Kysy kemistiltä, osa 10: klooriyhdisteitä ja isomeriaa

posted in: Kysy kemistiltä | 0

Tervetuloa lukemaan taas Kysy kemistiltä-palstaa! Elokuu on alussa ja monilla meistä alkaa töihin ja kouluun paluu. Kesäloman jälkeen on luontevaa aloittaa uusia asioita. Onko teidän työpaikallanne esimerkiksi tarvetta uudistaa tietojärjestelmiä? Siihen saat apua meiltä, ota vain yhteyttä! Jos tarpeesi ovat sellaiset, joihin oma osaamiseni ei riitä, voin etsiä verkostostani teille sopivan yhteistyökumppanin.

Tämänkertaisissa kysymyksissä käsitellään mm. klooria. Kyseinen kysymys johti pitkään sähköpostikeskusteluun kemistin ja kysyjän välillä, jonka olen lyhentänyt numeroiduksi kysymys-vastauslistaksi.

Mitä kloorin haju kertoo?

Nimetön kysyjä kysyy: ”Minä olen säilyttänyt kylpyhuoneessa samalla pöydällä lattianpesunestettä mikä sisältää hieman sitruunahappoa (PH kuitenkin 9.5) sekä tällaista Cillit Bang spray pulloa mikä sisältää valkaisuainetta (Natriumhypokloriitti).

1. Kaveri varoitti, ettei kannattaisi säilyttää näitä pesunesteitä samassa paikassa koska kuulemma valkaisuaineesta saattaa muodostua ilmaan höyryjä mikä reagoisi tämän pesuaineen kanssa muodostaen syövyttävää ja myrkyllistä kloorikaasua jos molempia aineita käyttää lyhyen ajan sisällä. Eikö näiden aineiden tulisi olla kuitenkin suoraan kosketuksissa toisiensa kanssa, jotta näitä vaarallisia kaasuja muodostuisi? Mielestäni kaverini ylireagoi mutta ajattelin silti kysyä varmuuden vuoksi.

2. Muodostuuko näitä kloorikaasuja, vaikka natriumhypokloriitti ei olisi lainkaan kosketuksissa muiden aineiden kanssa vaan sitä olisi oikeaoppisesti käytetty? Haju aineessa on kyllä kloorimainen mutta onko se sama asia kuin syövyttävä ja myrkyllinen kloorikaasu? Valkaisuainehan haisee pistävän kloorimaiselle mutta sehän ei kai ole sama asia kuin puhdas kloorikaasu mikä on myrkyllistä?

3. Säilyykö nuo valkaisuaineen huurut pitkäänkin huoneilmassa esim. jos sitä käyttää pienessä huoneessa missä ei ole mahdollista avata ikkunaa esim. vessassa? Entä ovatko ne kuinka syövyttäviä esim. muovi- tai metalliesineille?

4. Olen joskus myös säilyttänyt valkaisuainepulloa saunalla seinätelineessä. Luin netistä, että korkeassa lämpötilassa natriumhypokloriitti vapauttaa happea mutta vapautuuko siitä myös samalla kloorikaasua? Onko tuo terveydellisesti vaarallista, jos sitä on säilyttänyt saunan pesutiloissa missä lämpötila on arviolta 35–45 astetta saunan ollessa päällä? Pullo on ollut saunalla telineessä lähes käyttämättömänä ja korkki on ollut tiukasti kiinni. Saunalla ei ole koskaan haissut valkaisuaineelle tai muutenkaan millekään tavallisuudesta poikkeavalle.”

Kemisti vastaa: 1. Aineiden pitää tosiaan olla kosketuksissa toisiinsa, jotta ne reagoisivat. Pienet vuodot pulloista tuskin onnistuvat nostamaan ilman klooripitoisuutta myrkylliseksi. Vaara voi sattua lähinnä silloin, jos pullot putoavat samaan aikaan pöydältä ja niistä pääsee vuotamaan nestettä, joka reagoi toisen kanssa. Kaverisi ajattelee varmaan, että käytät ensin yhtä pesuainetta, josta jää huuruja ilmaan, ja sitten heti toista. Koska aineet ovat samassa paikassa, ei kulu aikaa, kun kävelet hakemaan toisen pesuaineen. Suosittelen hetken odottamista ja/tai tuuletusta aineiden käytön välillä.

Natriumhypokloriitti muodostuu natrium- ja hypokloriitti-ioneista. Hypokloriitin kemiallinen kaava on ClO ja siinä kloorin hapetusluku on +1. Kloorikaasussa kloorin hapetusluku on 0, joten reagoidessaan hypokloriitista alkuaineklooriksi kloori ottaa vastaan elektronin ja pelkistyy.

Hypokloriitille pätee tasapainoreaktio:

2H+ + ClO <-> Cl2 + H2O

jossa alhainen pH ajaa reaktiota oikealle, korkea vasemmalle. Tasapainoreaktoissa lähtöaineen lisääminen ohjaa reaktiota tuotteiden suuntaan, ja alhaisessa pH:ssa on läsnä enemmän vetyioneja. Kloorikaasu muodostuu siis happamassa pH:ssa. Näin ollen, vaikka toinen aine sisältäisikin sitruunahappoa, jos kokonais-pH on emäksisen puolella, on tasapaino enemmän hypokloriitin puolella.

2. ”Kloorin haju” johtuu yhdisteistä, jotka muodostuvat, kun kloori tai hypokloriitti reagoi liassa, kuten esimerkiksi hiessä, virtsassa tai proteiinijäämissä olevien orgaanisten molekyylien kanssa. Myös kloorikaasu itsessään haisee, mutta kynnys sen aistimiselle on paljon matalampi kuin myrkyllisyyden kynnys, ellei sitten ole 40 tuntia viikossa kloorihuurujen kanssa tekemisissä. Jos säilytät kloorivalkaisuainetta suljetussa pullossa, niin ei sieltä pääse sellaisia määriä huuruja karkuun, että siitä olisi mitään vaaraa.

3. Kaasumolekyylit liikkuvat vapaasti tilassa. Kosteassa ilmassa kloorikaasu on syövyttävää metalleille korkeissa pitoisuuksissa, koska muodostuu suola- ja hypokloriittihappoja. Suosittelen tuuletusta avaamalla oven ikkunattomassa tilassa sekä läpivetoa muualla asunnossa.

4. Hypokloriitti-ioni sisältää yhden hapen ja yhden kloorin. Jos se hajoaa, happi ja kloori vapautuvat. Kloorin hapetusluku hypokloriitissa on +1 eikä kloori esiinny yksinään sillä hapetusluvulla. Kloori voi pelkistyä joko alkuaineklooriksi, jolloin se esiintyy kaksiatomisina kaasumolekyyleinä, tai kloridi-ioneiksi, jotka liukenevat veteen. Jos pullo on ollut kiinni, en usko, että pullosta on päässyt vaarallisia pitoisuuksia haihtumaan. Jos avaat valkaisuainepullon ja tuntuu, että siellä on painetta, niin tiedät, että kaasua on muodostunut, mutta tiedät toisaalta, että se on ollut tiivis.

Lähde: https://www.chlorineinstitute.org/stewardship/chlorine/chemical-properties/

Hämmentävät isomeerit

Hanski kysyy: ”Miksei tuossa yhdisteessä voi olla cis- tai transisomeriaa?”

Yhdisteeseen on liittynyt kaksoissidoksen toisella puolella olevaan hiileen kaksi samaa, toiseen kaksi eri ryhmää.

Kemisti vastaa: kuvan molekyylissä on kaksoissidos hiilien välillä. Toiseen hiileen on kiinnittynyt kaksi samaa ryhmää. Rakennekaavoissa CH3 ja H3C tarkoittavat samaa. Sitä merkintää käytetään, josta saadaan sujuvammin piirrettyä C:n kohdalta viiva siihen atomiin, johon se on kiinnittynyt. Kaksoissidoksen toisella puolella olevassa hiilessä on kaksi erilaista ryhmää. Jos nämä vaihdettaisiin päikseen, molekyyli ei muuttuisi. Silloin kummankin ryhmän toisella puolella on edelleen CH3-ryhmä. Kumpaankin kaksoissidoksen päässä olevaan hiileen pitää olla kiinnittyneenä kaksi eri ryhmää, jotta yhdisteellä voisi olla cis-trans-isomeriaa.

Endoterminen vai eksoterminen?

Hanski kysyy: ”Hei, törmäsin kyseiseen tehtävään, enkä ymmärrä miksi kyseessä olisi endoterminen prosessi.

Kun ammoniumkloridi liukenee veteen, liuoksen lämpötila laskee. Kyseinen liukeneminenon siis

a. endoterminen prosessi

b. isoterminen prosessi

c. eksoterminen prosessi

d. ei mikään vaihtoehdoista a-c

Ratkaisu:

Kun liuoksen lämpötila laskee, tällöin systeemi (reaktio) absorboi ympäristöstään lämpöä. Endotermisessä prosesseissa systeemit absorboivat lämpöä ympäristöstään. → Vaihtoehto A on oikein.

Jos jään sulaminen on endoterminen prosessi (aineen sisäinen lämpötila nousee) niin miksi tässä tapauksessa lämpötilan lasku olisi endoterminen reaktio. Voiko tässä olla virhe?”

Kemisti vastaa: Endotermiset prosessit tarvitsevat lämpöä. Esimerkiksi, kun jää sulaa, se ottaa lämpöä ympäristöstä. Ympäristö lämmittää jään pintakerrosta sen sulamispisteeseen, ja sen jälkeen sulaminen alkaa. Kaikki energia menee olomuodon muutokseen eikä jään lämpötila nouse sulamisen aikana. Tässä systeemi on jää ja ympäristö on sitä ympäröivä ilma. Ilma jään ympärillä kylmenee hieman. Muutos voi olla aika huomaamaton, varsinkin auringonpaisteessa, kun lämpöä tulee koko ajan lisää jäätä kohti. Vastaavasti ammoniumkloridin liukeneminen tarvitsee lämpöä, jolloin lämpöä poistuu ympäristöstä ja vesi jäähtyy. Systeemi on nyt ammoniumkloridi, joka muuttuu kiinteästä veteen liuenneeksi, ja ympäristö on vesi.

Tasapainolausekkeiden arvoitus

Hanski kysyy: ”Hei, mistä voin päätellä tasapainolauseketta muodostaessa, että tuleeko hapon (tai emäksen) lisäys heikkoon happoon/emäkseen huomioida heikon hapon/emäksen pitoisuudessa.

Yritän selventää esimerkkien kautta: 

Lasku 1. ’Etikkahapon vesiliuosta (c = 1,0 mM) ja suolahappoa (c = 1,0 mM) sekoitetaan keskenään yhtä suuret tilavuudet. Mikä on syntyneen liuoksen pH?’ Tiedetään, että vahva happo HCl protolysoituu täydellisesti, joten sen pitoisuus voidaan merkitä suoraan H3O+ -sarakkeen alle. Siihen sitten lisätään heikon hapon protolysoituminen. Tämä siis on minulle selvä, miksi tämä lasku toteutetaan näin.

Lasku 2. ’Valmistat liuoksen lisäämällä 0,20 mol bentsoehappoa ja 0,20 mol natriumbentsoaattia (bentsoehapon natriumsuola) veteen niin, että liuoksen tilavuus on 1,0 litraa. Kuinka paljon suolahappoa (c = 10,0 M) sinun on lisättävä valmistamaasi liuokseen, jotta sen pH olisi 4,00?’ Vahvaa happoa lisätään puskuriliuokseen. Tässä tapauksessa vahvan hapon pitoisuus huomioidaan heikon hapon, sen suolan ja H3O+ -sarakkeessa. Mistä tiedän toimia oikealla tavalla näissä laskuissa?

Kahdessa esimerkissä on vahvan hapon/emäksen lisäys huomioitu eri tavalla tasapainolausekkeessa. Osaisitko avata minulle, mistä tiedän, miten lähden muodostamaan laskulauseketta tämän tyylisissä laskuissa. :)”

Kemisti vastaa: Asia riippuu siitä, mitä tehtävässä kysytään. Laskussa 1 kysytään muodostuneen liuoksen pH:ta. Teknisesti ottaen suolahapon lisäys vaikuttaa välittömästi heikon hapon ja sen vastinemäksen pitoisuuksiin, mutta koska vain tasapainokonsentraatiolla on merkitystä ratkaisun kannalta, sitä ei laiteta alkukonsentraatioon. Laskussa 2 taas kysytään, kuinka paljon suolahappoa tarvitaan. Jos laskussa 1 olisi
kysytty, paljonko suolahappoa tarvitaan, mutta liuokset olisivat samat, niin se olisi ratkaistu samalla tavalla kuin lasku 2.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *