Kemia 4

Question 1

Hapettuminen

Answer 1

Luovuttaa elektroneja, syntyy kationi

Question 2

Pelkistyminen

Answer 2

Ottaa vastaan elektroneja, syntyy anioni

Question 3

Metallien jännitesarjassa metallit on järjestetty

Answer 3

Pienenevän hapettumiskyvyn mukaan

Question 4

Metallien jännitesarjan epäjalot metallit

Answer 4

Ennen vetyä olevat metallit, jotka hapettuvat happoliuoksessa vetyä vapauttaen

Question 5

Metallien jännitesarjan jalot metallit

Answer 5

Vedyn jälkeen olevat metallit, jotka hapettuvat ns hapettuvilla hapoilla –> happomolekyylissä pelkistyy jokin muu kuin vety

Question 6

Sähköpari

Answer 6

Hapettumis-pelkistymis-reaktiossa vapautuva energia muutetaan sähköenergiaksi

Question 7

Elektrolyysi

Answer 7

Sähköenergiaa hyödynnetään kemiallisen reaktion aikaansaamiseksi

Question 8

Eksoterminen

Answer 8

Vapautuu energiaa–> lämpötila nousee

Question 9

Galvaaninen kenno

Answer 9

Eli sähköpari

Question 10

Daniellin pari

Answer 10

Yksinkertainen sähkökemiallinen pari, jossa esimerkiksi

1) sinkkisauva on upotettu sinkki-ioneja sisältävään liuokseen
2) kuparisauva on upotettu kupari-ioneja sisältövään liokseen
3) sauvat on yhdistetty ulkoisilla johtimilla, jotka kulkevat volttimittari kautta
4) astiat yhdistetään ns. suolasillalla, joka yhdistää astiat virtapiiriksi. Suolasilta ylläpitää sähkövarausten tasapainoa liuoksissa

Question 11

Sähköparin positiivinen elektrodi

Answer 11

Elektronit menevät positiiviselle kohtiolle eli elektrodille, jossa tapahtuu pelkistyminen. Katodi.

Question 12

Sähköparin negatiivinen elektrodi

Answer 12

Tapahtuu hapettuminen, jolloin elektronit irtoavat negatiiviselta kohtiolta eli elektrodilta. Anodi.

Question 13

Kennokaavio

Answer 13

Esimerkiksi
Zn(s) | ZnSO4(aq) || CuSO4(aq) | Cu(s)

Negatiivinen elektrodi vasemmalla ja positiivinen oikealla. Yksi pystyviiva: metallielektrodin ja elektrolyyttiliuoksen välinen rajapinta, kaksi pystyviivaa: suolasilta

Question 14

Sähköparin lähdejännite

Answer 14

Danielin parin elektrodeihin kytketään jännitemittari ja näiden kahden elektrodin välinen potentiaaliero.

Negatiivisella elektrodilla on suurempi potentiaalienergia kuin positiivisella elektrodilla.

Lähdejännitteen suuruus riippuu elektrodin materiaalista, liuosten konsentraatiosta ja niiden lämpötilasta

Question 15

Normaalivetyelektrodi

Answer 15

Platinaelektrodi, jonka pinta-ala on tehty mahd. suureksi hienojakoisella platinajauheella. Elektrodi on upotettu HCl liuokseen, jonka konsentraatio on 1,0mol/l. Elektrodin pinnalle johdetaan vetykaasua (normaalipaineisena, 298,15K). Tällä elektrodilla vety voi hapettua sekä pelkistyä.

Question 16

Miten eri aineiden normaalipotentiaaliarvot merkitään?

Answer 16

Eri aineiden normaalipontentiaaliarvot merkitään positiiviseksi/negatiiviseksi sen mukaan, toimiiko mitattava elektrodi normaalivetyelektrodiin nähden positiivisena vai negatiivisena elektrodina.

Question 17

Pakotettu hapettumis-pelkistymis-reaktio

Answer 17

Eli elektrolyysi, saadaan aikaan sähkövirran avulla. Tuotetaan puhtaita alkuaineita

Question 18

Elektrolyysikenno

Answer 18

Muodostuu kahdesta elektrodista, jotka kytketään tasavirtalähteeseen. Virtalähde toimii elektronipumppuna joka siirtää elektroneja elektrodilta toiselle.

Question 19

Elektrolyysin negatiivinen elektrodi

Answer 19

Elektroniylimäärä, katodi, pelkistyminen. Suolasulatteen positiiviset kationit menevät negatiiviselle katodille.

Question 20

Elektrolyysin positiivinen elektrodi

Answer 20

Elektronivajaus, anodi (anionit anodille), hapettuminen. Suolasulatteen negatiiviset anionit menevät positiiviselle anodille.

Question 21

Elektrolyysi esimerkki:

Answer 21

Esim natriumkloridin elektrolyysi

1) negatiiviset kloridi-ionit liikkuvat positiiviselle anodille
2) anodilla tapahtuu hapettuminen eli Cl-ionit luovuttavat elektroneja, jolloin syntyy kloorikaasua
3) positiiviset natriumionit siirtyvät negatiiviselle katodille, jossa tapahtuu pelkistyminen (elektronien vastaanotto) ja katodin pinnalle pelkistyy metallista natriumia
4) elektronitasapainoa pitää yllä tasavirtalähde joka siirtää elektroneja johdinta pitkin anodilta katodille

Question 22

Passiivinen elektrodi

Answer 22

Elektrodi, joka ei osallistu elektrolyysireaktioon. Yleensä valmistettu grafiitista tai jostakin jalometallista

Question 23

Aktiivinen elektrodi

Answer 23

Metallielektrodi, joka osallistuu elektrolyysireaktioon. Elektrodi osallistuu anodilla tapahtuvaan hapettumisreaktioon, jolloin metallista muodostuu ioneja ja elektrodi syöpyy. Esim rauta, kupari tai lyijy

Question 24

Metallin puhdistus elektrolyyttisesti

Answer 24

Elektrodimateriaalin osallistumista elektrolyysitapahtumaan voidaan hyödyntää metallien puhdistuksessa ja pinnoituksessa.

Question 25

Metallin puhdistaminen esimerkki:

Answer 25

Esim kuparia tuotetaan seuraavasti:
Anodiksi laitetaan raakakuparilevy, joka sisältää mm rautaa ja sinkkiä epäpuhtautena. Tämä elektrodi upotetaan kuparisulfaattiliuokseen ja katodiksi kytketään puhdas kuparilevy. Anodilla raakakuparista hapettuu liuokseen kupari-ioneja ja nämä ionit pelkistyvät katodin pinnalle, josta saadaan myodostumaan sinne erittäin puhdasta kuparia.

Raakakuparin epäpuhtaudet jäävät ioneina liuokseen ja valuvat anodilietteenä elektrolyysiastian pohjalle.

Question 26

Metallen pinnoitus elektrolyyttisesti

Answer 26

Päällystettävä esine laitetaan katodiksi, jonka päälle pelkistyy halutun metallin ioneja suojaavaksi kerrokseksi.

Question 27

Elektrolyysin kvantitatiivinen tarkastelu

Answer 27

Kun tarkastellaan mitä tahansa elektrolyysin puolireaktiota, voidaan todeta, että syntyvän tuotteen ainemäärään vaikuttaa se, kuinka paljon elektroneja siirtyy tapahtuman aikana. Michael Faraday osoitti, että elektrolyysin aikana siirtynyt sähkömäärä Q vaikuttaa elektrodeilla reagoivien aineiden ainemääriin

Question 28

Kennon läpi kulkeva sähkömäärä

Answer 28

Q = I(i)*t, jossa I on elektrolyysissä käytetty virta ampeereina ja t on elektrolyysiin käytetty aika sekunteina. Sähkömäärän Q yksiköksi tulee siis As eli Coulomb C. Yhden elektronimoolin kuljettama sähkömäärä saadaan, kun kerrotaan elektronin varaus Avogadron vakiolla, josta tulee n 96 485 As/mol.

Question 29

Faradayn vakio F

Answer 29

Yhden elektronimoolin kuljettama sähkömäärä, saadaan kun kerrotaan elektronin varaus Avogadron vakiolla, tulee noin 96485 As/mol

Question 30

Tarvittavien elektronien määrä hapettuvaa/pelkistyvää atomia/molekyyliä/ionia kohti

Answer 30

I* t= nzF

Missä I on elektrolyysissä käytetty virta, t on aika, n on hapettuvan/pelkistyvän aineen ainemäärä, z on elektronien määrä puolireaktiosta ja F on Faradayn vakio

Question 31

Alkuaineiden metalliluonne kasvaa jaksollisessa järjestelmässä…

Answer 31

Jaksoissa oikealta vasemmalle, ryhmissä ylhäältä alaspäin.

Question 32

Aktiiviset metallit

Answer 32

Muodostavat helposti yhdisteitä, ei löydy luonnosta puhtaina alkuaineina. Kaikki ensimmäisen ja toisen pääryhmän metallit sekä mm alumiini ja rauta.

Question 33

Pääryhmien 1, 2 ja 13 metalleilla on:

Answer 33

vain yksi hapetusluku, sillä ne luovuttavat vain tietyn määrän elektroneja (1, 2 tai 3). Kyseiset metallit muodostavat aina positiivisia ioneja

Question 34

D-lohkon alkuaineet

Answer 34

Jaksojen 4 ja 5 sivuryhmien metallit. Kyseisten metallien atomeilla on kemiallisiin reaktioihin osallistuvia elektroneja myös d-orbitaaleilla. Jakson 4 metalleilla nämä elektronit ovat 3. kuoren d-orbitaaleilla ja jakson 5 metalleilla 4. kuoren orbitaaleilla. Voivat muodostaa useita positiivisia ioneja, eli voivat luovuttaa vaihtelevan määrän elektroneja.

Question 35

Siirtymämetallit

Answer 35

Siirtymämetallit eli siirtymäalkuaineet ovat alkuaineita, joiden atomeissa on toiseksi uloimmalla elektronikuorella vajaasti täytetty d-orbitaali.

Siirtymäalkuaineet muodostavat ainakin yhden positiivisen ionin, jolla on osittain täyttynyt d-orbitaali.

Question 36

Sivuryhmien metallit ja katalyytit

Answer 36

• monet sivuryhmien metallit toimivat kemiallisissa reaktioissa katalyytteinä eli ne nopeuttavat reaktiota
• katalyytti-ominaisuus voidaan selittää vajailla d-orbitaaleilla (voivat ottaa vastaan elektroneja) tai niiden kyvyllä esiintyä usealla eri hapetusluvulla

Question 37

Kompleksinmuodostuskyky

Answer 37

• siirtymäalkuaineiden ominaisuus
• kyseisten aineiden kyky sitoa ympärilleen muita molekyylejä tai ioneja
• metalli-ioni toimii keskusatomina ja siihen liittyneet ryhmät ovat nimeltään ligandeja

Question 38

Ligandi

Answer 38

• Ioni tai molekyyli, jossa on yksi tai useampi vapaa elektronipari
• esim H2O, NH3, CO, OH⁻ ja Cl⁻
• ligandit muodostavat kemiallisia sidoksia metalli-ionien kanssa sitoutumalla näiden vapaisiin d-orbitaaleihin

Question 39

Esimerkki kompleksiyhdisteestä

Answer 39

Hopeakompleksi muodostuu:
Ag⁺ + 2NH₃ –> [Ag(NH₃)₂]⁺
-keskusatomiin liittyneiden ligandien kaava erotetaan kaarisuluilla

-kompleksi-ionin kokonaisvaraus lasketaan metalli-ionin ja siihen liittyvien ligandien varausten summana

Question 40

Epämetallien muodostamat oksidit ovat…

Answer 40

happamia oksideja, sillä ne liukenevat veteen tuottaen happaman vesiliuoksen

Question 41

Metallien muodostamat oksidit ovat

Answer 41

emäksisiä oksideja–>liuetessaan veteen muodostavat hydroksi-ioneja–> veden pH nousee

Question 42

Polymeeri

Answer 42

Suuri, pitkäketjuinen orgaaninen molekyyli joka muodostuu monomeereistä erilaisissa polymeroitumisreaktioissa. Kutsutaan monesti myös makromolekyyliksi

Question 43

Polymeerien jaottelu

Answer 43

1) synteettiset ja luonnon polymeerit: onko polymeeri syntetisoitu laboratoriossa vai onko se elävän solun muodostama makromolekyyli
2) additio- ja kondensaatiopolymeerit : millä tavoin polymeeri on valmistettu/muodostunut

Question 44

Vulkanointi

Answer 44

Reaktio, jossa kumia käsitellään rikillä

Question 45

Polyadditio

Answer 45

• yksittäisten monomeerien kaksoissidokset aukeavat, jolloin sidoselektronit voivat muodostaa uusia sidoksia toisten monomeerien kanssa.
• voidaan kuvata yksityiskohtaisemmin radikaalimekanismilla

Question 46

Radikaali

Answer 46

Hyvin reaktiivinen hiukkanen, koska sillä on parittomia elektroneja.

Question 47

Amorfinen aine

Answer 47

• Kiinteä aine, jonka atomijärjestys ei ole jaksollinen
• Amorfisilla aineilla ei ole tarkkaa sulamispistettä, vaan ne muuttuvat kuumentaessa aina vain pehmeämmiksi
• Esimerkiksi lasi

Question 48

Komposiitti

Answer 48

• Kahden tai useamman materiaalin yhdistelmä, joiden ominaisuudet täydentävät toisiaan.
• Esimerkiksi luu, lasikuitu, teräsbetoni

Question 49

Hapetin

Answer 49

• Ottaa vastaan elektroneja eli pelkistyy
• Tällöin se samalla aiheuttaa toisen aineen hapettumisen
• Voimakkaita hapettimia muun muassa otsoni, typpihappo (HNO3) ja kaliumpermanganaatti (KMnO4)

Question 50

Pelkistin

Answer 50

• Luovuttaa elektroneja eli hapettuu
• Tällöin se samalla aiheuttaa toisen aineen pelkistymisen
• Voimakkaita hapettimia muun muassa natrium, hydratsiini (N2H4) ja litiumalumiinihydridi (LiAlH4)

Question 51

Anodi

Answer 51

• Elektrodi, jolla tapahtuu hapettuminen

Question 52

Katodi

Answer 52

• Elektrodi, jolla tapahtuu pelkistyminen

Question 53

Mitä tarkoittaa elektrolyysin muistisääntö PANK

Answer 53

P- positiivinen
A- anodi
N - negatiivinen
K - katodi

Question 54

Halogeenit

Answer 54

• Ryhmä 17
• Vastaanottavat mielellään elektronin
• Vapaina alkuaineina muodostavat kaksiatomisia molekyylejä
• Kaksiatomisten molekyylien välillä heikko sigma-sidos -> reaktiivisia
• Reaktiivisia
• Tehokkaita hapettimia

Question 55

Nukleotidi

Answer 55

• RNAn ja DNAn rakenneyksiköt
• sokeriosa, fosfaattiosa ja emäs
• sokeriosa on RNAssa riboosi ja DNAssa deoksiriboosi
• polynukleotidi muodostuu, kun nukleotidien väliin muodostuu fosforidiestersidos

Question 56

Proteiinit

Answer 56

• aminohapoista muodostuneita biopolymeerejä
• liittyvät toisiinsa peptidisidoksella: toisen aminohapon aminoryhmä -NH₂ liittyy toisen aminohapon karboksyyliryhmään -COOH tai päinvastoin –> reaktio on siis kondensaatioreaktio, joten reaktiossa lohkeaa aina vesimolekyyli.

Question 57

Proteiinin primäärirakenne

Answer 57

• eri aminohappojen tarkka järjestys proteiiniketjussa
• aminohappoja on 20, jotka muodostavat kaikki ihmisestä löytyvät proteiinit (n 100 000 erilaista)
• primäärirakenteessa on yleensä satoja aminohappoja –> suuret moolimassat

Question 58

Hiilihydraatit eli polysakkaridit

Answer 58

• muodostuvat monosakkarideista eli yksinkertaisista sokereista polykondensaatioreaktiolla, toinen lopputuote vesi
• Glykosidisidos yhdistää kaksi monosakkaridia polysakkaridiksi
• tärkein tehtävä: solujen energianlähde. Ihmisen solut hyödyntävät energianlähteenään vain glukoosia (monosakkaridi) –> ravinnosta saatavat erilaiset monosakkaridit muutetaan glukoosiksi isomeraasi-entsyymien avulla
• hiilihydraatit voidaan jaotella varasto- ja rakennepolysakkarideiksi

Question 59

Biopolymeerit

Answer 59

Saadaan luonnosta –> esiintyy kasveissa ja eläimissä, jaotellaan

1) polysakkaridit eli hiilihydraatit
2) polypeptidit eli proteiinit
3) polynukleotidit eli nukleiinihapot

Question 60

Polykondensaatio

Answer 60

• Monomeerien funktionaaliset ryhmät reagoivat siten, että niiden välille muodostuu uusi sidos ja usei vapautuu vettä
• HUOM KONDENSAATIOREAKTIOSSA IRTOAA AINA JOKIN TOINEN PIENI MOLEKYYLI
• etenemiselle oleellista, että kumpikin monomeeri sisältää vähintään kaksi funktionaalista ryhmää, jotta ketjun muodostuminen voi jatkua

Question 61

Miten tietää tapahtuuko reaktio spontaaniksi

Answer 61

• Lasketaan hapettumisreaktion normaalipotentiaalin arvo (Eh) ja pelkistymisreaktion normaalipotentiaalin arvo (Ep)
• Jos summa on positiivinen, reaktio tapahtuu spontaanisti.

Question 62

Hapetus-pelkistysreaktioiden reaktioyhtälöiden tasapainotus

Answer 62

1. Selvitetään hapetuslukumuutosten avulla, kuinka monta elektronia kukin hapettuva alkuaine luovuttaa ja kuinka monta elektronia kukin pelkistyvä alkuaine vastaanottaa.
2. Tasapainotetaan siirtyvien elektronien määrä laittamalla sopivat kertoimet hapettuvaa ja pelkistyvää alkuainetta sisältävän aineen kaavan eteen.
3. Tasapainotetaan seuraavaksi muiden atomien määrät.
4. Mikäli reaktio on esitetty ionimuodossa, tarkistetaan lopuksi, että sähkövarausten (ionien varausten) summa on yhtä suuri lähtöaine- ja reaktiotuotepuolella