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) • Kurssit KE2-KE6 järjestetään joka toinen vuosi.

• KE2-KE3 lv.2014-2015 • KE4-KE6 lv.2015-2016

Kirjoitukset keväällä 2016!!

2

3

Arvioinnista:

• Kurssikoe

• Kotitehtävät ja tuntityöskentely vaikuttavat arvosanaan noin yhdellä numerolla.

4

Kotitehtävät:

• Merkitse listaan vain ”kotitehtävät”, jotka merkitään taululle KT-tunnuksella.

• 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

1. Kemia luonnontieteenä

”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

2. Elinympäristömme alkuaineita ja yhdisteitä

13

14

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, 2n2 )

– Ryhmä=pystysarake (pääryhmän numero kertoo, kuinka monta elektronia on uloimmalla kuorella).

18 Jaksollinen järjestelmä

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. metaanin muodostuminen:

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

29

Kuva s.42

Luokittele seuraavat mallit alkuaineisiin, yhdisteisiin ja seoksiin.

30

Pitoisuuden ilmoittaminen:

Massaprosentti m%: 𝑚 − % =𝑚ää𝑟𝑖𝑡𝑒𝑡𝑡ä𝑣ä𝑛 𝑎𝑖𝑛𝑒𝑒𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎

𝑡𝑢𝑡𝑘𝑖𝑡𝑡𝑎𝑣𝑎𝑛 𝑛ä𝑦𝑡𝑡𝑒𝑒𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 ∙ 100%

Erityisesti liuoksille

Massaprosentti m%: 𝑚 − % =𝑙𝑖𝑢𝑒𝑛𝑛𝑒𝑒𝑛 𝑎𝑖𝑛𝑒𝑒𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎

𝑡𝑢𝑡𝑘𝑖𝑡𝑡𝑎𝑣𝑎𝑛 𝑙𝑖𝑢𝑜𝑘𝑠𝑒𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 ∙ 100%

Tilavuusprosentti: til − % =𝑙𝑖𝑢𝑒𝑛𝑛𝑒𝑒𝑛 𝑎𝑖𝑛𝑒𝑒𝑛 𝑡𝑖𝑙𝑎𝑣𝑢𝑢𝑠

𝑡𝑢𝑡𝑘𝑖𝑡𝑡𝑎𝑣𝑎𝑛 𝑎𝑖𝑛𝑒𝑒𝑛 𝑡𝑖𝑙𝑎𝑣𝑢𝑢𝑠 ∙ 100%

1% =1

100 1‰ =

1

1000 1 𝑝𝑝𝑚 =

1

1 000 000

31

4. Ainemäärä ja konsentraatio

• Atomi muodostuu ytimestä (protonit ja neutronit) sekä sitä ympäröivästä elektronipilvestä.

32 Ihminen vs. lintu

ATOMI

ydin

protoni (p+)

-Varaus positiivinen

neutroni (n)

-Varaukseton

elektroniverho

elektroni (e-)

-Varaus negatiivinen

•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 1H – raskas vety (deuterium) 2H – raskain vety (tritium) 3H.

35

36 Avogadron vakio MAOL s.138/131

• Yhtälöt löytyvät selityksineen sivuilta 62-65!

• Vastaavat yhtälöt ovat taulukon sivulla 138-139/130-131!

37 Piirros

Esimerkki

a) Kuinka monta moolia hiiliatomeja piirroksessa on?

b) Kuinka monta kappaletta hiiliatomeja piirroksessa on?

n= 𝒎

𝑴 n=

𝑵

𝑵𝑨

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 (MgCl2) liuotetaan kolmeen litraan vettä.

40

Ratkaisut:

Tehtävä 1.

n(H2O)= 𝑚

𝑀=

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎

𝑚𝑜𝑜𝑙𝑖𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎=

15,0𝑔

(2∙1,008𝑔

𝑚𝑜𝑙+16,00

𝑔

𝑚𝑜𝑙)

≈ 0,833 𝑚𝑜𝑙

Tehtävä 2. Laske konsentraatio, kun 22,0g magnesiumkloridia (MgCl2) liuotetaan kolmeen litraan vettä.

41

Ratkaisut:

Tehtävä 1.

n(H2O)= 𝑚

𝑀=

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎

𝑚𝑜𝑜𝑙𝑖𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎=

15,0𝑔

(2∙1,008𝑔

𝑚𝑜𝑙+16,00

𝑔

𝑚𝑜𝑙)

≈ 0,833 𝑚𝑜𝑙

Tehtävä 2.

n(MgCl2)= 𝑚

𝑀=

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎

𝑚𝑜𝑜𝑙𝑖𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎=

22,0𝑔

(24,31𝑔

𝑚𝑜𝑙+2∙35,45

𝑔

𝑚𝑜𝑙)

≈ 0,231068 𝑚𝑜𝑙

c(MgCl2)= 𝑛

𝑉=

𝑎𝑖𝑛𝑒𝑚ää𝑟ä

𝑡𝑖𝑙𝑎𝑣𝑢𝑢𝑠=

0,231068 𝑚𝑜𝑙

3 𝑙≈ 0,0770 𝑚𝑜𝑙/𝑙

42

5. Erilaisia orgaanisia yhdisteitä

• Hiiliatomissa C on neljä ulkoelektronia

hiiliatomi muodostaa aina neljä sidosta!

• Esim. metaani CH4

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 Molekyyli-

kaava

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 Molekyyli-kaava

metaani 1 CH4

etaani 2 C2H6

propaani 3 C3H8

butaani 4 C4H10

pentaani 5 C5H12

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 CH3OH ja etanoli C2H5OH.

49

Alkaani Rakennekaava Alkoholi Rakennekaava molekyylikaava

Metaani metanoli CH3 OH

(CH4 O)

Etaani etanoli

C2H4 OH

Propaani propanoli C3H7 OH

Butaani butanoli C4H9 OH

Pentaani pentanoli C5H11 OH

OH

OH

OH

OH

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 C2H4(OH)2 Glyseroli C3H5(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 CH3COOH.

• Pienimolekyyliset karboksyylihapot ovat voimakastuoksuisia.

Etikkahappo CH3COOH

53

Hiilivetyjen ominaisuuksia

• Kemiallisesti samanlainen aine liuottaa samanlaista ainetta (pooliton poolitonta ja poolinen poolista).

• Hiilivetyjen sulamis- ja kiehumispiste

kasvaa moolimassan kasvaessa

(hetkelliset dipolit voimakkaampia).

54

Funktionaaliset eli toiminnalliset ryhmät kirja s.82)

55

56

Bentseeni

• Bentseenirenkaan C6H6 sisältävät yhdisteet ovat aromaattisia yhdisteitä.

• Esimerkiksi fenolit ovat aromaattisia.

57

Amiinit

• Amiinit ovat typpeä N sisältäviä orgaanisia yhdisteitä (ammoniakin NH3 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:

• CH4 + 2 O2 CO2 + 2H2O

61

Propaanin C3H8 palamisreaktio: _C3H8 + _O2 _CO2 + _H2O

62

Propaanin C3H8 palamisreaktio: _C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O

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 (H3O+).

• Hapot, Karboksyylihapot, fenoli.

• Emäs on aine, joka vastaanottaa protonin (H+).

• Emäksisyyden (pH yli 7) aiheuttavat vedessä olevat hydroksidi-ionit (OH-).

• NaOH ja amiinit

• Protolyysireaktiossa protoni (H+) siirtyy hapolta emäkselle (tai päinvastoin).

67

(Kuvat s. 120-121)

68

Neutraloituminen

• Neutraloitumisessa happamuuden aiheuttavat oksoniumionit H3O+ ja emäksisyyden aiheuttavat hydroksidi-ionit OH– liittyvät yhteen muodostaen vettä.

• Neutraloitumisreaktiossa syntyy veden lisäksi suolaa eli happo + emäs suola + vesi.

• Esim. NaOH + HCl NaCl + H2O

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:

_CO2 + _H2O _C6H12O6 + _O2

• Rypälesokeri eli glukoosi ja hedelmäsokeri eli fruktoosi ovat perussokereita eli monosakkarideja (C6H12O6 ). (MAOL s.167/157)

80

• Sokeria ja happea syntyy vedestä ja hiilidioksidista fotosynteesin eli yhteyttämisreaktion tuloksena:

6CO2 + 6H2O _C6H12O6 + 6O2

• Rypälesokeri eli glukoosi ja hedelmäsokeri eli fruktoosi ovat perussokereita eli monosakkarideja (C6H12O6 ). (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 –NH2. (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! • Ei pohjatuntia! • Koe ke 24.9.2014 kello 9.10-11.55. Tukiopetusaikoja: ILMOITA VIIMEISTÄÄN EDELLISENÄ PÄIVÄNÄ, MIKÄLI HALUAT OSALLISTUA TUKIOPETUKSEEN!

89

Kiitos mielenkiinnosta

90

Kurssilla tehtyjä tehtäviä: Suluissa olevat tehtävät voivat olla vähän vaikeampia tai ne on jostain muusta syystä jätetty vähemmälle huomiolle.

1. 1, 4, 8-13, 16

2. 19-24, (25-27), 28-33

3. 49-52, 55

4. 58-61, 63-67, 69, 70, 76, 77, 80, (85-91)

5. 92-94, 97, 100, 107, 110, 118, 122, 127, 128

6. 132-134, (136), 137, 138, 140, (141), 143, 148, 149, 151-

154, 156, 157, (158)

7. 159, 162, (165), 168ab(c), (170)

91

• Luku 5 & nimeämisohjeita s.124-127

• Tehtäviä 92,93,94,97,100,107,109,110,118,122,127,128,102,111,132, 133,134,137

92