Kemia 1. Mooli 1, Ihmisen ja elinympäristön kemia, Otava (2009) MAOL-taulukot, Otava

Transkriptio

1 Kemia 1 Mooli 1, Ihmisen ja elinympäristön kemia, Otava (2009) MAOL-taulukot, Otava 1

2 Kemia Kaikille yksi pakollinen kurssi (KE1). Neljä valtakunnallista syventävää kurssia (KE2-KE5). Yksi soveltava yo-kokeeseen valmentava kurssi (KE6, ½ kurssia) Kurssit KE2-KE6 järjestetään joka toinen vuosi. KE2-KE3 lv KE4-KE6 lv Kirjoitukset keväällä 2016!! 2

3 3

4 Arvioinnista: Kurssikoe Kotitehtävät ja tuntityöskentely vaikuttavat arvosanaan noin yhdellä numerolla. 4

5 Kotitehtävät: Merkitse listaan vain kotitehtävät, jotka merkitään taululle KTtunnuksella. Merkitse listaan vain ne tehtävät, jotka olet tehnyt niin huolella, että olet valmis esittämään ne muille joko dokumenttikameralla tai tussitaululla. Laita yksi tehtävä/ruutu. Tarvittaessa lisää ruutuun a,b,, jos olet tehnyt vain osan tehtävästä. Poissaolo täytyy olla selvitetty heti seuraavalla kerralla, mikäli haluaa merkitä kotitehtäviä poissaolon ajalta! Kotitehtävät säilytettävä ja pyydettäessä annettava opettajalle ennen kurssin arviointia. 5

6 1. Kemia luonnontieteenä Ajattele omilla aivoillasi, et voi ajatella muiden aivoilla 6

7 7

8 Lue s.6-14 & liite1/s Tehtävät 9-13/s.17-8

9 Käsitteitä: Atomi= aineen perusrakenneosanen (ei voida hajottaa kemiallisesti) Ioni= sähköisesti varautunut atomi tai atomiryhmä (e - ) Molekyyli= vähintään 2 atomia liittynyt toisiinsa (epämetalliatomit kovalenttiset sidokset) Alkuaine=sisältää vain yhdenlaisia atomeja (järjestysluku) Yhdiste= sisältää vähintään kahta erilaista atomia Ioniyhdisteessä metalli+epämetalli Molekyyliyhdisteessä vain epämetalleja Tehtävä 1/ s.15. 9

10 2. Elinympäristömme alkuaineita ja yhdisteitä 13

11 14

12 15

13 Eksoterminen reaktio = energiaa vapautuu (esim. kaasu tiivistyy nesteeksi, puu palaa) Endoterminen reaktio= energiaa sitoutuu (esim. vesi haihtuu) 16

14 Puhdas aine & alkuaine Puhtaassa aineessa kaikki rakenneosat (atomit, molekyylit tai ionit) ovat samanlaisia tarkka sulamis- ja kiehumispiste (paitsi amorfisilla aineilla). Alkuaineet jaetaan metalleihin, puolimetalleihin ja epämetalleihin. 17

15 Alkuainemolekyylin muodostuminen atomeista Oktetti= jalokaasun elektronirakenne, jossa on 8 elektronia uloimmalla kuorella (jalokaasut 8.pääryhmä, poikkeus helium, jolla on vain 2 elektronia). Molekyylissä atomeilla on yhteisiä elektroneja = kovalenttinen sidos (epämetalliatomien välillä). Jaksollinen järjestelmä: Alkuaineet ovat järjestysluvun mukaisessa järjestyksessä Jakso= vaakarivi (kertoo kuinka monta elektronikuorta on käytössä, 2n 2 ) Ryhmä=pystysarake (pääryhmän numero kertoo, kuinka monta elektronia on uloimmalla kuorella). Jaksollinen järjestelmä 18

16 Kaksoissidos- ja kolmoissidos 19

17 Ioniyhdiste Ioniyhdisteessä atomit ovat luovuttaneet tai vastaanottaneet elektroneja ja näin muodostuvat positiiviset ja negatiiviset ionit vetävät toisiaan puoleensa muodostaen ionisidoksen. Ionisidos muodostuu metallin ja epämetallin välille. Suola on yleisnimitys ioniyhdisteestä. Esim. ruokasuola NaCl 20

18 Molekyyliyhdiste Molekyyliyhdisteessä kovalenttisia sidoksia on muodostunut vähintään kahden eri epämetalliatomin välille. Esim. metaanin muodostuminen: 21

19 Lue sivut & tee tehtävät sivulta (Nopeimmat&halukkaat voivat tehdä myös tehtävää 27) 22

20 Elektronegatiivisuus Elektronegatiivisuus kuvaa atomin kykyä vetää sidoselektroneja puoleensa (MAOL s. 145/137 ). Poolinen sidos muodostuu atomien välille, kun niillä on erilainen elektronegatiivisuus elektronit (e - ) jakautuneet epätasaisesti muodostuu +- ja navat. 23

21 Poolisuus Katso taulukosta hapen ja vedyn elektronegatiivisuusarvot: 24

22 Molekyylien väliset sidokset Molekyylien välillä on dispersiovoimia ja dipoli-dipolisidoksia Myös vetysidos on dipoli-dipolisidos (H-N, H-O, H-F) (Katso kuvat s.32-33) 25

23 26

24 27

25 3. Seokset koostuvat useista eri aineista Lue sivut ja selitä seuraavat käsitteet sekä selosta lyhyesti ao. erotusmenetelmiä vihkoosi (mihin perustuu). Tee myös tehtäviä (valitse itse). OPH Homogeeninen seos: Heterogeeninen seos: Faasi: Suodatus: Dekantointi: Sentrifugointi: Haihdutus: Tislaus: Sublimointi: Uutto eli uuttaminen: Kromatografia: Kaasukromatografia 28

26 Kuva s.42 29

27 Luokittele seuraavat mallit alkuaineisiin, yhdisteisiin ja seoksiin. 30

28 Pitoisuuden ilmoittaminen: Massaprosentti m%: m % = määritettävän aineen massa tutkittavan näytteen massa 100% Erityisesti liuoksille Massaprosentti m%: m % = liuenneen aineen massa 100% tutkittavan liuoksen massa Tilavuusprosentti: til % = liuenneen aineen tilavuus tutkittavan aineen tilavuus 100% 1% = % 0 = ppm =

29 4. Ainemäärä ja konsentraatio Atomi muodostuu ytimestä (protonit ja neutronit) sekä sitä ympäröivästä elektronipilvestä. Ihminen vs. lintu 32

30 ATOMI ydin elektroniverho protoni (p + ) -Varaus positiivinen neutroni (n) -Varaukseton elektroni (e - ) -Varaus negatiivinen Atomi on ulospäin varaukseton eli siinä on yhtä monta protonia (järjestysluku) ja elektronia. 33

31 Massaluku= neutronien ja protonien yhteismäärä. Toinen merkintätapa Cl

32 Saman alkuaineen erimassaisia atomeja sanotaan isotoopeiksi (neutronien määrä vaihtelee). Vedyllä on kolme isotooppia: tavallinen vety 1 H raskas vety (deuterium) 2 H raskain vety (tritium) 3 H. 35

33 Avogadron vakio MAOL s.138/131 36

34 Yhtälöt löytyvät selityksineen sivuilta 62-65! Vastaavat yhtälöt ovat taulukon sivulla / ! Piirros 37

35 Esimerkki a) Kuinka monta moolia hiiliatomeja piirroksessa on? b) Kuinka monta kappaletta hiiliatomeja piirroksessa on? n= m M n= N N A 38

36 39

37 Kertaus: (taulukkokirja s / ) Tehtävä 1. Laske ainemäärä, kun sinulla on 15,0g vettä Tehtävä 2. Laske konsentraatio, kun 22,0g magnesiumkloridia (MgCl 2 ) liuotetaan kolmeen litraan vettä. 40

38 Ratkaisut: Tehtävä 1. n(h 2 O)= m M = massa moolimassa = 15,0g (2 1,008 g g +16,00 mol mol ) 0,833 mol Tehtävä 2. Laske konsentraatio, kun 22,0g magnesiumkloridia (MgCl 2 ) liuotetaan kolmeen litraan vettä. 41

39 Ratkaisut: Tehtävä 1. n(h 2 O)= m M = massa moolimassa = 15,0g (2 1,008 g g +16,00 mol mol ) 0,833 mol Tehtävä 2. n(mgcl 2 )= m M = massa moolimassa = 22,0g (24,31 g g +2 35,45 mol mol ) 0, mol c(mgcl 2 )= n V = ainemäärä tilavuus 0, mol = 3 l 0,0770 mol/l 42

40 5. Erilaisia orgaanisia yhdisteitä Hiiliatomissa C on neljä ulkoelektronia hiiliatomi muodostaa aina neljä sidosta! Esim. metaani CH 4 43

41 Mikäli yhdisteessä on hiilen lisäksi vain vetyä, niin yhdistettä sanotaan hiilivedyksi. Hiileen voi sitoutua myös muita alkuaineita, esimerkiksi happea, typpeä, halogeeneja 44

42 Alkaanit Alkaaneissa kaikki hiilien väliset sidokset ovat yksinkertaisia (-aani). Alkaaneja sanotaan tyydyttyneiksi hiilivedyiksi. Alkaanin nimessä on pääte aani. Alkaani Hiiliatomien määrä Rakennekaava Molekyylikaava metaani 1 etaani 2 propaani 3 butaani 4 pentaani 5 45

43 Alkaanit Alkaaneissa kaikki hiilien väliset sidokset ovat yksinkertaisia (-aani). Alkaaneja sanotaan tyydyttyneiksi hiilivedyiksi. Alkaanin nimessä on pääte aani. Alkaani Hiiliatomien määrä Rakennekaava Molekyylikaava metaani 1 CH 4 etaani 2 C 2 H 6 propaani 3 C 3 H 8 butaani 4 C 4 H 10 pentaani 5 C 5 H 12 46

44 Sykliset hiilivedyt Rengasrakenteessa nimeen lisätään syklo etuliite. 47

45 Alkeenit ja alkyynit Alkeeneissa yksi hiilien välinen sidos on kaksoissidos ja pääte on -eeni. Alkyyneissa yksi hiilien välinen sidos on kolmoissidos ja pääte on -yyni. Numero nimen edessä kertoo kaksois- /kolmoissidoksen paikan. Hiilivetyjen nimen etuliite kertoo hiiliatomien lukumäärän (MAOL s & 138 / & s.130). Alkeeneja ja alkyynejä sanotaan tyydyttymättömiksi hiilivedyiksi. 48

46 Alkoholit Alkoholeissa on vähintään yksi hydroksyyliryhmä OH. Alkoholimolekyylit sisältävät hiiltä, vetyä ja happea. Alkoholin nimessä on pääte -oli. Yksinkertaisimpia alkoholeja ovat metanoli CH 3 OH ja etanoli C 2 H 5 OH. 49

47 Alkaani Rakennekaava Alkoholi Rakennekaava molekyylikaava Metaani metanoli OH CH 3 OH (CH 4 O) Etaani etanoli OH C 2 H 4 OH Propaani propanoli OH C 3 H 7 OH Butaani butanoli OH C 4 H 9 OH Pentaani pentanoli OH C 5 H 11 OH 50

48 Glykoli ja glyseroli ovat moniarvoisia alkoholeja (=useampi OH ryhmä). Myrkyllisen glykolin (1,2-etaanidioli) ja veden seosta käytetään jäähdytysnesteenä ja jäänestoaineena. Glyserolin (1,2,3-propaanitrioli) käyttökohteita ovat mm. kosmeettiset tuotteet ja räjähdysaineet. Glykoli C 2 H 4 (OH) 2 Glyseroli C 3 H 5 (OH) 3 51

49 Ksylitoli Myös ksylitoli on moniarvoinen alkoholi. 52

50 Karboksyylihapot Karboksyylihapot sisältävät karboksyyliryhmän COOH. Yksinkertaisimpia karboksyylihappoja ovat metaani- eli muurahaishappo HCOOH ja etaani- eli etikkahappo CH 3 COOH. Pienimolekyyliset karboksyylihapot ovat voimakastuoksuisia. Etikkahappo CH 3 COOH 53

51 Hiilivetyjen ominaisuuksia Kemiallisesti samanlainen aine liuottaa samanlaista ainetta (pooliton poolitonta ja poolinen poolista). Hiilivetyjen sulamis- ja kiehumispiste kasvaa moolimassan kasvaessa (hetkelliset dipolit voimakkaampia). 54

52 Funktionaaliset eli toiminnalliset ryhmät kirja s.82) 55

53 56

54 Bentseeni Bentseenirenkaan C 6 H 6 sisältävät yhdisteet ovat aromaattisia yhdisteitä. Esimerkiksi fenolit ovat aromaattisia. 57

55 Amiinit Amiinit ovat typpeä N sisältäviä orgaanisia yhdisteitä (ammoniakin NH 3 johdannaisia). Typpi sitoutuu kolmella kovalenttisella sidoksella vetyyn tai hiileen. 58

56 59

57 Aldehydit Happi on liittynyt kaksoissidoksella hiiliketjun päähän. Nimessä pääte aali (metanaali, etanaali, ) Ketonit Happi on liittynyt kaksoissidoksella hiiliketjun keskelle. Nimessä pääte oni (propanoni, butanoni, ) 60

58 6. Orgaanisten yhdisteiden reaktioita ja yhdisteiden nimeäminen. Hiilivetyjen (ja alkoholien) palaessa syntyy hiilidioksidia ja vettä eli hiilivety + happi hiilidioksidi ja vesi Esim. metaanin palaminen: CH O 2 CO 2 + 2H 2 O 61

59 Propaanin C 3 H 8 palamisreaktio: _C 3 H 8 + _O 2 _CO 2 + _H 2 O 62

60 Propaanin C 3 H 8 palamisreaktio: _C 3 H 8 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2 O 63

61 Hapettuminen ja pelkistyminen Orgaanisen yhdisteen hapettumisessa molekyyliin tulee lisää happiatomeja tai vetyatomien määrä pienenee. Orgaanisen yhdisteen pelkistymisessä happiatomien määrä pienenee tai vetyatomien määrä kasvaa. 64

62 65

63 66

64 Protolyysireaktio Happo on aine, joka voi luovuttaa protonin (H + ). Happamuuden (ph alle 7) aiheuttavat vedessä olevat oksoniumionit (H 3 O + ). Hapot, Karboksyylihapot, fenoli. Emäs on aine, joka vastaanottaa protonin (H + ). Emäksisyyden (ph yli 7) aiheuttavat vedessä olevat hydroksidi-ionit (OH - ). Protolyysireaktiossa protoni (H + ) siirtyy hapolta emäkselle (tai päinvastoin). NaOH ja amiinit 67

65 (Kuvat s ) 68

66 Neutraloituminen Neutraloitumisessa happamuuden aiheuttavat oksoniumionit H 3 O + ja emäksisyyden aiheuttavat hydroksidi-ionit OH liittyvät yhteen muodostaen vettä. Neutraloitumisreaktiossa syntyy veden lisäksi suolaa eli happo + emäs suola + vesi. Esim. NaOH + HCl NaCl + H 2 O 69

67 70

68 Esteröitymisreaktio Karboksyylihappo + alkoholi esteri + vesi Esim. 71

69 72

70 Nimeämisohjeet s

71 74

72 75

73 76

74 77

75 Nimeäminen (1-2 kertaa): Tutustu sivujen nimeämisohjeisiin samalla, kun teet alla olevia tehtäviä. Käytä tehdessäsi apuna mahdollisimman paljon myös taulukkokirjan sivuja 138 ja (vanha painos 130 ja ), tutustuen samalla taulukossa oleviin esimerkkeihin! Tehtävien joukossa on muutamia turhankin hankalia, joten älä suotta takerru niihin! Kysy apua, kun eteen tulee hankala asia!!! Tehtävät: 148, 149, , 156, 157, (158, 102) 78

76 7. Solujen tärkeitä yhdisteitä 79

77 Sokeria ja happea syntyy vedestä ja hiilidioksidista fotosynteesin eli yhteyttämisreaktion tuloksena: _CO 2 + _H 2 O _C 6 H 12 O 6 + _O 2 Rypälesokeri eli glukoosi ja hedelmäsokeri eli fruktoosi ovat perussokereita eli monosakkarideja (C 6 H 12 O 6 ). 80

78 Sokeria ja happea syntyy vedestä ja hiilidioksidista fotosynteesin eli yhteyttämisreaktion tuloksena: 6CO 2 + 6H 2 O _C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Rypälesokeri eli glukoosi ja hedelmäsokeri eli fruktoosi ovat perussokereita eli monosakkarideja (C 6 H 12 O 6 ). (MAOL s.167/157) 81

79 82

80 Hiilihydraatit jaetaan mono-, di- ja polysakkarideihin (tai sokereihin ja polysakkarideihin). 83

81 84

82 Rasvat Pitkäketjuisia karboksyylihappoja sanotaan rasvahapoiksi (4-, MAOL s. 166/156 ). Rasvamolekyyli muodostuu glyserolista ja kolmesta rasvahaposta (muodostuu esteri). Rasvat ovat hyviä energialähteitä. Rasvat eivät liukene veteen. Rasvat ovat kasvien ja eläinten vararavintoa. 85

83 Rasvahapot, joissa kaikki hiilien väliset sidokset ovat yksinkertaisia, ovat tyydyttyneitä.. Rasvahapot, joissa on kaksois- tai kolmoissidoksia, ovat tyydyttymättömiä. Useita kaksois- tai kolmoissidoksia sisältävät rasvahapot ovat monityydyttymättömiä. Tyydyttyneet rasvat ovat yleensä kiinteitä ja tyydyttymättömät nestemäisiä 86

84 Aminohapot Aminohapot sisältävät karboksyyliryhmän COOH ja aminoryhmän NH 2. (MAOL s.167/157) Valkuaisaineet eli proteiinit ovat aminohapoista muodostuneita elimistön rakennusaineita. Valkuaisaineissa satoja aminohappoja on liittynyt toisiinsa peptidisidoksin. 87

85 Nukleiinihapot Lue s

86 Vihjeitä kokeeseen valmistautumiseen: Liitteessä 5 (s ) on kurssin keskeisiä käsitteitä ja ne kannattaa käydä huolellisesti läpi. Tekstin välissä olevat opittiin laatikot toimivat myös hyvänä kertauksena. Vihkomuistiinpanoista löytyy keskeisimpiä asioita ja käsitteitä. Tehtyjä ja tekemättä jääneitä tehtäviä kannattaa myös käydä läpi (muista romppu!). Muista myös liitteen 1 pyöristyssäännöt yms.! Viimekertaisen kokeen löydät laittamalla esim. Googleen hakusanaksi petrike1. Pohjatunti ke kello Koe xx x.x.2014 kello Tukiopetusaikoja: ILMOITA VIIMEISTÄÄN EDELLISENÄ PÄIVÄNÄ, MIKÄLI HALUAT OSALLISTUA TUKIOPETUKSEEN! 89

87 Kiitos mielenkiinnosta 90

88 Kurssilla tehtyjä tehtäviä: Suluissa olevat tehtävät voivat olla vähän vaikeampia tai ne on jostain muusta syystä jätetty vähemmälle huomiolle. 1. 1, 4, 8-13, , (25-27), , , 63-67, 69, 70, 76, 77, 80, (85-91) , 97, 100, 107, 110, 118, 122, 127, , (136), 137, 138, 140, (141), 143, 148, 149, , 156, 157, (158) , 162, (165), 168ab(c), (170) 91

89 Luku 5 & nimeämisohjeita s Tehtäviä 92,93,94,97,100,107,109,110,118,122,127,128,102,111,132, 133,134,137 92