, elintarvike- ja muoviteollisuudess

Ksylitoli:

-luonnossa pieninä määrinä mansikoissa, vadelmissa

-valmistetaan koivun kuituaineesta, mistä nimi koivusokeri

Sorbitoli:

-makeutusaine

Muita happiyhdisteitä:

Metanaali eli formaldehydi:

-desinfiointiin ja biologisten preparsattien säilytykseen, muovien ja liimojen rakennus-aineena, tupakansavussa

-myrkyllinen, pistävän hajuinen kaasu

Asetoni:

- propanoni

-helposti haihtuva ja syttyvä neste, jonka kiehumispiste 56 astetta

-hyvä liuotin, liuottaa mm. Hartseja, lakkoja ja muoveja.

-käytetään myös tekokuitujen, räjähteiden ja asetyleenin valmistuksessa.

Etaanihappo:

-lääkeaineiden raaka-aine

-toiselta nimeltä etikkahappo

Monet marjat ja hedelmät sisältää sitruuna- ja bentsoehappoa

Raparperi ja suolaheinä sisältävät oksaalihappoa, joka saattaa kerääntyä munuaisiin ja muodostaa munuaiskiviä, siksi raparperin kanssa olisi hyvä juoda maitoa tai nauttia maitotuotteita.

Typpiyhdisteet:

Animiini:

-yksinkertainen aromaattinen amiini. Ensimmäinen synteettisesti valmistettu väriaine, käytetään edelleen väriaine- ja lääketeollisuudessa.

Valkuaisaineet eli proteiinit ovta aminohapoista rakentuneita. 

Orgaanisia yhdisteitä 2 aldehydit, ketonit, karboksyylihapot, eetterit, esterit, amiinit ja aminohapot

"Aldehydit ja ketonit:
-sisältävät karbonyyliryhmän, jossa happiatomi on liittynyt kaksoissidoksella hiiliatomiin
-aldehydeillä karbonyyliryhmä on ketjun päässä
-ketoneilla karbonyyliryhmä on hiiliketjun keskellä

Karboksyylihappo:
-hydroksyyliryhmä ja karbonyyliryhmä=karboksyyliryhmä -COOH

Eetterit ja esterit:
 Alkoholi+alkoholi=eetteri+vesi
-happisilta -O-

Alkoholi+karboksyylihappo=esteri+vesi
-esteri tuoksuu hyvälle
-R-CO2-R

Amiinit:
-typpiatomi on sitoutunut vähintään yhteen hiiliatomiin ja mahdollisesti vetyihin.
-DNA koostuu peräkkäisistä nukleitideista, joissa on aina yksi fosforihappo- ja sokelimolekyyli sekä amiini liittyneet yhteen

Primäärinen, jos typestä lähtee yksi hiili
Sekundäärimen, jos typestä lähtee kaksi hiiltä
Tertiäärinen, jos typestä lähtee kolme hiiltä

Aminohapot:
-aminoryhmä -NH2 ja karboksyyliryhmä -COOH
-kun kaksi aminohappomolekyyliä liittyy yhteen, toisen aminoryhmä ja toisen karboksyyliryhmä reagoivat keskenään, jolloin syntyy dipeptidi- ja vesimolekyyli
Polypeptideissä on suuri joukko yhteen liittyneitä aminohappomolekyylejä, mm. Proteiinit

Orgaanisia yhdistetyyppejä: bentseenirengas, hiilivedyt, alkoholit ja fenoli

BØ
Orgaanisessa kemiassa tutkitaan hiilen yhdisteitä. Raja orgaanisten ja epäorgaanisten yhdisteiden välillä on hailuva, koska monilla uusilla yhdisteillä on molempien piirteitä. Hiilen oksidit ja hiilihappo sekä sen suolat luokitellaan epäorgaanisiin.

Yhdisteiden ominaisuuksia voidaan ennustaa molekyylirakenteen avulla. Orgasniset yhdisteet luokitellaan ryhmiin sidosten js toiminnallisten eli fuktionaalisten ryhmien mukaan. Toiminnalliset ryhmät ovat yleensä sidoksen helpoimmin reagoivia osia, siten yhdisteen tunnusmerkki.

Orgaaniset yhdisteet luokitellaan sidostyyppien perusteella tyydyttyneisiin (vain yksöissidoksia) ja tyydyttymättömiin(vähintään yksi kaksois- tai kolmoissidos) yhdisteisiin.

Bentseenirengas:  
                                                

Hiiliatomit voivat liittyä toisiinsa ketjuiksi tai renkaiksi(=sykliksi) 

Kuuden hiiliatomin sykli on saanut oman nimen bentseenirengas, jossa hiiliatomien väliset sidokset
ja sidoskulmat ovat yhtä suuria. Sidokset ovat yksöis- ja kaksoissidoksen välimuotoja, joten yhdisteitä ei voi luokitella tyydyttymättömiin tai tyydyttyneisiin, vaan ne muodostaa oman ryhmän.

Bentseenirengas antaa aineelle ominaisuuksia kuten passiivisuus. Lisäksi koska varhaisimmat tunnetut bentseenirenkaay olivat hyvän hajuisia eli aromaattisia, niitä on alettu kutsua aromaattisiksi yhdisteiksi.

Hiilivedyt:

-koostuvat vain hiili- ja vetyatomeista

-luokitellaan sidosten perusteella alkaaneihin(tyydyttyneet), alkeeneihin ja alkyyneihin (tyydyttymättömät) sekä aromaattisiin hiilivetyihin.

-poolittomia tai lähes poolitoomia, koska sidokset ovat vain heikosti poolisia ja molekyylit ovat useim symmetrisiä.

-polttoaineissa hiilivetyjen seoksia, koska ne palavat helposti ja vapauttavat lämpöenergiaa.

-useat peräisin maaöljystä tai maakaasusta

Alkoholit:
Alkoholin tunnusmerkki on karboksyyliryhmä eli -OH. Alkoholit jaetaan primäärisiin, sekundäärisiin ja tertiäärisiin alkoholeihin. Idea aukeaa helpoiten kuvasta (alhaalla)

Primäärinen, jos siitä hiilestä, mihin karboksyyliryhmä on liittynyt lähtee yksi hiili
Sekundäärinen, jos hiilestä lähtee kaksi hiiltä
Tertiäärinen, jos hiilestä lähtee kolme hiiltä, eli karboksyyliryhmä on ketjun päässä

Fenoli:
Aromaattisissa alkoholeissa -OH on liittynyt sivuketjum hiiliatomiin, ei bentseenirenkaaseen. Jos -OH lähtee bentseenirenkaasta kyseessä on fenoli.
Fenolit reagoivat alkoholin tavoin, mutta niissä on myös happojen ominaisuuksia.
Monet fenoliyhdisteet ovat hengitettynä haitallisia ja voivat aiheuttaa kudosvaurioita iholla.
Hedelmien ja marjojen fenoliyhdisteet, flavonoidit tärkeitä hapettumisenestoaineita.

Poolisuus

Kovalenttinen sidos on pooliton, jos sitoutuneet atomit vetävät yhteisiä sidoselektroneja yhtä voimakkaasti puoleensa. Tällöin elektronegatiivisuus (=kuinka hanakasti atomi haluaa elektronia) on yhtä suuri molemmilla. Molekyyli voi olla pooliton myös siinä tilanteessa kun se on symmetrinen. Vaikka siinä olisi useita poolisia sidoksia ne kumoutuu molekyylin poolisuuden vuoksi.

Poolisessa molekyylissä eli dipolissa on osittaisvarauksia.  Suuremman elektronegatiivisuuden omaava atomi esim HCL:ssä kloori vetää elektronia tiukemmin itselleen ja tällöin se saa negatiivisen osittaisvarauksen ja vety positiivisen osittaisvarauksen. Poolisuus tarkoittaakin sidoselektronien ja myös sähkövarauksen epätasaista jakautumista.

Mitä poolisuus kertoo?

Kun miettii vesimolekyyliä H2O ja sen rakennetta. Hapella suurempi elektronegatiivisuus kuin vedyllä (näkee MAOL:n taulukkokirjasta) happi saa negatiivisen osittaisvarauksen ja vety positiivisen osittaisvarauksen. Molemmat sidokset ovat poolisia. Koska vesimolekyyli ei ole symmetrinen ja sillä on poolisia sidoksia vesi on poolinen.

Muisti sääntö: "Poolinen liuottaa poolista"/"pooliton liuottaa poolitonta"

Tutkitaan bensiiniä, joka on useiden hiilivetyjen seos. (2,2,4-trimetyylipentaani) suoraan tai piirtämällä nähdään, että bensiini on hyvin heikosti poolinen. Se selviää sillä, että hiilen osittais varaus on 2,5 ja vedyn 2,1 sekä niiden erotus 0,4. Se on heikosti poolinen, koska se on alle 0,7.

Meillä on siis poolinen vesi ja lähes pooliton bensiini. Arkipäivästä jo tiedämme, ettei bensiini liukene veteen.

Testailuja voi jatkaa vaikka kuinka kauan mutta pääsääntöisesti poolinen liukenee veteen eli pooliseen.

Yhteenvetoa: poolisuutta tutkittaessa otetaan huomioon molekyylin koko, sen avaruusrakenne, poolisten sidosten määrä ja niiden paikka.

-molekyyli on poolinen jos sillä on vain yksi poolinen sidos
-yksittäisten poolisten sidosten vaikutus vähenee kun molekyylin koko kasvaa (symmetria)

Sähköinen vuorovaikutus ja kovalenttinen sidos

Atomien, molekyylien ja ionien välillä on sähköistä vuorovaikutusta(veto- ja poistovoimat), jotka pitävät aineen koossa. 

"Atomit ovat laiskoja" , koska atomit pyrkivät liittymään yhteen siten, että muodostuvalls systeemillä on pienempi kokonaisenergia kuin erillisillä atomeilla yhteensä (=energiaminimi periaate) Sitoutuminen tapahtuu usein siten, että atomit saavuttavat oktetin, eli ulkokuori tulee täyteen, eikä sielä ole parittomia ulkoelektroneja. 

Kovalenttinen sidos: esimerkkinä vety. Vedyllä on perustilassa yksi ulkoelektroni. Saavuttaakseen oktetin se tarvitsee kaksi ulkoelektronia. Helpoiten se käy kun kaksi vetyä jakavat ulkoelektroninsa yhteiseen käyttöön, joten atomeja yhdistää yksi sidoselektronipari. Tämä sidos merkitään yhdellä viivalla atomien väliin.

Kovalenttinen kaksoissidos: esimerkkinä happi. Happiatomilla on kuusiulkoelektronia, joista kaksi on paritonta. Happi voi liittyä esim. Toisen happiatomin kanssa, jolloin molemmat luovuttaa kaksi elektronia yhteiseen käyttöön ja syntyy kaksi sidoselektroniparia. Sidos merkitään kahdella viivalla atomien väliin.

Kovalenttinen kolmoissidos: typellä on viisi ulkoelektronia, joista kolme paritonta. Kun kaksi typpeä luovuttaa kolme elektronia yhteiseen käyttöön syntyy kolme sidoselektroniparia. Merkitään taasen kolmella viivalla.

Hiiliatomi on neliarvoinen (neljä ulkoelektronia) hiiliatomin oktetti muodostetaan, joko neljällä yksöissidoksella, yhdellä kaksois- ja kahdella yksöissidoksella tai yksöissidoksella ja kolmoissidoksella. Nämä ovat pysyviä muotoja, toisin kuin kaksi kaksoissidosta.

Kovalenttisin sidoksin yhteen liittynee atomit muodostavat molekyylin. Hiiliatomit ja muutamien muiden alkuaineiden atomit pystyvät sitoutoutumaan toisiinsa muodostaen myös rengasmaisia rakenteita tai ketjuja.

Kovalenttisen sidoksen purkaminen vaatii paljon energiaa. Eniten energias tarvitaan kaikkien kolmen sidoksen rikkomiseen kolmoissidoksessa ja vähiten yksöissidoksen rikkomiseen. Kuitenkin yhden sidoksen rikkominen kaksois- tai kolmoissidoksessa vaatii vähemmän energias kuin yksöissidoksen rikkominen. -->yleensä kaksois- tai kolmoissidokset ovat orgaanisten molekyylien reaktioherkimpiä kohtia. 

Kemiaa, aineiden rakenne ja tutkimus

Kirjoittelu onkin vähän jäänyt.. Olin isosena rippileirillä ja viikot kuluivatkin leiriporukan kanssa. Biologiasta olen lukenut lähes kaikki kirjat (BIOS) vitosta en ole vielä katsonut, mutta muuten olen valmis ensi viikon maanantaina alkavaan kertauskurssiin.

Nyt kemian pariin. Käytämme koulussa kirjasarjaa nimeltä Kemisti. Aloitan ihan kemisti 1, ihmisen ja elinympöristön kemia.

Aineiden rakenne ja ominaisuudet saadaan selville tutkimalla. Tunnistamiseen riittää aistihavainnot; miltä aine tuntuu, tuoksuu, näyttää. Syvempi tarkastelu tapahtuu mittauslaitteilla ja tutkimusvälineillä. Tärkeitä tutkittavia ominaisuuksia ovat mm. Ulkomäkö, olomuoto, tiheys, vesiliukoisuus, käyttäytyminen kuumentaessas sekä happamuus ja emäksisyys

Luonnontieteellisn tiedon hankinnan monivaiheinen prosessi etenee seuraavasti.
1. Valmistautuminen: ongelma-alueeseen perehtyminrn ja hypoteesin muotoilu
2. Toiminta: tutkimuksen suunnittelu ja mittausten tekeminen
3. Arviointi: aineiston erittely ja tutkinta, päätelmien tekeminen sekä tulosten raportointi

Jotta tulosten oikeellisuus voitaisiin todistaa pitää tutkimus pystyä tekemään uudestaan ja päätyä samaan lopputulokseen.

Mitä saadaan tulokseksi aineen rakenteesta: mistä aine on rakentunut?
-kemian peruskäsityksiä aineen rakenneosista ja niiden välisistä vuorovaikutuksista:
1. Kaikki aine koostuu pienistä rakenneosista, joita ovat atomit, molekyylit ja ionit.
2. Rakenneosat sitoutuvat toisiinsa sähköisin vetovoimin. Sitoutumisen voimakkuus ja sitoutumistapa vaihtelevat. Näistä johtuvat aineiden erilaiset ominaisuudet kuten olomuodot.

                  A)kiinteä: rakenneosasilla suuri keskinäinen vetovoima, värähtelee paikoillaan

                  B)neste: samassa lämpötilassa olevan nesteen rakenneosien väliset vetovoimat pitävät                nesteen astiassa, mutta hiukkaset pystyvät liukumaan toistensa ohi

C) kaasu: rakenneosien väliset vetovoimat niin vähäisiä, että atomit ja molekyylit pääsevät liikkumaan vapaasti --> kaasu täyttää tasaisesti ja kokonaan tilan, johon se on suljettu

3. Rakenneosat ovat koko ajan liikkeessä: translaatio=etenevä liike, rotaatio=pyöriminen, vibraatio=värähtely ja venyminen

4. Rakenneosat törmäilevät

5. Rakenneosien törmätessä voi tapahtua kemiallinen reaktio

Erilaiset mallit kertovat aineen rakenteesta:

Kalottimalli=atomit ja niiden paikat kuvataan toisiinsa upotettujen eriväristen pallojen avulla. 

Pallotikkumallo=molekyylin kolmiulotteinen rakenne ja atomien väliset sidokset. 

Rakennekaava=atomit merkitään niiden kemiallisilla kirjainsymboleilla ja atomien väliset sidokset viivoin.

Viivakaava=yksinkertaistettu rakennekaava, hiiliatomit ja niihin sitoutuneet vetyatomit ovat jätetty merkitsemättä

Molekyylikaava=ilmoittaa alkuaineiden atomien lajit ja niiden lukumäärän

Varausjakaumamalli=havainnoollistaa sähkövaraustrn jakautumisen molekyylin eri osissa.