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.