VirtuaaliKemia. Versio 2.0 Lahden Teho-Opetus Oy

VirtuaaliKemia Versio 2.0 Lahden Teho-Opetus Oy

1. Johdanto... 3 2. Asennusvaihtoehdot ja ohjelmaan kirjautuminen... 3 3. Ohjelman yleisrakenne... 4 4. Ohjelman sisältö... 7 4.1. Aineen rakenne... 7 4.1.1. Atomien rakentaminen... 8 4.1.2. Kovalenttinen sidos... 8 4.1.3. Poolinen ja pooliton yhdiste... 8 4.1.4. Suolojen kaavat... 8 4.1.5. Molekyylien kaavat... 9 4.1.6. Jaksollinen järjestelmä 1... 9 4.1.7. Jaksollinen järjestelmä 2... 9 4.1.8. Aineiden liukeneminen... 9 4.1.9. Aineiden sähkönjohtavuus... 10 4.1.10. Alkuainepeli... 10 4.1.11. Yhdistepeli... 10 4.1.12. Tietokilpailu... 10 4.1.13. Ristikko... 10 4.2. Aineen määrä... 11 4.2.1. Moolimassa... 11 4.2.2. Reaktioyhtälön kertoimet... 11 4.2.3. Ainemäärä... 11 4.3. Hapettuminen ja pelkistyminen... 11 4.3.1. Jalot ja epäjalot metallit... 11 4.3.2. Metallien päällystäminen... 12 4.3.3. Sähkökemiallinen pari... 12 4.4. Hapot ja emäkset... 12 4.4.1. ph-mittaus... 12 4.4.2. Neutralointi... 12 4.4.3. Titrauskäyrä... 13 4.5. Aineiden tunnistaminen... 13 4.5.1. Liekkireaktiot... 13 4.5.2. Sakkareaktiot... 13 4.6. Orgaaninen kemia... 14 4.6.1. Alkaanit... 14 4.6.2. Alkeenit... 15 4.6.3. Hiilivetyjen sidokset... 15 4.6.4. Alkoholit... 15 4.6.5. Alkoholien sidokset... 15 4.6.6. Hiilivetyjen kertaustehtävä... 16 4.6.7. Aldehydit ja ketonit... 16 4.6.8. Karboksyylihapot... 16 4.6.9. Esterit, rasvat ja saippuat... 17 4.6.10. Hiilihydraatit... 18 4. Opiskelijan etenemisen seuranta... 20 5. Mitä uutta?... 21

1. Johdanto VirtuaaliKemia (VK) on peruskoulun yläasteen, ammattioppilaitosten ja lukion peruskurssien kemian opetukseen tarkoitettu opetusohjelma. Ohjelman lähestymistapa kemiaan on kokeellinen ja tutkiva unohtamatta kuitenkaan perusteorioiden harjoittelua. Mukaan on liitetty myös muutama oppimispeli keventäväksi oppimateriaaliksi. Lähes kaikkien harjoitusten loppuun on liitetty asioiden ymmärtämistä testaavia kysymyksiä. Kysymyksissä ei kysytä pelkästään puhdasta kemian teoriaa, vaan opiskelija joutuu tekemään monesti vaativiakin johtopäätöksiä oppimansa perusteella. Ohjelmaa voidaan käyttää havainnollistamaan kemian ilmiöitä tavanomaisessa luokkaopetuksessa, laboratoriotunnilla mittausten suorittamiseen ja teoriatuntien harjoitusmateriaalina. Tämä ohjekirja on laadittu ohjelman versiolle 2.0. Edelliseen versioon 1.0 nähden uutta on mm. oppilasrekisteri. Oppilasrekisterin voi ottaa halutessaan käyttöön. Ohjelmaa voi käyttää myös ilman oppilasrekisteriä kuten ennenkin. Lisäksi ohjelmaan on tullut lisää kahdeksan uutta harjoitusta sekä molekyylien 3d-malleja. Kaikki versioon 2.0 tehdyt lisäykset ja muutokset on esitetty luvussa 5. Ohjelma on helppokäyttöinen, joten kirjallisia ohjeita ohjelman varsinaiseen käyttöön ei ole laadittu. Tämä käyttöopas on tarkoitettu opettajan tueksi, jotta opettaja voi valita oppituntia varten sopivan harjoituksen ohjelmaa katsomatta. 2. Asennusvaihtoehdot ja ohjelmaan kirjautuminen Asennusvaihtoehtoja on neljä: C Yksittäiselle koneelle ilman oppilasrekisteriä. C Yksittäiselle koneelle oppilasrekisterin kanssa. C Verkkoasennuksena ilman oppilasrekisteriä. C Verkkoasennuksena oppilasrekisterin kanssa. Tarkemmat asennusohjeet löytyvät ohjelman mukana tulleesta Opetusohjelmien asennus- ja ylläpitoohjeesta, joka on tarkoitettu ohjelman asentajan käyttöön. Ennen oppilasrekisterin käyttämistä on rekisteriin lisättävä käyttäjätiedot (opettajat, oppilaat, luokat ja opetusryhmät). Katso tästä tarkemmin ohjelman mukana tulleesta LTO Opettajan työkalu käyttöohjeesta. Ohjelmaan kirjautuminen eroaa hieman eri asennusvaihtoehdoissa riippuen siitä, onko koululle asennettu oppilasrekisteri vai ei. Käydään ensin läpi tapaus, jossa koululle on asennettu oppilasrekisteri. Kun VirtuaaliKemia -ohjelma aukaistaan, valitaan ensimmäisenä, käytetäänkö oppilasrekisteriä vai ei (ks. kuva 1). Jos käytetään oppilasrekisteriä, kirjoitetaan tyhjiin kenttiin käyttäjätunnus ja salasana sekä napsautetaan Jatka - painiketta. Jos ei haluta käyttää oppilasrekisteriä, napsautetaan Jatka kirjautumatta -painiketta. Tämän jälkeen ilmestyy kuvan 2 mukainen ikkuna, johon käyttäjä kirjoittaa nimensä. Oppilasrekisteriä käytettäessä kuvan 2 ikkunaa ei ilmesty. Jos koululle ei ole asennettu oppilasrekisteriä, ohjelma tulee suoraan kuvan 2 ikkunaan, ilman kuvan 1 ikkunaa. 3

Kuva 1. Kirjautumisikkuna, jos käytetään oppilasrekisteriä. Kuva 2. Kirjautumisikkuna, jos ei käytetä oppilasrekisteriä. 3. Ohjelman yleisrakenne Ohjelma sisältää yhteensä 34 harjoitusta. Harjoitukset on jaettu kuuteen osa-alueeseen, jotka selviävät kuvassa 3 olevasta ohjelman päävalikosta. Kuva 3. VirtuaaliKemian päävalikko. 4

Kuva 4. ph:n mittausharjoitus. Kuvassa näkyy harjoitusten valikkorakenne. Kaikissa ei-pelityyppisissä harjoituksissa on lähes sama valikkorakenne, joka selviää kuvasta 4. Harjoituksen valikosta pääsee erilaisille välilehdille, joiden sisältöä esitellään seuraavaksi. Tehtävä Laboratorio Työkirja Sisältää harjoitustehtävän määrittelyn ja kyseiseen tehtävään liittyviä ohjelman käyttöohjeita. Virtuaalilaboratorio, jossa suoritetaan kaikki laboratoriomittaukset. Sähköinen työkirja, johon tehdään kaikki teoriaharjoitukset. Työkirjaan kirjataan ylös myös kaikki laboratoriosta saadut mittaustulokset ja havainnot. Kuva 5. Ohjelman sisältämä jaksollinen järjestelmä. Jokaisesta alkuaineesta saa lisätietoa klikkaamalla kyseisen alkuaineen ruutua. 5

Kysymykset Teoria Jaksollinen jarjestelmä Laskin Sulje harjoitus Sisältää kysymyksiä, joissa testataan asian ymmärtämistä ja syventää harjoituksessa opittua asiaa. Sisältää kyseiseen harjoitukseen liittyvän teorian, useasti animaatioilla havainnollistettuna. Sisältää ohjelman jaksollisen järjestelmän, josta löytyy perustietoa alkuaineista. Aluksi ilmestyy kaikki alkuaineet sisältävä jaksollinen järjestelmä (ks. kuva 5), josta näkyy jokaisen alkuaineen sijainti järjestelmässä, kemiallinen merkki ja järjestysluku. Kun tässä klikkaa jonkin alkuaineen ruutua, saa kyseisestä alkuaineesta yksityiskohtaisempaa tietoa. Täältä löytyy nelilaskin. Sulkee esillä olevan harjoituksen, ei koko ohjelmaa. Harjoituksia on kolmea eri tyyppiä: 1. Laboratorioharjoituksissa (ks. kuva 6) opiskelija joutuu aluksi suorittamaan tyypillisiä kemian laboratoriomittauksia kemian virtuaalilaboratoriossa. Näissä kuten kaikissa muissakin harjoituksissa pelejä lukuun ottamatta tehtäväasettelu löytyy aina Tehtävä-välilehdeltä. Mittaustulokset kirjoitetaan ohjelman työkirjaan. Lopuksi testataan asian ymmärtämistä kysymyksillä, jotka liittyvät mitattavaan asiaan. Kysymykset-välilehdelle ei pääse ennen kuin tehtävän muut osiot on suoritettu. Koko tehtävä saadaan suoritetuksi vasta kun kysymyksiinkin on vastattu. Kuva 6. Esimerkki laboratorioharjoituksesta. 2. Toisessa tehtävätyypissä on tehtäviä, joihin ei liity laboratoriomittauksia. Tehtävissä opiskellaan kemiaa erilaisten ohjelman tarkistamien harjoitusten avulla (ks. kuva 7). Harjoituksissa muodostetaan kovalenttisia sidoksia, määritetään reaktioyhtälöiden kertoimia, rakennetaan erilaisia molekyylejä jne. Myös näihin tehtäviin liittyy useasti asian ymmärtämistä testaavia kysymyksiä. Nämä tehtävät ratkaistaan ohjelman työkirjaan. Kuva 7. Esimerkki teoriaharjoituksesta. 6

Kuva 9. Esimerkki oppimispelistä. Kuva 8. VirtuaaliKemian eri harjoitustyypit ja niiden kuvakkeet. 3. Kolmas tehtävätyyppi on oppimispelejä (ks. kuva 8), jotka yhtä peliä lukuunottamatta ovat yksin pelattavia pelejä. Oppimispelit ovat harjoitusten vähemmistö. Oppimispelien avulla saadaan opiskeluun vaihtelevuutta ja oppiminen tapahtuu aivan huomaamatta.. Esimerkiksi kuvan 8 oppimispelin avulla yleisimpien alkuaineiden kemialliset tunnukset jäävät oppilaiden pysyväismuistiin, eikä niistä tule pelkkää pintatietoa, joka unohdetaan välittömästi. Jokaisen harjoituksen tyyppi selviää ohjelmavalikosta harjoituksen edessä olevasta kuvakkeesta. Laboratorioharjoituksen edessä on aina kahdesta koeputkesta muodostunut kuvake, teoriaharjoituksen edessä lyijykynä-kuvake ja oppimispelin edessä joy stick -kuvake (ks. kuva 9). 4. Ohjelman sisältö Tässä luvussa käydään läpi kaikki VirtuaaliKemian sisältämät tehtävät, jotka on jaettu kolmeen vaikeustasoon. Vaikeustasoon 1 kuuluvat ohjelman helpoimmat tehtävät, joista selviää peruskoulun tiedoilla. Näitä on ohjelman enemmistö. myös vaikeustason 2 tehtävistä selviää peruskoulun tiedoilla, mutta ne ovat vaikeustasoa 1 hieman vaikeampia. Vaikeustason 3 tehtävät ovat yli peruskoulun oppimäärän. Ne on tarkoittu lähinnä lukion kemian peruskurssille ja ammatilliseen koulutukseen. Koska ohjelmissa on mukana teoriat, voi vaikeustason 3 tehtäviä käyttää opetuksen eriyttämiseen myös peruskoulussa. Versiossa 1.0. vaikeustason 3 tehtäviä on vain kaksi kappaletta. 4.1. Aineen rakenne Tässä osassa on yhteensä 13 harjoitusta, joista seitsemän on teoriaharjoituksia, kaksi laboratorioharjoitusta ja neljä oppimispeliä. 7

4.1.1. Atomien rakentaminen Vaikeustaso 1. Tämä on teoriapohjainen harjoitus, jossa opiskellaan atomien elektroniverhon rakennetta. Tehtävässä täytyy asettaa atomin energiatasoille sopiva määrä elektroneja, jotta saadaan kysytyn atomin elektronirakenne. Tehtävässä on yhteensä kymmenen atomia, joiden kaikkien elektronirakenteet täytyy osata tehdä koko tehtävän suorittamiseksi. Ensimmäiset kolme atomia ovat aina samat (vety, helium ja litium). Seuraavat seitsemän atomia arvotaan 17 atomin joukosta, joten eri opiskeijat saavat aina eri atomit rakennettavakseen. Tehtävä sisältää siis yhteensä 20 atomia, jotka ovat jaksollisen järjestelmän 20 ensimmäistä atomia. Vaikeustaso 1. 4.1.2. Kovalenttinen sidos Harjoituksessa rakennetaan atomien välille kovalenttinen sidos siirtämällä atomien elektronikuorilta sopiva määrä elektroneja atomien väliselle alueelle sidoksen muodostamiseen. Mukana on myös kovalenttinen kaksois- ja kolmoissidos. Tehtävän koko suoritus vaatii kuuden sidoksen rakentamisen. Nämä kuusi sidosta ovat kaikille samat. Sekä harjoitus- että teoriaosio sisältävät animaatioita kovalenttisen sidoksen muodostumisesta. Vaikeustaso 3. 4.1.3. Poolinen ja pooliton yhdiste Harjoituksessa on kymmenen erilaista molekyyliä, jotka opiskelijan pitää sijoittaa joko poolisiin tai poolittomiin yhdisteisiin. Jos yhdistettä ei osaa ensimmäisellä kerralla sijoittaa oikeaan ryhmään, sama yhdiste tulee myöhemmin uudestaan. Harjoitus on suoritettu, kun kaikki 10 yhdistettä on sijoitettu oikeaan ryhmään. Harjoituksessa saa 6 pistettä jokaisesta oikeasta vastauksesta. Pisteissä näkyy myös yritysten lukumäärä kokonaispisteiden muodossa. Esimerkiksi loppupisteet 60/66 kertoo, että kaikki 10 yhdistettä on saatu oikein ja yrityksiä on ollut 11 (= 66/6). Kuva 10. Harjoituksen poolinen ja pooliton yhdiste kysymys. Vastauksessa on vielä yksi kohta väärin. Harjoituksen kysymys on kuvassa 10. 4.1.4. Suolojen kaavat Vaikeustaso 1. Harjoituksessa rakennetaan suolojen rakennekaavoja annetuista ioniryhmistä, jotka sisältävät 12 positiivista ja 12 negatiivista ionia. Mukana on yhteensä 33 suolaa, jotka ohjelma antaa aina samassa järjestyksessä, helpoimmat ensin periaatteella. Tämän harjoituksen kohdalla opettajan kannattaa kertoa etukäteen, kuinka monta suolaa pitää rakentaa. 8

4.1.5. Molekyylien kaavat Vaikeustaso 1 Harjoituksessa kootaan erilaisia molekyylejä annetusta atomijoukosta. Kun kaikki oikeat atomit ovat löytyneet, muodostuu molekyylistä värikäs ja havainnollinen kuva. Koottavat molekyylit on jaettu kolmeen tehtävätyyppiin, joista opiskelija voi valita hieman erilaisia tehtäviä. Tehtävätyypit ovat yhden alkuaineen molekyylit, epäorgaanisten yhdisteiden molekyylit ja orgaanisten yhdisteiden molekyylit. Vaikeustaso 1 4.1.6. Jaksollinen järjestelmä 1 Harjoituksessa perehdytään jaksolliseen järjestelmään tutkimalla halogeenien joidenkin fysikaalisten ominaisuuksien muuttumista ryhmän sisällä. Tehtävänä on etsiä ohjelman jaksollisesta järjestelmästä fluorin, kloorin, bromin ja jodin kiehumis- ja sulamispisteet. Tulokset kirjoitetaan työkirjan taulukkoon ja merkitään myös koordinaatistoon. Kysymyksissä kysytään, miten sulamis- ja kiehumispiste muuttuvat halogeenien ryhmässä järjestysluvun funktiona. Vaikeustaso 1 4.1.7. Jaksollinen järjestelmä 2 Harjoituksessa tutkitaan jalokaasujen tiheyden riippuvuutta järjestysluvusta. Tiedot haetaan ohjelman jaksollisesta järjestelmästä ja tulokset kirjoitetaan työkirjan taulukkoon. Kysymyksissä kysytään, miten aineen tiheys muuttuu jalokaasujen ryhmässä järjestysluvun funktiona. Harjoituksessa tutkitaan sokerin ja ruokasuolan liukenemista veteen eri lämpötiloissa. Molempien aineiden liukoisuutta tutkitaan lämpötiloissa 0 EC, 10 EC, 20 EC, 60 EC ja 100 EC. Molempien aineiden liukoisuudet lämpötilan funktiona esitetään myös graafisesti. Oppija merkitsee pisteet koordinaatistoon. Kun kaikki pisteet on merkitty koordinaatistoon oikein, ohjelma piirtää tuloksista käyrän. Kysymykset selviävät kuvasta 11. 4.1.8. Aineiden liukeneminen Kuva 11. Aineiden liukeneminen -harjoituksen kysymykset. 9

4.1.9. Aineiden sähkönjohtavuus Vaikeustaso 1 Laboratorioharjoitus, jossa tutkitaan erilaisten nesteiden sähkönjohtavuutta. Tutkittava neste on osa virtapiiriä, jossa on lisäksi paristo ja lamppu. Lampun palamisesta päätellään kunkin nesteen sähkönjohtokyky. Kysymyksistä selvitäkseen opiskelijan täytyy tietää, mistä nesteen sähkönjohtavuus aiheutuu. Vaikeustaso 1 4.1.10. Alkuainepeli Oppimispeli, jonka aiheena on alkuaineiden kemialliset merkit. Yksin pelattava peli, jossa ilmassa oleviin ilmapalloihin on merkitty alkuaineiden kemiallisia merkkejä. Ruudun yläreunaan ilmestyy jonkin alkuaineen nimi. Pelaajan on puhkaistava helikopterin avulla se ilmapallo, jossa on kysytty kemiallinen merkki. Pelissä saa pisteitä sen mukaan kuinka nopeasti kykenee kaikki ilmapallot puhkaisemaan. Vääristä yrityksistä saa aina miinuspisteitä. Luokassa voidaan leikkimielisesti hakea vaikka luokan mestari tässä pelissä. Vaikeustaso 1 4.1.11. Yhdistepeli Tässä oppimispelissä on samanlainen idea kuin edellisessäkin pelissä. Nyt ympäristönä on vesi ja moottorivene. Aiheena on tavallisimpien kemiallisten yhdisteiden kaavat, jotka on merkitty veden pinnalla oleviin lumpeen lehtiin. Pelaajan on löydettävä moottoriveneen avulla se lumpeen lehti, jossa on kysyn kemiallisen yhdisteen kaava. Pelissä saa pisteitä sen mukaan kuinka nopeasti kykenee kaikki yhdisteet löytämään. Vääristä yrityksistä saa aina miinuspisteitä. Luokassa voidaan leikkimielisesti hakea vaikka luokan mestari tässä pelissä. Vaikeusaste 1 4.1.12. Tietokilpailu Kahden pelattava oppimispeli, jossa testataan pelaajien tietämystä aineen rakenteeseen liittyvissä asioissa. Kysymykset liittyvät atomeihin, molekyyleihin, ioneihin, olomuotoihin, seoksiin ja aineosien erottamiseen seoksista. Perustiedot yhden vuoden kemian opinnoista yläkoulussa riittävät esitiedoiksi. Kysymykset ovat oikein/väärin väitteitä, suunnilleen yhtä paljon molempia. Ensin ehtinyt vastaa oliko väite oikein vai väärin. Jos vastaus on oikein, saa vastaaja pisteen. Jos vastaus oli väärin, saa vastustaja pisteen. 4.1.13. Ristikko Aineen rakenteen tietämystä testaava ristikko. Annettujen vihjeiden perusteella täytetään ristikon vaakarivit. Jos sanan ensimmäinen kirjain ei ole oikein, kyseinen ruutu värjäytyy punaiseksi. Kun oikea sana löytyy ilmestyy sanan perään oikeinmerkki. Kun ristikko on valmis, ensimmäiselle pystyriville muodostuu haettava sana. Esitietovaatimus kuten edellisessä tietokilpailupelissä. 10

4.2. Aineen määrä Tämä osa sisältää kolme teoriaharjoitusta, joista viimeinen (ainemäärä) ei ole enää peruskoulun oppimäärää. Ensimmäinen harjoitus soveltuu myös peruskouluun, kun moolimassa liitetään peruskoulussa opittuihin mooli- ja kaavamassaan. Toisessa harjoituksessa on valittavan vaikeusasteen vuoksi haasteita kaikille kouluasteille, joille ohjelma on suunnattu. Vaikeusaste 2 4.2.1. Moolimassa Harjoituksessa lasketaan eri yhdisteiden moolimassoja. Tarvittavat atomimassat löytyvät ohjelman jaksollisesta järjestelmästä. Yhdisteen kaavan saa tarvittaessa ensimmäisestä vihjeestä, mutta sen käyttö vähentää tehtävän maksimipisteet kuudesta neljään. Tehtävässä jää kahteen pisteeseen, jos katsoo vielä toisenkin vihjeen, jossa kerrotaan, miten moolimassa lasketaan. Kaikista tehtävistä on haluttaessa nähtävissä myös ratkaisu. Vaikeusaste 2 4.2.2. Reaktioyhtälön kertoimet Harjoituksessa määritetään annettujen reaktioyhtälöiden kertoimet. Tehtävätyyppejä on kaksi: helpompia ja vaikeampia tehtäviä. Harjoitus on helpoimpien reaktioiden osalta suoritettavissa peruskoulun tiedoilla. Vaikeimmat yhtälöt ovat vaikeusasteeltaan lukion ja ammatillisten oppilaitosten tasoa. Opiskelija voi tarvittaessa käyttää ohjelman antamia vihjeitä, joita saa maksimissaan kolmelle reaktioyhtälön kertoimelle. Jokaisen vihjeen katsominen vähentää pisteitä kahdella. Ohjelma katsoo koko harjoituksen suoritetuksi, jos 10 helpompaa ja 5 vaikeampaa tehtävää on suoritettu. Myös harjoituksen osasuoritukset rekisteröidään ylös ja tulostetaan todistukseen. Vaikeusaste 3 4.2.3. Ainemäärä Harjoituksessa lasketaan moolilaskuja. Tehtävässä annetaan aineen massa. Tehtävässä pitää laskea ainemäärä. Opiskelija voi tarvittaessa käyttää ohjelman antamaa kolmea vihjettä. Jokaisen vihjeen katsominen vähentää pisteitä kahdella. Tämä osa sisältää kolme laboratorioharjoitusta. Vaikeusaste 1 4.3. Hapettuminen ja pelkistyminen 4.3.1. Jalot ja epäjalot metallit Laboratoriossa tutkitaan, mitkä kuudesta tuntemattomasta metallista ovat jaloja ja mitkä epäjaloja. Tutkimus tapahtuu pudottamalla metallipalat vuorollaan suolahappoliuokseen ja katsomalla vapautuuko vetyä vai ei. Kysymyksiin vastaaminen edellyttää tarkkaa perehtymistä metallien jännitesarjaan. 11

Kun kysymyksiin on vastattu, on tehtävä vielä yksi laboratoriokoe. Tässä kokeessa kuparipala upotetaan typpihappoon. Lopuksi tapahtuneesta ilmiöstä annetaan selitys. Vaikeusaste 2 4.3.2. Metallien päällystäminen Laboratoriossa on kahta liuosta, joista toisessa on kupari-ioneja (Cu 2+ ) ja toisessa sinkki-ioneja (Zn 2+ ). Lisäksi laboratoriossa on kolme metallipalaa (Fe, Ag, Pb). Kukin metallipala upotetaan vuorotellen liuoksiin ja katsotaan, mitä tapahtuu. Työkirjan täyttämisessä pitää huomata, että metallin päällystyminen liuoksessa merkitsee myös metallin liukenemista liuokseen, jota ei juuri havaitse kokeesta. Kysymyksissä kysytään, mitkä annetuista hapettumis- pelkistymisreaktioista ovat mahdollisia. Vastausten etsimisessä annetaan vihjeeksi harjoituksen teoriaosuus, josta selviää metallien jännitesarjan käyttö. Melkoisen vaativa tehtävä. Vaikeusaste 1 4.3.3. Sähkökemiallinen pari Työssä tutkitaan sähkökemiallisen parin muodostumista. Laboraroriossa tutkitaan, miten metallit pitää valita ja millaisia liuoksia pitää käyttää. Tutkimuksessa käytetään liuoksina suolahappoliuosta, vettä, suolaliuosta ja sokeriliuosta. Metalleina käytetään kahta kuparilevyä, kahta sinkkilevyä sekä kuparija sinkkilevyä. Sähkökemiallisen parin muodostuminen havainnoidaan pienen sähkölampun avulla. 4.4. Hapot ja emäkset Tämä osa sisältää kolme laboratorioharjoitusta, joista titrauskäyrä on yli peruskoulun oppimäärän. Vaikeusaste 1 4.4.1. ph-mittaus Työssä mitataan yhdeksän eri liuoksen ph. Mittaus tapahtuu yleisindikaattoripaperin avulla vertaamalla liuoksessa olleen paperin väriä ohjelmassa annettuun värikarttaan. Liuokset myös tunnistetaan mitattujen ph-arvojen perusteella. Vaikeusaste 1 4.4.2. Neutralointi Työssä neutraloidaan natriumhydroksidiliuoksella (0,10 mol/l) eri väkevyisiä suolahappoliuoksia. Käytettävien suolahappoliuosten konsentraatiot ovat 0,1 mol/l, 0,05 mol/l, 0,025 mol/l, 0,01 mol/l, 0,005 mol/l ja 0,001 mol/l. Työssä mitataan tarvittava natriumhydroksidimäärä, jolla kukin suolahappoliuos saadaan neutraloitua. Tulokset merkitään työkirjan taulukkoon. 12

4.4.3. Titrauskäyrä Vaikeusaste 3 Työssä mitataan suolahappoliuoksen (0,20 mol/l) ph-arvoa, kun liuokseen lisätään natriumhydroksidia (0,10 mol/l). Liukosen ph-arvo mitataan kymmenellä erilaisella natriumhydroksidimäärällä. Tulokset kirjoitetaan työkirjan taulukkoon ja tulosten perusteella piirretään titrauskäyrä. Kysymyksissä tutkitaan ph-arvon muuttumisnopeutta eri kohdissa titrauskäyrää. Selvästi yli peruskoulun oppimäärän oleva harjoitus. 4.5. Aineiden tunnistaminen Tässä osassa on kaksi laboratorioharjoitusta. Työt ovat helpohkoja etenkin, jos huomaa käyttää ohjelman teoriaosuutta hyväksi. Vaikeusaste 1 4.5.1. Liekkireaktiot Työssä tunnistetaan neljä eri alkuainetta liekkireaktion perusteella. Tunnistettavat aineet ovat kupari, kalsium, kalium ja natrium. Kun aineet on tunnistettu tulee lisätehtävä, jossa ammutaan ilotulitusraketti. Ilotulitteen värin perusteella täytyy kyetä vastaamaan, mitä aineita raketissa oli. Kun tämäkin osa on tehty, palkinnoksi saa videoleikkeen oikeasta ilotulituksesta. Vaikeusaste 1 4.5.2. Sakkareaktiot Työssä tunnistetaan erilaisia ioneja sakkareaktioiden perusteella. Ensimmäisessä osatehtävässä täytyy löytää Ag + -ioneja sisältävä liuos neljän liuoksen joukosta. Tunnistaminen tapahtuu valkean hopeakloridisakan perusteella, joten liuoksiin tiputetaan suolahappoa. Toisessa osatehtävässä on erotettava toisistaan kaliumjodidin, kaliumkloridin ja kaliumbromidin vesiliuokset. Ongelma ratkaistaan pudottamalla liuoksiin muutama tippa hopeanitraattia. Kysymyksissä pitää kyetä annetun teorian perusteella päättelemään, mitkä annetuista suoloista ovat veteen liukenevia. 13

4.6. Orgaaninen kemia Tämä osa sisältää kymmenen orgaaniseen kemiaan liittyvää teoriaharjoitusta. Vaikeusaste 1 4.6.1. Alkaanit Työkirjan harjoituksessa on tunnistettava ja nimettävä alkaaneja rakennekaavan perusteella. Nimettävät alkaanit ovat metaanista heksaaniin. Nimeämisjärjestys on arvottu. Kuva 13. Kun yhdiste on nimetty oikein, ilmestyy molekyylin 3- ulotteinen malli. Kuva 12. Nimeä alkaani. Työkirjassa nimet valitaan valintalistasta (ks. kuva 12). Kun yhdiste on nimetty oikein, ilmestyy rakennekaavan tilalle molekyylin 3-ulotteinen malli (ks. kuva 13), joka pyörii itsestään tai sitä voi pyöritellä painikkeiden avulla. Kysymyksissä kerrataan asiat siten, että oppilaan pitää vielä kirjoittaa viiden alkaanin nimi molekyylikaavan perusteella. 14

Vaikeusaste 1 4.6.2. Alkeenit Samanlainen harjoitus kuin edellinen, mutta nimettävät yhdisteet ovat alkeeneja. Työkirjan puolella valitaan nimi kahdelle alkeenille (eteeni ja propeeni) kuvan 12 valintalistasta. Kysymyksissä oppilas joutuu kirjoittamaan neljän alkeenin nimen molekyylikaavan perusteella. 4.6.3. Hiilivetyjen sidokset Vaikeusaste 1 Harjoituksessa lisätään hiilivetyjen atomien väliin tarvittavat sidoselektronit (ks. kuva 14). Harjoituksessa on seitsemän hiilivetyä: metaani, etaani, propaani, butaani, eteeni, propeeni ja buteeni. Näiden yhdisteiden pallomalleihin täytyy lisätä sidoselektronit yksi kerrallaan. Harjoitus alkaa helpoimmilla yhdisteillä metaanilla ja etaanilla. Viisi viimeistä yhdistettä tulevat arvotussa järjestyksessä. Harjoitukseen ei sisälly kysymyksiä. Kuva 14. Sidoselektronien lisääminen etaaniin. 4.6.4. Alkoholit Vaikeusaste 1 Samanlainen harjoitus kuin 4.6.1, mutta nimettävät yhdisteet ovat alkoholeja. Nimettävänä on neljä alkoholia, metanoli, etanoli, glykoli ja glyseroli. Työkirjan tehtävässä nimeäminen tapahtuu kuvan 12 valintalistasta. Kysymyksissä pitää osata kirjoittaa samojen alkoholien nimet molekyylikaavojen perusteella. Vaikeusaste 1 4.6.5. Alkoholien sidokset Harjoituksessa lisätään metanolin, etanolin, glykolin ja glyserolin atomien väliin tarvittavat sidoselektronit (ks. kuva 15). Kyseessä samantyyppinen harjoitus kuin 4.6.3. Harjoitukseen ei sisälly kysymyksiä. 15 Kuva 15. Tarkistuksen jälkeen metanolin sidoselektroneissa on vielä virhettä kahdessa kohtaa, jotka on merkitty punaisella.

4.6.6. Hiilivetyjen kertaustehtävä Vaikeusaste 2 Harjoitus, jossa annetaan hiilivedyn nimi ja opiskelijan on koottava atomeista kyseinen molekyyli ja kirjoitettava yhdisteen molekyylikaava. Harjoituksessa on erikseen alkaaneja, alkeeneja ja alkoholeja käsittelevät osatehtävät. Näistä voidaan valita ne, jotka halutaan tehdä. 4.6.7. Aldehydit ja ketonit Kuva 16. Nimeä aldehydi. Kuva 17. Kun yhdiste on nimetty oikein, ilmestyy molekyylin 3-ulotteinen malli. Työkirjan harjoituksessa nimetään aldehydejä ja ketoneja rakennekaavan perusteella. Nimet valitaan valintalistasta (ks. kuva 16). Nimettäviä yhdisteitä on kuusi ja vaihtoehtoja listassa seitsemän Kun yhdiste on nimetty oikein, ilmestyy rakennekaavan tilalle molekyylin 3-ulotteinen malli (ks. kuva 17), joka pyörii itsestään tai sitä voi pyöritellä painikkeiden avulla. Lopuksi on kysymyksiä, joissa pitää nimetä seuraavat aldehydit ja ketonit: H-CHO CH3-CHO CH3-CO-CH3 C6H5-CHO Vaikeusaste 1. 4.6.8. Karboksyylihapot Nimeämisharjoitus, jossa nimetään rakennekaavan avulla annettuja karboksyylihappoja. Tehtäviä on kuusi. Vastaus valitaan valintalistasta, jossa on kymmenen vaihtoehtoa. Kysymyksiin pääseminen edellyttää kaikkien kuuden yhdisteen nimen tietämistä. Kun yhdiste on nimetty, ilmestyy kyseisestä yhdisteestä 3-ulotteinen malli. 16

4.6.9. Esterit, rasvat ja saippuat Vaikeusaste 2. Harjoitus muodostuu työkirjan neljästä kysymyksestä, jotka on esitetty kuvissa 18-21. Kuva 18. Esterit, rasvat ja saippuat, ensimmäinen kysymys. Kuva 19. Esterit, rasvat ja saippuat, toinen kysymys. Kuva 20. Esterit, rasvat ja saippuat, kolmas kysymys. 17

Kuva 21. Esterit, rasvat ja saippuat, neljäs kysymys. 4.6.10. Hiilihydraatit Vaikeusaste 1. Harjoitus koostuu viidestä kysymyksestä, joihin vastaukset löytyvät teoriaosuudesta. Kysymykset selviävät kuvista 22-26. Kuva 22. Hiilihydraattien ensimmäinen kysymys. Kuva 23. Hiilihydraattien toinen kysymys. 18

Kuva 24. Vastaus hiilihydraattien toiseen kysymykseen ja kolmas kysymys. Kuva 25. Hiilihydraattien neljäs kysymys. Kuva 26. Hiilihydraattien viides kysymys. 19

Kuva 27. Hiilihydraattien viidennen kysymyksen oikea vastaus. 4. Opiskelijan etenemisen seuranta Opettaja voi seurata jatkuvasti opiskelijan suorituksia. Suoritukset näkyvät joko tehtävävalikoista (ks. kuva 28) tai sitten opiskelijan tulostamasta todistuksesta (ks. kuva 29). Kuva 28. Oppilaan kokonaan suorittamat harjoitukset näkyvät oikeinmerkillä merkittyinä. Kokonaan tai osittain suoritetuista harjoituksista näkyy pistemäärä. Kuva 29. Oppilas voi tulostaa suorituksistaan todistuksen. Oppilasrekisteristä näkyy oppilaiden koko suoritushistoria. Katso oppilasrekisteristä ja sen käytöstä tarkemmin ohjelman mukana tulleesta LTO Opettajan työkalu käyttöohjeesta. 20

5. Mitä uutta? Versioon 2.0 on tehty seuraavat lisäykset ja muutokset verrattuna versioon 1.0: 1. Oppilasrekisteri mahdollistaa jatkuvan oppilaiden etenemisen seurannan. Katso oppilasrekisteristä tarkemmin ohjelman mukana tulleesta LTO Opettajan työkalu käyttöohjeesta. 2. Kahdeksan uutta harjoitusta: C 4.1.3. Poolinen ja pooliton yhdiste C 4.1.8. Aineiden liukeneminen C 4.6.3. Hiilivetyjen sidokset C 4.6.5. Alkoholien sidokset C 4.6.7. Aldehydit ja ketonit C 4.6.8. Karboksyylihapot C 4.6.9. Esterit, rasvat ja saippuat C 4.6.10. Hiilihydraatit 3. Jaksollisen järjestelmän alkuaineista pääsee tulostamaan ohjelman sisältämät tiedot kustakin alkuaineesta. Tätä ominaisuutta voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi omien kalvopohjien tekemiseen. 4. Useisiin harjoituksiin on lisätty molekyylien pyöriviä 3d-malleja. Näitä 3-ulotteisia molekyylimalleja on seuraavissa harjoituksissa: C 4.1.5. Molekyylien kaavat C 4.6.1. Alkaanit C 4.6.2. Alkeenit C 4.6.4. Alkoholit C 4.6.7. Aldehydit ja ketonit C 4.6.8. Karboksyylihapot 5. Pienempiä täsmennyksiä ja parannuksia kautta linjan. 21