Tänään kertailin kemian stoikiometriaa, minkä me käytiin loppuun maanantain kurssikerralla.
Atomien ja molekyylien massat ovat tosi pieniä. Niiden ilmaisuun jouduttaisiin käyttämään hyvin pieniä lukuja, jonka takia käytössä on moolin käsite. Yhdessä moolissa mitä tahansa alkuainetta on saman verran hiukkasia kuin yhdessä moolissa hiiltä. Moolin sisältämä hiukkasmäärä voidaan laskea kertomalla ainemäärä Avogadron vakiolla. Yksi mooli ainetta painaa aina tietyn moolimassan verran. Moolimassa-arvot löytyvät alkuaineiden jaksollisesta järjestelmästä. Aineen ainemäärän mooleissa voidaan laskea jakamalla aineen massa moolimassalla. Molekyylin moolimassa saadaan kertomalla taulukossa annettu moolimassa saman alkuaineen atomien lukumäärällä ja laskemalla eri aineiden moolimassat yhteen.
Kun atomit vaihtavat elektroneja, aine voi joko hapettua (luovuttaa elektroneja, jolloin hapetusluku kasvaa) tai pelkistyä (vastaanottaa elektroneja, jolloin hapetusluku pienenee). Hapettuva aine toimii silloin pelkistimenä ja pelkistyvä hapettimena. Hapetus-pelkistysreaktiot tapahtuu aina samaan aikaan eli kun jokin aine hapettuu, toinen pelkistyy. Atomeille voidaan laskea hapetusluvut, jotka kertovat luovutettujen tai vastaanotettujen elektronien määrän.
Alkuaineatomin hapetusluku on aina nolla. Ionin hapetusluku on varauksen suuruinen. Molekyylin, joka on ulospäin varaukseton, hapetusluku on nolla. Alkalimetallien hapetusluku +I, koska ne luovuttavat mielellään yhden elektronin. Maa-alkalimetallien hapetusluku on +II, koska ne luovuttavat mielellään kaksi ulkoelektronia. Fluori on elektronegatiivisin alkuaine ja sen hapetusluku on aina -I. Vedyn hapetusluku on +I, paitsi metallien kanssa reagoidessa -I, koska metallit pyrkivät luovuttamaan elektroninsa. Hapen hapetusluku on -II, paitsi peroksideissa -I ja fluorin kanssa reagoidessa +II. Metallien hapetusluku on aina positiivinen.
Reaktioyhtälöitä muodostaessa täytyy ottaa huomioon, että molemmin puolin on oltava sama määrä samaa ainetta ja sama määrä varauksia, koska ainetta ei häviä eikä tule tyhjästä lisää. Tämä voidaan tehdä lisäämällä kertoimet molekyylien eteen. Monimutkaisissa yhtälöissä tasapainottaminen on helpompaa hapetuslukujen avulla.
Epäorgaanisten yhdisteiden nimeämisessä ensin nimetään elektropositiivisin aine ja viimeiseksi elektronegatiivisin. Ioniyhdisteissä nimetään ensin kationi ja sitten anioni.
Jos atomeja on useampia, käytetään etuliitteitä mono (1), di (2), tri (3), tetra (4), penta (5), heksa (6), hepta (7), okta (8), nona (9) ja deka (10). Monoa käytetään vain jos molempia alkuaineita on vain yksi atomi. Yksiatomisille anioneille lisätään loppuun -idi pääte. Moniatomisille anioneille -naatti tai -niitti. Moniatomisten kationien pääte on -onium. Jos yhdisteen atomilla voi olla useampia hapetuslukuja, atomin hapetusluku on laitettava sulkuihin aineen kemiallisen merkin jälkeen.
Stoikiometrisissa laskuissa lasketaan aineiden massoja ja ainemääriä. Yleensä aineita ei ole reaktioon tasainen määrä, vaan jokin aine voi loppua ensin kesken. Tämä aine on rajottava reagenssi ja se lasketaan aineiden ainemääristä.
Yhdisteiden kaavoja kirjoittaessa voidaan kirjoittaa empiirinen kaava. Empiirinen kaava ei kerro kuinka paljon eri alkuaineita yhdisteessä on, vaan niiden suhteen.
Kun aineet reagoivat useampaan kertaan peräkkäin, muodostetaan reaktiosarjan. Silloin reaktiot voidaan yhdistää keskenään kertomalla niitä sopivilla luvuilla. Seoksen reagoidessa tapahtuu useampi reaktio rinnakkain. Näitä ei voida laskea yhteen, vaan niitä reaktioyhtälöitä on tarkasteltava erikseen toisistaan.
Stoikiometriset laskut ovat usein liuoslaskuja. Liuoksia voidaan laimentaa, jollon liuoksen pitoisuus muuttuu, kun ainemäärä pysyy samana ja vain liuottimen määrä lisääntyy. Tälläin lasketaan liuoksen konsentraatio, joka saadaan jakamalla liuenneen aineen ainemäärä liuoksen tilavuudella. Liuoksesta voidaan laskea massaprosentti tai tilavuusprosentti, joka kertoo liuenneen aineen prosentuaalisen osuuden koko liuoksen tilavuudesta tai massasta. Muita osuusmerkintöjä ovat promille (tuhannesosa) ja ppm (miljoonasosa).
Kaasulaskuissa lukiossa oletetaan kaasujen käyttäytyvän kuin ideaalikaasut. Kemian laskuissa käytetään samoja kaasulain perusyhtälöitä kuin fysiikassakin. NTP-oloissa kaikilla kaasuilla on sama moolitilavuus, 22,41 dm3.
Kaasuseoksissa pätee, että seoksen kokonaispaine on osapaineiden summa.
Atomien ja molekyylien massat ovat tosi pieniä. Niiden ilmaisuun jouduttaisiin käyttämään hyvin pieniä lukuja, jonka takia käytössä on moolin käsite. Yhdessä moolissa mitä tahansa alkuainetta on saman verran hiukkasia kuin yhdessä moolissa hiiltä. Moolin sisältämä hiukkasmäärä voidaan laskea kertomalla ainemäärä Avogadron vakiolla. Yksi mooli ainetta painaa aina tietyn moolimassan verran. Moolimassa-arvot löytyvät alkuaineiden jaksollisesta järjestelmästä. Aineen ainemäärän mooleissa voidaan laskea jakamalla aineen massa moolimassalla. Molekyylin moolimassa saadaan kertomalla taulukossa annettu moolimassa saman alkuaineen atomien lukumäärällä ja laskemalla eri aineiden moolimassat yhteen.
Kun atomit vaihtavat elektroneja, aine voi joko hapettua (luovuttaa elektroneja, jolloin hapetusluku kasvaa) tai pelkistyä (vastaanottaa elektroneja, jolloin hapetusluku pienenee). Hapettuva aine toimii silloin pelkistimenä ja pelkistyvä hapettimena. Hapetus-pelkistysreaktiot tapahtuu aina samaan aikaan eli kun jokin aine hapettuu, toinen pelkistyy. Atomeille voidaan laskea hapetusluvut, jotka kertovat luovutettujen tai vastaanotettujen elektronien määrän.
Alkuaineatomin hapetusluku on aina nolla. Ionin hapetusluku on varauksen suuruinen. Molekyylin, joka on ulospäin varaukseton, hapetusluku on nolla. Alkalimetallien hapetusluku +I, koska ne luovuttavat mielellään yhden elektronin. Maa-alkalimetallien hapetusluku on +II, koska ne luovuttavat mielellään kaksi ulkoelektronia. Fluori on elektronegatiivisin alkuaine ja sen hapetusluku on aina -I. Vedyn hapetusluku on +I, paitsi metallien kanssa reagoidessa -I, koska metallit pyrkivät luovuttamaan elektroninsa. Hapen hapetusluku on -II, paitsi peroksideissa -I ja fluorin kanssa reagoidessa +II. Metallien hapetusluku on aina positiivinen.
Reaktioyhtälöitä muodostaessa täytyy ottaa huomioon, että molemmin puolin on oltava sama määrä samaa ainetta ja sama määrä varauksia, koska ainetta ei häviä eikä tule tyhjästä lisää. Tämä voidaan tehdä lisäämällä kertoimet molekyylien eteen. Monimutkaisissa yhtälöissä tasapainottaminen on helpompaa hapetuslukujen avulla.
Epäorgaanisten yhdisteiden nimeämisessä ensin nimetään elektropositiivisin aine ja viimeiseksi elektronegatiivisin. Ioniyhdisteissä nimetään ensin kationi ja sitten anioni.
Jos atomeja on useampia, käytetään etuliitteitä mono (1), di (2), tri (3), tetra (4), penta (5), heksa (6), hepta (7), okta (8), nona (9) ja deka (10). Monoa käytetään vain jos molempia alkuaineita on vain yksi atomi. Yksiatomisille anioneille lisätään loppuun -idi pääte. Moniatomisille anioneille -naatti tai -niitti. Moniatomisten kationien pääte on -onium. Jos yhdisteen atomilla voi olla useampia hapetuslukuja, atomin hapetusluku on laitettava sulkuihin aineen kemiallisen merkin jälkeen.
Stoikiometrisissa laskuissa lasketaan aineiden massoja ja ainemääriä. Yleensä aineita ei ole reaktioon tasainen määrä, vaan jokin aine voi loppua ensin kesken. Tämä aine on rajottava reagenssi ja se lasketaan aineiden ainemääristä.
Yhdisteiden kaavoja kirjoittaessa voidaan kirjoittaa empiirinen kaava. Empiirinen kaava ei kerro kuinka paljon eri alkuaineita yhdisteessä on, vaan niiden suhteen.
Kun aineet reagoivat useampaan kertaan peräkkäin, muodostetaan reaktiosarjan. Silloin reaktiot voidaan yhdistää keskenään kertomalla niitä sopivilla luvuilla. Seoksen reagoidessa tapahtuu useampi reaktio rinnakkain. Näitä ei voida laskea yhteen, vaan niitä reaktioyhtälöitä on tarkasteltava erikseen toisistaan.
Stoikiometriset laskut ovat usein liuoslaskuja. Liuoksia voidaan laimentaa, jollon liuoksen pitoisuus muuttuu, kun ainemäärä pysyy samana ja vain liuottimen määrä lisääntyy. Tälläin lasketaan liuoksen konsentraatio, joka saadaan jakamalla liuenneen aineen ainemäärä liuoksen tilavuudella. Liuoksesta voidaan laskea massaprosentti tai tilavuusprosentti, joka kertoo liuenneen aineen prosentuaalisen osuuden koko liuoksen tilavuudesta tai massasta. Muita osuusmerkintöjä ovat promille (tuhannesosa) ja ppm (miljoonasosa).
Kaasulaskuissa lukiossa oletetaan kaasujen käyttäytyvän kuin ideaalikaasut. Kemian laskuissa käytetään samoja kaasulain perusyhtälöitä kuin fysiikassakin. NTP-oloissa kaikilla kaasuilla on sama moolitilavuus, 22,41 dm3.
Kaasuseoksissa pätee, että seoksen kokonaispaine on osapaineiden summa.