Ajattelumallit

Esimerkki 1 Ioniyhdisteen liukemeinen

Ajattele natriumkloridin NaCl liukenemista veteen. Tiedät, että NaCl on ioniyhdiste, jolla on kuutiollinen kidehila. Hilaa pitävät koossa ionisidokset. Hilassa ionit eivät pääse liikkumaan vapaasti. Ne vain värähtelevät tasapainoasemansa suhteen. Vedessä sen sijaan käy vilske: molekyylit törmäilevät jatkuvasti toisiinsa ja NaCl:n kidehilaan. Kidehilan pintakerroksessa on ioneja, joiden varaus on osittain suojaamatta. Vesimolekyylit ovat dipoleja. Mitä tästä seuraa?

Vesimolekyylien jatkuvassa pommituksessa vesidipoleja osuu silloin tällöin positiivinen pää edellä Cl¯ -ioniin ja negatiivinen pää edellä Na⁺-ioniin. Kun törmäykset ovat riittävän voimakkaita, hilasta irtoaa ioni, sitten toinen, kolmas jne. Ympärillä törmäilevät vesidipolit ohjautuvat sähköisten voimien vetäminä ionien ympärille. Näin muodostuu hydraattiverho, joka estää ioneja rakentamasta kidehilaa uudelleen, ellei vettä haihduteta pois.

Mietipä, miten selittäisit hiukkasten ominaisuuksista lähtien liukoisuusperiaatteen "samanlainen liuottaa samanlaista".

Esimerkki 2 Stoikiometria vs. tasapainoseoksen koostumus

Ajattele ammoniakin valmistusta typpi- ja vetymolekyyleistä. Mieti eroa reaktion stoikiometrian ja tasapainoseoksen koostumuksen välillä:

3 H2 + N2 2 NH3

Valmistus tapahtuu korkeassa paineessa ja lämpötilassa. Molekyylit törmäilevät kovalla vauhdilla toisiinsa. Aluksi astiassa on vain typpi- ja vetymolekyylejä, mutta hetken kuluttua myös ammoniakkimolekyylejä on syntynyt. Koska törmäykset jatkuvat, kaikkia kolmea molekyylilajia syntyy ja hajoaa jatkuvasti.

• Reaktioyhtälöstä näkyy, että tarvitaan kolme vetymolekyyliä muuttamaan yksi typpimolekyyli kahdeksi ammoniakkimolekyyliksi. Yhtä hyvin voitaisiin sanoa, että tarvitaan kolme tusinaa vetymolekyylejä muuttamaan yksi tusina typpimolekyylejä kahdeksi tusinaksi ammoniakkimolekyylejä. Tusina voitaisiin korvata yhtä hyvin jollakin muullakin lukumäärällä, esim. moolilla, mutta ei massayksiköllä, koska hiukkasten massa ei ole samansuuruinen.

• Reaktioyhtälö ilmoittaa reaktioon osallistuvien aineiden ainemäärien stoikiometrisen suhteen.

• Mutta koska molekyylien törmäily ja reaktio jatkuu, reaktioseokseen syntyy tasapainotila, jonka ainemäärien suhde riippuu reagoivien aineiden määristä ja reaktion lämpötilasta. Tasapainoseoksen ainemäärien suhde näkyy reaktion tasapainovakiosta:

  	Huomaa, että reaktioyhtälön kertoimet ovat tässäkin mukana – eksponentteina kunkin molekyylilajin konsentraatiolle. Hakasulkumerkinnät tarkoittavat aineen konsentraatioita tasapainoseoksessa.
  Opiskeluohjeita	KE 1, harjoitus 12, yhdisteet	KE 4, Massavaikutuksen laki