Tunnin aluksi katsottiin viime viikolla reagoimaan jätettyjä asioita –  kuparinaula ja magnesiumnauha sinkkikloridi-liuoksessa sekä rautanaula ja magnesiumnauha kuparisulfaatti-liuoksessa. Vasemman puoleisessa liuoksessa magnesiumnauha on käytännössä liuennut sinkkikloridiliuokseen. Oikean puoleisessa ilmiö on selkeämpi – vaalean sininen liuos (jossa on kupari-ioneja) on muuttunut keltaiseksi (Fe-ioneja) ja kupari pelkistynyt rautanaulan pintaan. Myös tässä liuoksessa magnesiumnauha on liuennut liuokseen.

Seuraavaksi keskusteltiin galvaanisen kennon rakentamisesta tämän kuvatun ilmiön hyödyntämiseksi kemiallisen energian muuttamisessa sähköenergiaksi.

Tutustuimme normaalipotentiaaliin esimerkkien kautta.

 

 

Tunnilla keskityttiin demonstraation kautta spontaaniin ja ei-spontaanin kemialliseen reaktioon. Alla liuoksia joissa tapahtuu spontaania reaktioita. Vasemman puolisessa astiassa on (voimakas) sinkkikloridi -liuos, johon on laitettu magnesium-liuskaa. Magnesium-liuskaa liukenee ja sinkki pelkistyy metalliksi. Samassa liuoksessa oleva kuparinaula ei reagoi lainkaan. Oikean puolisessa liuoksessa on kuparisulfaattia ja liuokseen laitetaan magnesium-liuska ja rautanaula.

(täydentyy)

 

 

Tunti meni kotitehtävien läpikäyntiin. Osareaktioiden ja niiden laskeminen yhteen teettää vielä työtä. Tunnin aikana tein yhden audio-PDF:n, jonka laitan jossakin vaiheessa jakoon Yammerissa ja ehkä täälläkin.

Tänään kotitehtävien läpikäynti oli tarkkaa – hapetuslukujen määrittämistä eri yhdisteissä ja muutamassa hieman vaikeammassa yhdisteessä.

Na2S2O3 , tiosulfaatin tapauksessa todettiin, että kun pidetään kiinni siitä, että natriumilla hapetusluku on +I ja hapella -II, rikin hapetusluvuksi tulisi +IV (tiosultaatti-ionin varaus on 2-). Rikin elektronirakenteen perusteella tämä perusteleminen voi olla hankalaa (voisi tietenkin olettaa rikki luovuttaa 3p-orbitaalin elektronit). Kuitenkin toinen mahdollisuus on se, että yksi rikki-atomi käyttäytyy (ja hapetusluku määräytyy) sen mukaan, että rikki-atomi korvaa yhden happiatomin sulfaatti-ioni -molekyylissä (rikki kuuluu samaan ryhmään hapen kanssa). Jolloin voimme päätellä, että yksi rikki saa hapetusluvukseen -II ja toinen rikki, kuten sulfaatti-ionissa, hapetusluvun +VI.

Toinen case oli KO2, jossa voimme hyvin olettaa, että kaliumin hapetusluku on +I (alkalimetalli), jolloin superoksidille O2- jää hapetusluku -I. Miten tämä jakautuu kahden appiatomin kesken onkin sitten pulmallista.

Kolmas case oli magnetiitti eli Fe3O4, jonka hapetusluvut voidaan selittää sillä, että kyseessä onkin seos FeO-Fe2O3, jossa rauta siis esiintyy kahdella eri hapetusluvulla +II ja +III.

Tunnin lopulla tutustuttiin tapaukseen, jossa mangaanin pitoisuuksia voidaan tutkia hapettamalla magnaani(II)-ionia permanganaatti-ioniksi (MnO₄^–) ja kun hapettimena käytetään kaliumperjodaattia (KIO₄), joka muuttuu jodaatiksi (IO₃^–), voidaan rakentaa reaktioyhtälö hapettumis-pelkistymisreaktiolle. Ja tässä opeteltiin käyttämään hapetuslukuja ja osareaktioita.

Tunnin aikana kerrattiin hapettuminen ja pelkistyminen. Kysehän on elektronien siirtymisistä atomilta toiselle. Jatkossa on tärkeää hallita eri yhdisteissä olevien alkuaineiden hapetusluvut – reaktioyhtälöiden kertoimien märittelyssä näitä tarvitaan. Tunnilla kerrattiin hapetuslukujen määräytymistä koskevat säännöt, jotka olivat olleet KE2-kurssilla esillä. Suurin osa säännöistä selviää jaksollisen järjestelmän avulla – alkalimetalli (ryhmä I) muodostaa yhdisteitä hapetusluvulla +I, halogeenit (ryhmä VII) vastaavasti hapetusluvulla -I. Atomit pyrkivät siis jalokaasurakenteeseen. Hapetuslukujen määräytymisessä on lukuisia syitä, suurimman osan voi perutella orbitaaliteorian avulla. Orbitaaliteoria antaa paremman ja yksityiskohtaisemman kuvan elektroniverhon rakenteessa ja näin ollen hapetuslukujen mahdollisista arvoista. Tunnilla yhtenä esimerkkinä käsiteltiin kloori Cl. Viereisessä kuvassa on kloorin elektronijakaumakaavio. Atomin 3. energiatason p-orbitaalit ovat täyttymässä. Kloori muodostaa yhdisteitä m. hapetusluvuilla -I (kloridit), +III (kloriitit), +V (kloraatit) ja +VII (perkloraatit)  Kloorin positiivisella hapetusluvulla muodostamat yhdisteet (kloraatit ja kloriitit) ovat voimakkaita hapettimia. Käytetään mm. valkaisuaineina. Kaikki hapetusluvut ovat kohtuudella selitettävissä orbitaalien tyhjentymisenä (positiiviset) tai parittomien elektronien jäämisenä eri orbitaaleilla. Negatiivinen hapetusluku selittyy jalokaasurakenteen toteutumisella.

Syksyn 2014 alusta lukion kemian 4.kurssilla voi seurata opetuksen blogia.