EPIONEN Kemia 2015 1
Epione Valmennus 2014. Ensimmäinen painos www.epione.fi ISBN 978-952-5723-40-3 Painopaikka: Kopijyvä Oy, Kuopio Tämän teoksen painamiseen käytetty paperi on saanut Pohjoismaisen ympäristömerkin. 2
Sisällysluettelo ESIPUHE JA KÄYTTÖOHJE... 5 1 KEMIAN PERUSTEET... 6 1.1 ALKUAINEET JA ATOMIN RAKENNE... 6 1.2 JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ JA SEN KÄYTTÖ... 8 1.3 LASKUISTA JA ALKUAINETAULUKOSTA... 10 1.4 KEMIALLISTEN TYÖKALUJEN KÄYTTÖ... 13 1.5 METALLIT JA EPÄMETALLIT... 14 1.5.1 Metallit... 14 1.5.2 Epämetallit... 15 1.6 PUHTAAT AINEET JA SEOKSET... 17 1.6.1 Seosten erotusmenetelmiä... 18 1.6.2 Seosten pitoisuuden ilmoittaminen... 19 1.6.3 Liuosten valmistaminen ja laimentaminen... 20 1.7 YHDISTEEN KAAVAN MÄÄRITTÄMINEN... 21 1.8 YHDISTEIDEN KUVAAMINEN... 21 1.9 RAKENNEKAAVAT JA NIIDEN EROT... 23 1.10 ISOMERIA JA KIRAALISUUS... 25 1.11 ORBITAALIT... 28 1.12 KOVALENTTISET SIDOKSET... 29 1.13 HIILEN HYBRIDIORBITAALIT SEKÄ SIGMA- JA PII-SIDOKSET... 30 1.14 OSITTAISVARAUKSET JA VETYSIDOKSET... 33 1.15 IONISIDOKSET JA KIDEHILA... 35 1.16 HEIKOT DISPERSIOVOIMAT... 35 1.17 KOORDINAATIOSIDOS, KOMPLEKSIYHDISTEET JA KELAATIT... 36 1.18 KEMIALLINEN REAKTIO... 38 1.18.1 Kemiallisen reaktion tasapainotus erityistapauksia... 38 1.18.2 Reaktiosarjat... 39 1.18.3 Seosten reaktiot... 39 1.18.4 Tasapainovakio... 40 1.19 KEMIALLINEN TASAPAINO... 41 1.19.1 Hapettuminen ja pelkistyminen... 42 1.19.2 Hapettumis-pelkistymisreaktioiden tasapainotus... 42 1.20 METALLIEN JÄNNITESARJA JA NORMAALIPOTENTIAALITAULUKKO... 44 1.20.1 Sähköpari ja elektrolyysi... 45 1.20.2 Elektrolyysi... 45 1.21 REAKTION EDELLYTYKSET... 47 1.21.1 Yhdisteiden sidosenergia... 48 1.21.2 Reaktiokinetiikka... 48 1.22 ***EKSERGONINEN JA ENDERGONINEN REAKTIO... 49 1.23 SUOLOJEN LIUKENEMINEN... 52 1.24 AKTIIVISUUSKERROIN... 52 1.25 KAASUJEN LIUKENEMINEN... 53 1.26 FUNKTIONAALISET RYHMÄT... 53 1.26.1 Hiilen sidokset... 58 1.26.2 Hiiliketjujen nimeämisestä... 58 1.26.3 Alkaanit... 59 1.26.4 Sykloalkaanit... 60 1.26.5 Kaksoissidos / Alkeenit... 60 1.26.6 Kolmoissidos / Alkyynit... 61 1.26.7 Bentseenirengas... 62 1.26.8 Polyaromaattiset hiilivedyt... 63 1.26.9 ***Aromaattisten aineiden luokittelu... 63 1.26.10 Aminoryhmä / Amiinit... 63 1.26.11 Amidit... 65 1.26.12 Hydroksyyliryhmä / Alkoholit... 65 3
1.26.13 Aldehydit... 67 1.26.14 Ketonit... 68 1.26.15 Karboksyylihapot... 68 1.26.16 Lipidit... 70 1.26.17 Glyseridit... 71 1.26.18 Amfipaattiset molekyylit ja misellit... 72 1.26.19 Fosfolipidit... 72 1.26.20 Sfingolipidit... 74 1.26.21 Kolesteroli ja steroidit... 75 1.26.22 Aminohapot... 76 1.26.23 Peptidit, proteiinit ja peptidisidos... 79 1.26.24 Hiilihydraatit... 81 1.26.24.1 Glukoosi... 81 1.26.24.2 Fruktoosi... 83 1.26.24.3 Disakkaridit... 83 1.26.24.4 Polysakkaridit... 84 1.26.25 Nukleotidit, nukleosidit ja nukleiinihapot... 85 1.26.26 NADH ja NADPH... 88 1.27 SYNTEETTISET POLYMEERIT... 89 1.27.1 Synteettisten polymeerien ominaisuuksia... 89 1.27.2 Synteettisten polymeerien valmistusreaktiot... 89 1.28 PROTOLYYSI... 91 1.28.1 Hapot... 91 1.28.2 Emäkset... 92 1.29 LIUOKSEN HAPPAMUUS; PH... 93 1.29.1 Neutralointi... 97 1.30 PUSKURILIUOKSET... 98 1.31 BIOLOGISET PUSKURILIUOKSET... 100 1.31.1 Hemoglobiinipuskuri... 100 1.31.2 Fosfaattipuskuri... 101 1.31.3 Hiilidioksidi-vetykarbonaattipuskuri... 101 1.32 PH:N VAIKUTUS AMINOHAPPOJEN RAKENTEESEEN... 102 1.33 LIUKOISUUSTULO JA IONITULO... 107 1.34 ENTSYYMIREAKTIOT... 109 1.34.1 Entsyymien säätely... 112 1.35 JAKAUTUMISKERROIN... 113 1.36 OSMOOSI JA OSMOLALITEETTI... 114 1.36.1 Kolloidiosmoottinen paine... 115 2 TEHTÄVÄT... 117 2.1 PERUSTEHTÄVÄT... 117 2.2 ORGAANINEN KEMIA... 130 2.3 PROTOLYYSI... 145 2.4 PH-TEHTÄVÄT... 146 2.5 PUSKURIT... 149 2.6 PH:N VAIKUTUS RAKENTEISIIN... 152 2.7 LIUKOISUUS JA SAOSTUMINEN... 152 2.8 ENTSYYMITEHTÄVÄT... 157 2.9 SOVELTAVAT PÄÄSYKOETEHTÄVÄT... 159 3 VASTAUKSET... 171 3.1 PERUSTEHTÄVÄT -- VASTAUKSET... 171 3.2 ORGAANINEN KEMIA - VASTAUKSET... 188 3.3 PROTOLYYSI- VASTAUKSET... 202 3.4 PH-TEHTÄVÄT- VASTAUKSET... 203 3.5 PUSKURIT - VASTAUKSET... 209 3.6 PH:N VAIKUTUS RAKENTEISIIN - VASTAUKSET... 213 3.7 LIUKOISUUS JA SAOSTUMINEN- VASTAUKSET... 214 3.8 ENTSYYMITEHTÄVÄT- VASTAUKSET... 220 3.9 SOVELTAVAT PÄÄSYKOETEHTÄVÄT - VASTAUKSET... 222 3.10 VÄLILASKUJEN VASTAUKSET... 233 4
Esipuhe ja käyttöohje Epionen Kemia 2015 kappaleet etenevät yksinkertaisesta monimutkaisempaan ja käsittelevät alussa ne kemialliset perusteet, joiden pohjalle kemian ymmärtäminen rakentuu. Kirja käsittelee kattavasti lukion kemian oppimäärän. Vuoden 2015 painoksen myötä Epionen kirjasarja käsittää koko lukion opetussuunnitelman mukaisen biologian, fysiikan ja kemian oppimäärän. Uudistuksen myötä sarja soveltuu paitsi lääketieteen pääsykokeeseen valmistautumiseen myös yo-kirjoituksiin kertaamiseen. Lukion kemian kurssit paneutuvat aiheisiinsa perinpohjaisesti, mutta sangen yksiulotteisesti. Tietojen integroiminen kemian, biokemian ja biologian osa-alueiden välillä tulee olemaan pääsykokeessa ratkaiseva tekijä, kun piste-eroja hakijoiden välillä lopulta lasketaan. Lukion oppimäärän lisäksi tämä teos sisältää syventävää ja integroivaa kemiaa ja biokemiaa joka helpottaa edistyneitä lukijoita suurten kokonaisuuksien hallinnassa. Kirjan lukuisat esimerkit esittelevät laskuja ja tehtäviä vaihe vaiheelta. Niihin palaamisesta on apua kirjan lopusta löytyviä harjoitustehtäviä ratkaistessa. Joiltakin osin tämä oppimateriaali on lukion oppimäärää laajempi. Harrastuneisuus lisää menestyksen mahdollisuuksia sekä yo-kirjoituksissa että lääketieteen pääsykokeessa, siksi suosittelemme myös syventävää tietoa sisältävien kokonaisuuksien läpikäymistä. Laajemmat kohdat ja tehtävät on merkitty kolmella tähdellä (***). Kirjan kuviin on kerätty joukko olennaisia rakenteita ja molekyylejä. Tärkeimmät huomattavat asiat on kehystetty. Teoriaosuuksien välillä on välilaskuja, käsitekontrolleja, tehtäviä ja kaavakehotuksia joissa testataan kuinka käsitellyn kappaleen keskeiset asiat ovat tulleet ymmärretyiksi ja jääneet mieleen. Käsitekontrolleissa tutuksi tulevaa kaavojen piirtämistä kannattaa harjoitella enemmänkin; kemian piirto- tai tunnistustehtävä on lähivuosien pääsykokeissa ollut enemmän sääntö kuin poikkeus. Myös kemiallisia tapahtumia oppii ymmärtämään helpommin piirtämisen kautta. Vastaukset välilaskuihin löytyvät kirjan lopusta. Kirjan loppupuolella keskitytään laskurutiinin kehittämiseen perustehtävin ja jaotelluin tehtävätyypein. Tehtävien vastaukset ovat kirjan lopussa. Erilaiset tehtävätyypit on käyty läpi kappaleiden esimerkkitehtävissä. Kehitämme kirjasarjaamme jatkuvasti ja otamme mielellämme vastaan palautetta ja parannusehdotuksia osoitteessa: paivi.turunen@epione.fi Toivotamme antoisia hetkiä kemian opiskelun parissa! Epione Valmennus 5