Kap. 5: Stoffer reagerer

5.1 Kjemiske reaksjoner

I kjemiske reaksjoner blir det dannet nye stoffer. 

Utgangsstoffer/reaktantaer er det stoffet vi først har

Produkter er stoffene vi ender opp med.

Et produkt har andre egenskaper en utgangsstoffene. Ofte har de også andre farger. 

- Vi kan se stoffer forsvinne, høre et smell, føle temperaturforandringer eller kjenne lukt.

Fire typiske kjennetegn på kjemiske reaksjoner på makronivå:

Fargeforandring

- Noen ganger endrer stoff farge -> kjemisk reaksjon

- Hvis kobberpulver varmes kraftig opp blir fargen på pulveret endret fra rødbrun til svart. Utgangsstoffene er oksygengass og kobberpulver.

Energiforandring

- Etanol brenner blå flamme, vi kan kjenne varmen. 

- Når etanolen brenner i luft dannes karbondioksid og vanndamp. 

Gassutvikling

- Hvis vi legger biter av kalsiumkarbonat i saltsyre kan vi høre at det bruser.

- I denne reaksjonen blir ionebindingene brutt, og det blir dannet nye.

Utfelling

- Heller vi sølvnitratløsning i en løsning av natriumklorid kan vi se at det skjer en utfelling av hvitt stoff.

- Ionebindingene blir brutt.

- Bunnfall: utfellingen vil samle seg i bunnen av glasset

NB! En kjemisk reaksjon på makronivå er en stoffendring vi kan observere med sansene. Fra ett eller flere stoffer blir det dannet ett eller flere andre stoffer. En kjemisk reaksjon på mikronivå er en stoffendring der sterke bindinger i utgansstoffene blir brutt, og der det samtidig blir dannet nye, sterke bindinger i produktene.

5.2 Kjemiske ligninger

I en kjemisk reaksjon er antallet atomer av forskjellig slag likt før og etter reaksjonen. Ingen atomer blir ødelagt eller skapt.

Massen vil også være den samme i en kjemisk reaksjon.

En ligning beskriver en reaksjon

Skriv først ligningen med ord

Balansert ligning alle atomene av hver type må være lik på begge sider

I en kjemisk ligning skriver vi -> ikke =.

Tallet 2 foran 2O kaller vi koeffisient.

En balansert ligning sier noe om mengdeforholdene mellom stoffene i reaksjonen.

I en balansert ligning vil vi ha hele og små koeffsienter.

Formlene for stoffene kan aldri endres i balanseringen, bare koeffisientene for stoffene.

Eks. Balansering av ligning Forbrenningsreaksjonen mellom etanol (C2H2OH) og oksygen der det blir dannet karbondioksid og vann. Først korrekte formler: C2H5OH + O2     ->     CO2 + H2O Denne ligningen er ikke balansert fordi det står 6 H atomer på venstresiden. Nå må vi sørge for at antallene blir likt. 1C2H5OH + 3O2    -> 2CO2   + 3H2O Så skriver vi den ferdig balanserte ligningen. (Vi skriver aldri koeffisidenten 1, men bruker ogfte tilstandssymboler. ) Den balanserte ligningen blir da: C2H5OH + 3O2 (g)    ->    2CO2 (g)   + 3H2O (g)

Når vi har en løsning hvor noen atomer ikke deltar i reaksjonen, kaller vi dem tilskuerioner.

Som når vi løser sølvnitrat i en løsning natriumklorid. Det er bare sølvionene og klorionene som er med i reaksjonen.

Ligning med tilskuerioner:

Ag+ (aq) + NO3- (aq) + Na+ (aq) + Cl- (aq)     ->   AgCl (s) + Na+ (aq) + NO3- (aq)

Ligning uten tilskuerioner:

Ag+ (aq)   +    Cl- (aq)   -> AgCl (s)

En slik reaksjonsligning der tilskuerionene blir utelatt kaller vi en netto ioneligning. 

En kjemisk ligning sier heller ikke alt. Som ved reaksjon mellom propangass og oksygengass. 

Her forteller ikke en ligning at reaksjonen skjer i luft, og ikke ren oksygengass.

Den forteller heller ikke at reaksjonen skjer i flere trinn og skaper mellomprodukter.

En ligning sier heller ingenting om tiden reaksjonen tar. 

5. 3 Beregning basert på reaksjonsligninger

stoikheion(gr) = grunnstoff, atom

metron (gr) = mål

Støkiometriske beregninger, for å finne ut hvor mye stoff som blir dannet i en kjemisk reaksjon.

Koeffisientene i reaksjonsligningen viser hva forholdet mellom stoffmengdene av reaktantene og produktene i reaksjonen. 

30 mol Cu(s) + 15 mol O2 -> 2 mol CuO

Fremgangsmåten i beregninger 1) Skriv korrekte formler for alle utgangsstoffene og produktene 2) Balanser ligningen 3) Regn ut stoffmengden i mol av det stoffet det er gitt opplysning om i oppgaven. 4) Bruk koeffisientene i ligningen og finn stoffmengden av det ønskede stoffet det spørres om. 5) Gjør stoffmengden i mol for dette stoffet om til den størrelsen og enheten oppgaven spør etter

Fremgangsmåte "veien om mol" fra masse til masse 1) Finn massen 2) Finn molar masse 3) Finn stoffmengde 4) Balanser ligningen 5) Finn stoffmengde for balansen 6) Finn molar masse for balansen 7) Finn masse for balansen

Fremgangsmåte "veien om mol" fra masse til volum 1) Finn massen 2) Finn molar masse 3) Finn stoffmengde 4) Balanser ligningen 5) Finn stoffmengde for balansen 6) Finn molart volum for balansen 7) Finn volumet for balansen

Beregning av utbytte

Utbyttet i produksjonen av stoffet blir vanligvis mindre enn i teorien.

Flere grunner: 

     - At reaksjonen ikke går fullstending over til produktet

     - At det er vanskelig å skille det ønskede produktet fra de andre stoffene

Utbytte i prosent Utbytte i prosent:               virkelig utbytte           x100                                             teoretisk utbytte

Fremgangsmåte fra masse av en reaktant til utbytte i prosent 1) Finn den balanserte ligningen for reaksjonen 2) Finn massen til den første reaktanten 3) Finn molare massen til den første reaktanten 4) Finn stoffmengde til den første reaktanten      (masse / molar masse) 5) Finn den balanserte ligningen 6) Finn stoffmengde for reaktantene 7) Finn molar masse for reaktatene 8) Finn den teoretiske massen      ( molar masse(mol) x stoffmengde(mol) = molar masse (gram) x      stoffmengde (gram) = teoretiske massen ) 9) Finn virkelige utbytte (oppgitt i opg.) 10) Finn utbyttet i prosent        ((virkelig utbytte / teoretisk utbytte) x 100)

Begrensede reaktanter

Kjemiske reaksjoner stopper opp når en av reaktantene er brukt opp. F.eks slokner et stearinglys når stearinen er brukt opp. Da er stearinen den begresede reaktanten fordi det er mye oksygen i lufta. Oksygen er da i overskudd. For å finne ut om en av reaktantene er begrenset må vi gå veien om mol. Da regner vi ut stoffemngden av hver reaktant og avgjør hvilken som er den begrensede reaktanten. 

Fremgangsmåte fra masse via begrensede reaktant til masse 1) Regn ut stoffmengden av ionene som blir blandet sammen 2) Finn hvor mange mol som er ionet som blir spurt om 3) Finn stoffmengden av dette ionet 4) Finn stoffmengden av den andre reaktanten 5) Finn hvor mange mol det andre ionet har 6) Finn stoffmengde for den utfelte 7) Finn molar masse for den utfelte 8) Finn massen      (molar masse x stoffmengde)

Sammendrag

I en kjemisk reaksjon blir ett eller flere nye stoffer, produkter dannet ut fra ett eller flere utgangsstoffer eller reaktanter.

Typiske kjennetegn for en kjemisk rekasjon på makronivå er fargeendring, gassdannelse, utfelling av fast stoff og ernergiforandring i form av varme, lys eller lyd.

Antallet atomer av ulike typer er likt i utgangsstoffene og produktene. Massen av utgangsstoffene er derfor lik massen av produktene.

Beregninger må vi gjøre ut fra balanserte reaksjonsligninger, og i beregningene går vi veien om mol.

Det virkelige utbyttet regnes i prosent av det teoretisk mulige byttet.