Kemia 1 Mooli 1, Ihmisen ja elinympäristön kemia, Otava (2009) MAOL taulukot, Otava 1
Kemia Kaikille yksi pakollinen kurssi (KE1). Neljä valtakunnallista syventävää kurssia (KE2 KE5). Yksi soveltava yo kokeeseen valmentava kurssi (KE6, ½ kurssia) Kemian työkurssi (½ kurssia)?? Kurssit KE2 KE6 järjestetään joka toinen vuosi. KE2 KE3 lv.2016 2017 KE4 KE6 lv.2017 2018 Kirjoitukset keväällä 2018!! Sähköinen ylioppilaskoe kemiassa syksyllä 2018 2
3
Arvioinnista: Kurssikoe Tehtävät ja tuntityöskentely vaikuttavat arvosanaan noin yhdellä numerolla. Tehtävien määrää jokainen opiskelija seuraa omalla listallaan. Lista ja kaikki listaan merkityt tehtävät palautetaan opettajalle kurssikokeen yhteydessä. Tavoitteena saada opiskelijat ottamaan vastuuta omasta oppimisesta. Laskettavien tehtävien määrää ei ole rajoitettu. tavoitteena saada laskettua maksimimäärä tehtäviä. Myös kotitehtäviä voi tehdä jälkikäteen. (pelkkä kopioiminen ei ole mielekästä Tehtävät täytyy ymmärtää, mikäli merkitsee listaan!) 4
Yleisiä asioita: Oppituntidiat löytyvät wikispaces sivustolta petrike1 (päivittyvät kurssin myötä). Sivustolta löytyy myös viimevuotinen kurssikoe ratkaisuineen. 5
1. Kemia luonnontieteenä Kemia on kokeellinen luonnontiede, joka tutkii ainetta, sen koostumusta, ominaisuuksia ja reaktioita. Ajattele omilla aivoillasi, et voi ajatella muiden aivoilla 6
7
Lue s.6 14 & liite1/s.154 155 Tehtävät 9 13/s.17 8
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 Metalleilla on tavallisesti vain positiivisia hapetuslukuja, poikkeus Bi (MAOL s.144/136). Tehtävä 1/ s.15 (ja tehtävät 8,4,16) 9
Lue sivut 6 14 (ja liite 1 s.154 155) & tee tehtävät 9 13/s.17 10
11
12
2. Elinympäristömme alkuaineita ja yhdisteitä 13
14
Animaatio 15
Eksoterminen reaktio = energiaa vapautuu (esim. kaasu tiivistyy nesteeksi, puu palaa) Endoterminen reaktio= energiaa sitoutuu (esim. vesi haihtuu) 16
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
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
Kaksoissidos ja kolmoissidos 19
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
Molekyyliyhdiste Molekyyliyhdisteessä kovalenttisia sidoksia on muodostunut vähintään kahden eri epämetalliatomin välille. Esim. metaani CH 4 : 21
Lue sivut 26 29 & tee tehtävät 22 26 sivulta 34 35. (Nopeimmat&halukkaat voivat tehdä myös tehtävää 27) 22
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
Poolisuus Katso taulukosta hapen ja vedyn elektronegatiivisuusarvot: 24
Molekyylien väliset sidokset Poolittomien molekyylien välillä on vain hyvin heikkoja dispersiovoimia. Poolisten molekyylien välillä on lisäksi dipoli dipolisidoksia. Myös vetysidos on dipoli dipolisidos (H N, H O, H F) (Katso kuvat s.32 33) 25
26
27
3. Seokset koostuvat useista eri aineista Lue sivut 40 45 ja selitä seuraavat käsitteet sekä selosta lyhyesti ao. erotusmenetelmiä vihkoosi (mihin perustuu). Tee myös tehtäviä 38 48 (valitse itse). OPH Homogeeninen seos: Heterogeeninen seos: Faasi: Suodatus: Dekantointi: Sentrifugointi: Haihdutus: Tislaus: Sublimointi: Uutto eli uuttaminen: Kromatografia: Kaasukromatografia 28
Kuva s.42 29
Luokittele seuraavat mallit alkuaineisiin, yhdisteisiin ja seoksiin. 30
Pitoisuuden ilmoittaminen: Massaprosentti m%: % ää ä ä ä 100% Erityisesti liuoksille Massaprosentti m%: % 100% Tilavuusprosentti: til % 100% 31
4. Ainemäärä ja konsentraatio Atomi muodostuu ytimestä (protonit ja neutronit) sekä sitä ympäröivästä elektronipilvestä. Ihminen vs. lintu 32
ATOMI ydin elektroniverho protoni (p + ) Varaus positiivinen (+1) neutroni (n) Varaukseton elektroni (e ) Varaus negatiivinen ( 1) Atomi on ulospäin varaukseton eli siinä on yhtä monta protonia (järjestysluku) ja elektronia. 33
Massaluku= neutronien ja protonien yhteismäärä. Toinen merkintätapa Cl 35. 34
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
Yhdessä moolissa on Avogadron vakion verran hiukkasia( MAOL s.138/131). 36
Yhtälöt löytyvät selityksineen sivuilta 62 65! Vastaavat yhtälöt ovat taulukon sivulla 138 139/130 131! Piirros 37
Esimerkki a) Kuinka monta moolia hiiliatomeja piirroksessa on? b) Kuinka monta kappaletta hiiliatomeja piirroksessa on? n= n= 38
39
Kertaus: (taulukkokirja s. 138 139/130 131) 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
Ratkaisut: Tehtävä 1. n(h 2 O)=,,, Tehtävä 2. Laske konsentraatio, kun 22,0g magnesiumkloridia (MgCl 2 ) liuotetaan kolmeen litraan vettä. 41
Ratkaisut: Tehtävä 1. n(h 2 O)=,,, Tehtävä 2. n(mgcl 2 )=,,, 0,231068 c(mgcl 2 )= ää ä, 0,0770 / 42
5. Erilaisia orgaanisia yhdisteitä Hiiliatomissa C on neljä ulkoelektronia hiiliatomi muodostaa aina neljä sidosta! Esim. metaani CH 4 43
Mikäli yhdisteessä on hiilen lisäksi vain vetyä, niin yhdistettä sanotaan hiilivedyksi. Hiileen voi sitoutua myös muita alkuaineita, esimerkiksi happea, typpeä, halogeeneja 44
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
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
Sykliset hiilivedyt Rengasrakenteessa nimeen lisätään syklo etuliite. 47
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. 162 165 & 138 /153 155 & s.130). Alkeeneja ja alkyynejä sanotaan tyydyttymättömiksi hiilivedyiksi. 48
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
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
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
Ksylitoli Myös ksylitoli on moniarvoinen alkoholi. 52
Karboksyylihapot Karboksyylihapot sisältävät karboksyyliryhmän COOH. Yksinkertaisimpia karboksyylihappoja ovat metaani eli muurahaishappo HCOOH ja etaani eli etikkahappo CH 3 COOH. Pienimolekyyliset karboksyylihapot ovat voimakastuoksuisia. 53
Hiilivetyjen ominaisuuksia Kemiallisesti samanlainen aine liuottaa samanlaista ainetta (pooliton poolitonta ja poolinen poolista). Hiilivetyjen sulamis ja kiehumispiste kasvaa moolimassan kasvaessa (hetkelliset dipolit voimakkaampia dispersiovoimat suurempia). 54
Funktionaaliset eli toiminnalliset ryhmät kirja s.82) 55
56
Bentseeni Bentseenirenkaan C 6 H 6 sisältävät yhdisteet ovat aromaattisia yhdisteitä. Esimerkiksi fenolit ovat aromaattisia. 57
Amiinit Amiinit ovat typpeä N sisältäviä orgaanisia yhdisteitä (ammoniakin NH 3 johdannaisia). Typpi sitoutuu kolmella kovalenttisella sidoksella vetyyn tai hiileen. 58
59
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
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 4 + 2 O 2 CO 2 + 2H 2 O 61
Propaanin C 3 H 8 palamisreaktio: _C 3 H 8 + _O 2 _CO 2 + _H 2 O 62
Propaanin C 3 H 8 palamisreaktio: _C 3 H 8 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2 O 63
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
65
66
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 hydroksidiionit (OH ). NaOH ja amiinit Protolyysireaktiossa protoni (H + ) siirtyy hapolta emäkselle (tai päinvastoin). 67
(Kuvat s. 120 121) 68
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
70
Esteröitymisreaktio Karboksyylihappo + alkoholi esteri + vesi Esim. 71
72
Nimeämisohjeet s. 124 127 73
74
75
76
77
Nimeäminen (1 3 kertaa): Tutustu sivujen 124 127 nimeämisohjeisiin samalla, kun teet alla olevia tehtäviä. Käytä tehdessäsi apuna mahdollisimman paljon myös taulukkokirjan sivuja 138 ja 162 166 (vanha painos 130 ja 153 155), 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, 151 154, 156, 157, (158, 102) 78
7. Solujen tärkeitä yhdisteitä 79
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 ). (MAOL s.167/157) 80
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
82
Hiilihydraatit jaetaan mono, di ja polysakkarideihin (tai sokereihin ja polysakkarideihin). 83
84
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
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
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
Nukleiinihapot Lue s.146 147. 88
Vihjeitä kokeeseen valmistautumiseen: Liitteessä 5 (s.160 163) 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 (wikispaces petrike1) Wikispaces sivustolla on myös oppitunneilla läpikäydyt diat! Pohjatunti torstaina 28.1. kello 15.00 Koe pe 29.1.2015 kello 8.30 11.15. Taulukkokirja Laskin Palauta kokeeseen tullessasi kaikki tekemäsi tehtävät ja tehtävälista täytettynä! Tukiopetusaikoja: 89
Itsenäistä työskentelyä ma 18.1.2016: Lue/käy läpi vielä luku 5 (s.80 100) ja täydennä samalla tarvittaessa muistiinpanoja ja/tai tee alleviivauksia. Käy samalla yhdisteet läpi myös taulukkokirjastasi! Tee mahdollisimman paljon seuraavista tehtävistä: 94, 95, 97, 100, 107, 109, 110, 118, 122, 127 Mikäli et pääse tehtävässä alkuun niin katso apua kirjan takana olevista vastauksista. Älä kuitenkaan kopioi vastauksia suoraan. Kysy keskiviikon 20.1. tunnilla epäselvistä kohdista!!! 90