KE1: Kemia ja minä

KE2: Kemia ja kestävä tulevaisuus

Opintojakson tavoitteet ja keskeiset sisällöt

Arviointi & käytänteet

Kemian opiskelu Matinkylän lukiossa

Tavoitteet

KE1: Kemia ja minä

arjen aineiden turvallisuuden arviointi ja kemian merkitys omassa elämässä
kemian merkitys työelämässä ja jatko-opinnoissa
jaksollinen järjestelmä ja atomin rakenne elektronikuorimallin avulla
puhtaat aineet, seokset ja erotusmenetelmät
ainemäärä ja konsentraatio

Opiskelija

saa valmiuksia osallistua kemiaan liittyvään yhteiskunnalliseen keskusteluun ja osaa arvioida tietolähteiden luotettavuutta
oppii käyttämään jaksollista järjestelmää kemiallisen päättelyn apuna
osaa käyttää ja soveltaa tietoa aineiden ominaisuuksista ja niiden turvallisuudesta arjen valinnoissa
osaa tutkia kokeellisesti seoksen koostumusta ja pitoisuutta sekä ottaa huomioon työturvallisuusnäkökulmat

Keskeiset sisällöt

Tavoitteet

KE2: Kemia ja kestävä tulevaisuus

tutustuminen joihinkin esimerkkeihin kestävän elämäntavan edistämisessä luonnontieteissä
aineen rakenteen mallien ja yhdisteen kaavan esittäminen
alkuaineiden ja yhdisteiden vahvat ja heikot sidokset sekä poolisuus
aineiden ominaisuuksien tutkiminen kokeellisesti ja selittäminen aineen rakenteen avulla

Opiskelija

tutustuu luonnontieteellisen tiedon luonteeseen ja sen kehittymiseen sekä tieteellisiin tapoihin tuottaa tietoa
osaa tutkia aineen ominaisuuksia kokeellisesti
osaa soveltaa aineen rakenteen malleja aineen ominaisuuksien vertailussa
ymmärtää kemian merkityksen ympäristölle ja yhteiskunnalle ratkaisujen tarjoajana yhdessä muiden luonnontieteiden kanssa

Keskeiset sisällöt

Arviointi

Arvioitava suoritus	Pisteet	Maksimi
oppikirjan tehtävät	0-6 p.	6
ryhmätehtävät	8 x 3p.	24
päättöviikon koe	30 p.	30
päättöviikon kokeellinen työ	6 p.	6
YHTEENSÄ		66

Päättöviikon kokeesta on saatava vähintään 10 pistettä, jotta opintojakson voi suorittaa hyväksytysti.

Arvosana	5	6	7	8	9	10
Pisteet	20	26	35	43	52	60

Tuntiaktiivisuudella voi nostaa rajalla olevan pistemäärän ylöspäin seuraavaan arvosanaan. :)

Kemian opiskelu Matinkylän lukiossa

Pakolliset opinnot

Valtakunnalliset valinnaiset opinnot

Lukiokohtaiset opinnot

KE7: Kemian kertaus (2 op)

KE8: Kemian kokeelliset menetelmät (2 op)

KE9: Orgaaninen kemia (2 op)

Valitse KE3 2. vuoden 1. periodiin.

Kemiassa tutkitaan aineita

KE1: Kemia ja minä

KE2: Kemia ja kestävä tulevaisuus

Keskeiset asiat:

kemikaali
synteettinen aine
LD50 ja ADI
vaaraa aiheuttava aine
varoitusmerkit
käyttöturvallisuustiedote
mittaustarkkuus

Sidos 1: Luvut 1-2

KEMIA luonnontieteenä

tutkii aineita, niiden ominaisuuksia ja reaktioita
- mallinnetaan aineen rakennetta
tarvitaan uusien materiaalien ja teknologioiden kehittämiseen

globaalien haasteiden ratkaiseminen

vastuullisten valintojen tekeminen

ammatit ja työtehtävät

arjen tilanteet

Miksi kemiaa olisi hyvä osata?

ilmastonmuutos, jäteongelmat, pandemiat

millaisilla valinnoilla voit itse vaikuttaa globaaleihin ongelmiin?

tahranpoisto, teiden suolaus, kemikaalien käyttö...

missä ammateissa kemiaa voisi tarvita?

Sidos 1: Luku 1

KEMIA luonnontieteenä

Valmistautuminen

Toiminta

Arviointi

Ongelma-alueeseen perehtyminen ja hypoteesin muotoilu
Tutkimuksen suunnittelu ja mittausten tekeminen
Aineiston erittely ja tulkinta, päätelmien tekeminen ja tulosten arviointi

Sidos 1: Luku 1

Kemian työvälineitä

Arkielämän ilmiö

kokeellisuus
mallinnus
matemaattiset laskut
taulukot

molekyylimallit, tietokonemallinnus, simulaatiot

jaksollinen järjetelmä, sidosenergia...

Todetaan kokeellisesti

Mallinnetaan

Laskut

etikka on hapanta

mitataan pH

lasketaan, miten paljon etikassa on etikkahappoa

\mathrm{CH_3COOH(aq)+H_2O(l)}\rightleftharpoons \mathrm{CH_3COO^-(aq)+H_3O^+(aq)}

Divetymonoksidi

tunnetaan myös nimellä hydroksyylihappo, ja sitä on suurissa määrin happosateissa.
vaikuttaa maaperää kuluttavasti eroosioon.
vaikutuksia kasvihuoneilmiöön.
aiheuttaa korroosiota ja hajoamisia elektronisissa esineissä.
nauttiminen voi aiheuttaa useita epämiellyttäviä vaikutuksia.
pitkitetty altistuminen sen kiinteän muodon kanssa aiheuttaa vakavia kudosvaurioita.
vetäminen hengityselimiin voi pienissäkin määrissä johtaa kuolemaan.
kaasumuodossaan voi aikaansaada vakavia palovammoja.
sitä löydetään syöpäpotilaiden kasvaimista.
jos aineelle addiktoituneilta poistetaan kontakti siihen, aiheuttaa varman kuoleman 168 tunnin sisällä.

Ovatko kemikaalit vaarallisia?

LD50-arvo: tappava annos puolelle koe-eläimistä tietyllä antotavalla

ADI-arvo: päivittäin hyväksyttävä enimmäissaantimäärä, josta ei ole haittavaikutuksia terveydelle (määritetään ravinnon mukana saataville aineille)

Luonnossa esiintyvällä kemikaalilla ja teollisesti valmistetulla synteettisellä kemikaalilla on täsmällen sama rakenne!

Bentsoehappo

Kemikaalien turvallisuutta voidaan arvioida erilaisin mittarein

Sidos 1: Luku 2

Varoitusmerkit

välitön myrkyllisyys

syttyvä

syövyttävä

paineen alainen kaasu

vakava terveyshaitta

terveysvaara

vaarallinen ympäristölle

hapettava

räjähtävä

Sidos 1: Luku 2

Ryhmätehtävä 1

Ryhmätehtävä 2

✏️ Tehtävät

Kirjantehtävät:

2-10

Mallit ja aineiden luokittelu

KE1: Kemia ja minä

Sidos 1: Luvut 3, 6

Keskeiset asiat:

puhdas aine
yhdiste
homogeeninen ja heterogeeninen seos
faasi
liuos, liuotin
kolloidi, suspensio

Keskeiset asiat:

rakenneosa
mikroskooppiset ja makroskooppiset ilmiöt
kemian mallit ja kaavat
olomuodot ja olomuodonmuutokset

Aineen rakenne

aineen rakenneosien väliset vuorovaikutukset ja reaktiot tapahtuvat mikroskooppisella tasolla, eikä niitä voi suoraan havaita
aistein tehtävät havainnot tehdään makroskooppisella tasolla

+

havaitaan kuplintana

aineet koostuvat mikroskooppisen pienistä rakenneosista: atomeista, molekyyleistä ja ioneista

Sekä mikroskooppinen että makroskooppinen taso ovat tärkeitä, joten selitä, mitä havaitset!

symbolinen taso

Mitkä mallit kuvaavat samaa molekyyliä?

\mathrm{CH_3CH_2OH}

\mathrm{C_2H_6O}

molekyylikaava

viivakaava

(täydellinen) rakennekaava

pallotikkumalli

B:

tiivistetty rakennekaava

Olomuodot

s = kiinteä (solid)

l = neste (liquid)

g = kaasu (gas

aq = vesiliuos (aq)

Älä sekoita nestettä ja vesiliuosta!

puhdas aine ja seos (luku 6)
alkuaine ja yhdiste (luku 6)
liukeneminen ja kiteytyminen (luku 6)
olomuodon muutokset (luku 3)

Ryhmätehtävä 3

▶️ Paluu kotiryhmiin.

🏠 Jakakaa roolit 1-4.

🧐 Tutustu omaan aiheeseesi asiantuntijaryhmissä. Tee niin hyvät muistiinpanot aiheesta, että pystyt selittämään asian kotiryhmällesi.

🏠 Opeta omalle kotiryhmällesi oma aiheesi.

🧪 Demonstraatio

🏠 Selittäkää aiemmin opiskelemienne kemian käsitteiden avulla, mitä demonstraatiossa tapahtui.

▶️ Siirry asiantuntijaryhmään.

Olomuodon muutokset

Sidos 1: Luku 3

sulaminen

höyrystyminen

sublimoituminen

jähmettyminen

tiivistyminen

härmistyminen

kiinteä (s)

neste (l)

kaasu (g)

energiaa sitoutuu

energiaa vapautuu

eksoterminen tapahtuma

endoterminen tapahtuma

Lämpötila (°C)

0

100

A

B

C

D

lisätty lämpöenergia

Mitä tapahtuu kuvaajan eri vaiheissa?

A, C, E lämmitys

E

B, D olomuodonmuutos

Olomuodonmuutoksen aikana lämpötila ei muutu, koska tuotu lämpöenergia kuluu sidosten katkomiseen

(s)

(l)

(g)

\mathrm{H_2O(g)}\rightarrow\mathrm{H_2O(l)}

\mathrm{H_2O(g)}\rightarrow\mathrm{H_2O(s)}

\mathrm{I_2(s)}\rightarrow\mathrm{I_2(g)}

\mathrm{Sn(l)}\rightarrow\mathrm{Sn(s)}

Mikä olomuodon muutos?

tiivistyminen

härmistyminen

sublimoituminen

jähmettyminen

Puhdas aine vai seos?

puhdas aine

alkuaine

puhdas aine

yhdiste

seos

Puhtaat aineet ja seokset

aine

puhdas aine

seos

alkuaine

yhdiste

homogeeninen seos

heterogeeninen seos

kaikki rakenneosat ovat samanlaisia

molekyyli-yhdiste

ioni-yhdiste

koostuu kahdesta tai useammasta reagoineesta alkuaineesta

tasakoosteinen

sekakoosteinen

liuokset

esim.

savu

sumu

kiinteä + kaasu

neste + kaasu

erotettavissa vain yksi faasi

erotettavissa vähintään kaksi faasia

Kuinka monta faasia?

Faasi

on seoksessa oleva yhtenäinen olomuotoalue, jolla on tarkat rajat
joka kohdassa aineen koostuus ja ominaisuudet ovat samat

öljyn ja balsamiviini-etikan seos

messinki

graniitti

maito

kaksi nestefaasia

yksi kiinteä faasi

useita kiinteitä faaseja

näyttää homogeeniselta, mikroskoopilla rasvapisaroita ja proteiinihiukkasia

homogeeninen seos

heterogeeninen seos

Liuos

homogeeninen seos
liuennut aine ja liuotin sekoittuvat toisiinsa täydellisesti
- liuotin on neste, jota liuoksessa on eniten
jos liuokseen liukenee maksimimäärä liukenevaa ainetta, on kyseessä kylläinen liuos
- liuoksen kylläisyyttä pohditaan aina yksittäisen aineen osalta

Kolloidi ja suspensio

Suspensio

Suspensio on samea heterogeeninen seos, jossa kiinteän aineosan hiukkaskoko on yli 1 µm.
Suspension aineosat erottuvat hitaasti toisistaan, jos suspensiota ei sekoiteta.

Kolloidi

Kolloidin aineosien hiukkaskoko on alle 1 µm.
Kolloidin aineosat eivät erotu toisistaan seisottamalla.

✏️ Tehtävät

Kirjan tehtävät:

Olomuodonmuutokset:

Mallit:

3-7 (et tarvitse MarvinSketchiä)

3-4

3-5

3-11

Seokset:

6-7

6-8

6-10

Erotus-menetelmät

Sidos 1: Luku 8

Keskeiset asiat:

haihdutus
tislaus
sublimointi
suodatus
uudelleenkiteytys
saostus
uutto
kromatografia

KE1: Kemia ja minä

Erotusmenetelmät perustuvat aineiden ominaisuuksiin

Erotusmenetelmä voi perustua aineiden

fysikaalisiin ominaisuuksiin (esim. hiukkaskoko)
kemiallisiin ominaisuuksiin (esim. liukoisuus)

Erotusmenetelmiä:

haihdutus
tislaus
suodatus
uudelleenkiteytys
uutto
sublimointi
kromatografia

Ryhmätehtävä 4

✏️ Tehtävät

Atomi ja jaksollinen järjestelmä

KE1: Kemia ja minä

Sidos 1: Luku 4

Keskeiset asiat:

atomin rakenne
isotooppi
suhteellinen atomimassa
elektronikuorimalli
jaksollinen järjestelmä
metalli ja epämetalli

Jaksollinen järjestelmä: ptable.com

Atomin rakenne

elektronipilvi

ydin

Protonien ja elektronien lukumäärä on yhtä suuri.

Alkuaine

Jokaisella saman alkuaineen atomilla on sama määrä protoneja.
Alkuaineen järjestysluku Z ilmoittaa atomien protonien lukumäärän
Alkuaineen massaluku kertoo ytimen hiukkasten yhteismäärän

\mathrm{_Z^AX}

isotooppimerkintä

järjestysluku

massaluku

alkuaineen kemiallinen merkki

Hiiliatomi

Typpiatomi

\(\mathrm{p^+}\)

\(\mathrm{e^-}\)

n

6

7

6

7

12 - 6 = 6

13 - 6 = 7

14 - 7 = 7

Hiiliatomit ovat toistensa isotooppeja.

Isotooppi

Saman alkuaineen atomit, joissa on eri määrät neutroneja, ovat toistensa isotooppeja.
Tiettyyn isotooppiin viitataan sen massaluvulla.

Mitä yhteistä on saman pystyrivin alkuaineilla?
Entä saman vaakarivin alkuaineilla?
Pääryhmien nimet?

Jaksollinen järjestelmä

MAOL

H

1

1,008

järjestysluku

suhteellinen atomimassa

Jos et muista alkuaineen kemiallista merkkiä...

Isotooppien suhteelliset osuudet löytyvät fysiikan puolelta

Ryhmät ja jaksot

ryhmä: jaksollisen järjestelmän sarake

pääryhmät 1-2 ja 13-18

jakso: jaksollisen järjestelmän rivi

sivuryhmät 3-12

lantanoidit

aktinoidit

pääryhmän nro kertoo ulkoelektronien lukumäärän

jakson nro kertoo energiatasojen lukumäärän

Alkuaineet on järjestetty protonien lukumäärän mukaan.

sivuryhmät

Metalliluonne

metallit

puolimetallit

epämetallit

kasvaa oikealta vasemmalle mentäessä

protonien määrä ulkoelektronien määrää kohden pienenee

kasvaa ylhäältä alas mentäessä

elektroni-kuorten määrä lisääntyy

Atomikoko

Kuorimalli

14 protonia \(\rightarrow\) järjestysluku 14
- Pii, Si
elektronit kolmella elektronikuorella
- ensimmäisellä 2
- toisella 8
- kolmannella 4
kuorimallin mukaan elektronirakenne: 2,8, 4

kuori	1	2	3	4	n
elektronien enimmäismäärä	2	8	18	32

2n^2

Pistemalli

Kemiallisiin reaktioihin atomit osallistuvat ulkoelektroneillaan, joten usein ollaan kiinnostuneita lähinnä ulkoelektronien lukumäärästä

✏️ Tehtävät

Kirjan tehtävät:

OLT

4-2

4-9

4-11

4-13

Ainemäärä

KE1: Kemia ja minä

Sidos 1: Luku 5

Keskeiset asiat:

ainemäärä
mooli
Avogadron vakio
moolimassa
laskennallisen tehtävän ratkaiseminen

Merkitsevät numerot ja pyöristäminen

Älä pyöristä välituloksia, vaan hyödynnä laskimen muistia!
Lopputulos pyöristetään!

Kemiassa laskujen vastaukset pyöristetään usein merkitsevien numeroiden tarkkuudella.

kaikki nollasta poikkeavat luvut ovat merkitseviä numeroita
muiden lukujen edessä olevat nollat eivät ole merkitseviä numeroita
muiden numeroiden välissä olevat nollat ovat merkitseviä numeroita
muiden numeroiden perässä olevat nollat ovat merkitseviä numeroita, jos luvussa on desimaalipilkku

Kuinka monta merkitsevää numeroa?

0,025

2,005

15 200

2006

3050

1,002

1,2500

900,0

230

2

4

3

4

3

4

5

4

2

Suuret ja pienet luvut

erittäin suurten ja pienien lukujen merkitsemisessä käytetään apuna 10-potensseja

a\cdot 10^n,\text{ jossa } 1\leq a <10

Suuret luvut

eksponentti on positiivinen
esimerkiksi kuun etäisyys maasta on 384 400 km

=3,\!844\cdot 10^8 \text{ m}

Pienet luvut

eksponentti on negatiivinen
esimerkiksi atomin halkaisija on n. 0,0000000001

=1\cdot 10^{-10} \text{ m}

Väittämä: Jokaisessa astiassa on sama määrä ainetta.

yksi mooli sakkaroosia

yksi mooli nikkelikloridia

yksi mooli kuparisulfaattia

yksi mooli kaliumpermanganaattia

yksi mooli kuparilastuja

yksi mooli rautarakeita

Kemiassa aineen määrää mitataan rakenneosien lukumäärällä.

\(\rightarrow\) ainemäärä n, yksikkö mol (mooli)

Ainemäärää ei voi mitata suoraan, vaan se pitää aina laskea!

Jokaisessa dekantterilasissa on yhtä monta rakenneosaa, jotka ovat keskenään erisuuruisia.

6{,}022\cdot10^{23}\ \mathrm{kpl}

Kappalemäärä

tiu munia

20 kpl

sukkapari

2 kpl

puntti tulitikkuja

10 kpl (askeja)

tusina leivoksia

12 kpl

3 paria

= 3\cdot 2 =6

puoli tusinaa

= \frac{1}{2}\cdot 12 =6

5 punttia

= 5\cdot 10 =50

2 tiuta

= 2\cdot 20 =40

6{,}022\cdot10^{23}\ \mathrm{kpl}

mooli vesi-molekyylejä

2 moolia

= 2\cdot 6{,}022\cdot10^{23}\\=1{,}2044\cdot10^{24}

Ainemäärä, n

ilmoittaa aineen rakenneosien lukumäärän
yksikkö: mooli (mol)
yhdessä moolissa mitä tahansa ainetta on aina \(6{,}022\cdot10^{23}\ \mathrm{kpl}\) aineen rakenneosia

Yhdessä moolissa on \(6{,}022\cdot10^{23}\) kappaletta vesimolekyylejä.

Kuinka monta vesimolekyyliä on

a) kahdessa moolissa vettä

b) 0,5 moolissa vettä

c) 10 moolissa vettä?

Esimerkki

2\cdot6{,}022\cdot10^{23}=1,0244\cdot10^{24}

10\cdot6{,}022\cdot10^{23}=6{,}022\cdot10^{24}

0{,}5\cdot6{,}022\cdot10^{23}=3{,}011\cdot10^{23}

N=n\cdot N_A

n=\frac{N}{N_A}

Avogadron vakio

\text{N}_\text{A} =6,022\cdot 10^{23}\frac{1}{\text{mol}}(\frac{\text{kpl}}{\text{mol}})

Ainemäärä

N = hiukkasten lukumäärä (kpl)

Esimerkki

Hopeasormuksessa on \(5{,}58\cdot10^{23}\) hopea-atomia. Mikä on hopean ainemäärä sormuksessa?

N(Ag)=5,58\cdot 10^{23}

Ratkaisu

N_A=6,022\cdot 10^{23}\frac{1}{\text{mol}}

n(Ag)=?

n(Ag)=\frac{N(Ag)}{N_A}

Vastaus: Hopea-atomien ainemäärä on 0,927 mol.

=\frac{5,58\cdot 10^{23}}{6,022\cdot 10^{23}\frac{1}{\text{mol}}}

=0,9266... \text{ mol}

Koska yksi mooli sisältää aina saman verran alkuainehiukkasia, voidaan moolille alkuainetta määrittää massa.

Moolimassa

Esimerkki

Kaliumin moolimassa:

M(K)=39,10\frac{\text{g}}{\text{mol}}

Kloorin moolimassa:

M(Cl_2)=2\cdot 35,45\frac{\text{g}}{\text{mol}}=70,9\frac{\text{g}}{\text{mol}}

Katso alkuaineen moolimassa jaksollisesta järjestelmästä!

H

1

1,008

O

8

16,00

Veden \(\mathrm{H_2O}\) moolimassa:

M(\mathrm{H_2O})=

2\cdot1{,}008\ \mathrm{\frac{g}{mol}}+16{,}00\ \mathrm{\frac{g}{mol}}

=18{,}016\ \mathrm{\frac{g}{mol}}

Ainemäärä

n=\frac{m}{M}

\text{M} =\text{moolimassa} (\frac{\text{g}}{\text{mol}})

m = massa (g)

Esimerkki

Laske palamisreaktiossa muodostuvan rautaoksidin FeO ainemäärä, kun rautaoksidia muodostuu 34,5 g.

Ratkaisu

m(FeO)=34,5\text{ g}

M(FeO)=

71,85 \frac{\text{g}}{\text{mol}}

n(FeO)=?

n(FeO)=\frac{m(FeO)}{M(FeO)}

=\frac{34,5\text{g}}{71,85\frac{\text{g}}{\text{ mol}}}

=0,4801... \text{ mol}

Vastaus: 0,480 mol

Laskut kemiassa

VAIHE 1:

Listaa suureet, jotka tunnetaan ja suure, jota kysytään.

VAIHE 2:

Etsi sopiva suureyhtälö.

VAIHE 3:

Sijoita suureiden lukuarvot yksiköineen yhtälöön.

VAIHE 4:

Pyöristä tulos samaan tarkkuuteen kuin epätarkin lähtöarvo.

Kysytään ainemäärää ja annettu massa

Kysytään ainemäärää ja annettu hiukkasmäärä

Kysytään massaa ja annettu ainemäärä

n=\frac{m}{M}

n=\frac{N}{N_A}

tarvitaan moolimassa

tarvitaan Avogadron vakio

n=\frac{m}{M}

✏️ Tehtävät

Kirjan tehtävät:

5-3

5-5

5-6

5-7

5-9

Ryhmätehtävä 5

Pitoisuus

KE1: Kemia ja minä

Sidos 1: Luku 7

Keskeiset asiat:

tilavuus- ja massaprosentti
promille
ppm
konsentraatio

Tilavuus- ja massaprosentti

Kiinteissä seoksissa tietyn ainesosan pitoisuus ilmoitetaan usein massaprosentteina (m-%), nestemäisissä tilavuusprosnetteine (V-% tai til-%).

Osuus voidaan ilmaista myös promilleina tai ppm:nä

1\ ‰=\frac{1}{1000}=10^{-3}=0{,}001

\mathrm{ppm}=\frac{1}{1\ 000\ 000}=10^{-6}=0{,}000\ 001

Esimerkki

200 gramman jugurttipurkissa on 18,6 grammaa sokeria. Mikä on jugurtin sokeripitoisuus massaprosentteina?

Ratkaisu:

m-\%=\frac{\mathrm{m(sokeri)}}{\mathrm{m(seos)}}

=\frac{18{,}6\ g}{200\ g}

=0{,}093

=9{,}3\ \%

Vastaus: Jugurtissa on 9,3 m-% sokeria.

Mitä voi päätellä koeputkissa olevien liuoksien pitoisuuksista?

väkevin liuos

kuparisulfaatin vesiliuoksia

laimein liuos

0,50 mol/l

0,15 mol/l

0,05 mol/l

liuenneen kuparisulfaatin määrä vesilitraa kohden on

kuparisulfaattia liuennut eniten

Jos liuosta valmistetaan 1 l, liuotettaisiin yhteen litraan vettä 0,50 moolia kuparisulfaattia.

Jos liuosta valmistetaan 0,5 l, liuotettaisiin yhteen litraan vettä 0,25 moolia kuparisulfaattia.

\frac{0{,}50\ \mathrm{mol}}{1\ \mathrm{l}}

\frac{0{,}25\ \mathrm{mol}}{0{,}5\ \mathrm{l}}

=0{,}50\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}}=

Konsentraatio, c

Konsentraatio ilmoittaa, kuinka suuri ainemäärä tiettyä ainettä on liuennut yhteen litraan liuosta.
Yksikkö mol/l tai \(\mathrm{mol/dm^3}\)

c=\frac{n}{V}

n=\mathrm{ainemäärä\ (mol)}

V=\mathrm{tilavuus\ (l\ tai\ dm^3)}

Konsentraatio

Oikeat väittämät: A, E, G, J, K, L

Esimerkki

Natriumkarbonaattiliuos \(\mathrm{Na_2CO_3(aq)}\) valmistetaan 500 millilitran mittapulloon liuottamalla 24 g natriumkarbonaattia veteen ja lisäämällä vettä merkkiin asti. Laske liuoksen konsentraatio.

Ratkaisu:

m(\mathrm{Na_2CO_3})=24\ \mathrm{g}

M(\mathrm{Na_2CO_3})=2\cdot22{,}99\ \mathrm{g/mol}+12{,}01\ \mathrm{g/mol}+3\cdot16{,}00\ \mathrm{g/mol}

V(\mathrm{liuos})=500\ \mathrm{ml}

c(\mathrm{Na_2CO_3})=?

c=\frac{n}{V}

n=\frac{m}{M}

=105{,}99\ \mathrm{g/mol}

n(\mathrm{Na_2CO_3})=\frac{m(\mathrm{Na_2CO_3})}{M(\mathrm{Na_2CO_3})}

=\frac{24\ \mathrm{g}}{105{,}99\ \mathrm{g/mol}}

=0{,}226...\ \mathrm{mol}

c(\mathrm{Na_2CO_3})=\frac{n(\mathrm{Na_2CO_3})}{V\mathrm{(liuos)}}

=\frac{0{,}226...\mathrm{mol}}{0{,}5l}

=0{,}452...\ \mathrm{mol/l}

Vastaus: Liuoksen natriumkarbonaattikonsentraatio on 0,45 mol/l.

=0{,}500\ \mathrm{l}

✏️ Tehtävät

Kirjan tehtävät:

OLT

7-3

7-7

Ionisidos

KE2: Kemia ja kestävä tulevaisuus

Sidos 2: Luku 1

Keskeiset asiat:

ioniyhdiste eli suola
kationi ja anioni
ionisidos
ionihila
kidevesi

SIDOKSET

VAHVAT SIDOKSET

HEIKOT SIDOKSET

ionisidos

metalli-

sidos

kovalenttinen sidos

molekyylien väliset vuorovaikutukset

atomien väliset vuorovaikutukset

vain epämetalleja

vain metalleja

usein metalli + epämetalli

poolinen sidos

pooliton sidos

KE2: Kemia ja kestävä tulevaisuus

Miksi sidoksia syntyy?

Alkuaineet pyrkivät energeettisesti tehokkaaseen rakenteeseen eli oktettiin
- oktetilla tarkoitetaan pääryhmän alkuaineen taipumusta ympäröityä kahdeksalla ulkoelektronilla saavuttaen pysyvän jalokaasurakenteen
Alkuaine voi päästä oktettiin
- luovuttamalla elektroneita
- ottamalla vastaan elektroneita
- ottamalla elektroneita yhteiskäyttöön
Kun uusia vahvoja sidoksia muodostuu tai katkeaa, tapahtuu kemiallinen reaktio

ionisidos

kovalenttinen sidos

Miten magnesium saavuttaa oktetin?

Mg

12

24,31

pääryhmä: 2

jakso: 3

\(e^-\): 12

2 ulkoelektronia

3 elektronikuorta

1. kuori: \(2\ e^-\)

2. kuori: \(8\ e^-\)

Jokaiselle kuorelle mahtuu \(2n^2\)

\(\mathrm{Mg^{2+}}\)

Mg

2, 8, 2

kuorimalli:

luovuttaa kaksi elektronia uloimmalta kuorelta

12 \(p^+\)

10 \(e^-\)

varaus: \(12\cdot(+1)+10\cdot(-1)\)

\(=+2\)

2, 8

kuorimalli:

Ionin kaava: \(\mathrm{Mg^{2+}}\)

Miten magnesium saavuttaa oktetin?

F

9

19,00

pääryhmä: 17

jakso: 2

\(e^-\): 9

7 ulkoelektronia

2 elektronikuorta

1. kuori: \(2\ e^-\)

2. kuori: \(8\ e^-\)

Jokaiselle kuorelle mahtuu \(2n^2\)

\(\mathrm{F^{-}}\)

F

2, 7

kuorimalli:

ottaa vastaan yhden elektronin uloimmalle kuorelle

9 \(p^+\)

10 \(e^-\)

varaus: \(9\cdot(+1)+10\cdot(-1)\)

\(=-1\)

2, 8

kuorimalli:

Ionin kaava: \(\mathrm{F^{-}}\)

Ionin syntyminen

Kun metalliatomi luovuttaa elektronin tai elektroneja, muodostuu positiivinen ioni eli kationi.
Kun epämetalli vastaanottaa elektronin tai elektroneja, muodostuu negatiivinen ioni eli anioni.
Ionivaraus päätellään protonien ja elektronien lukumäärästä.

Ionin nimen ja varauksen voi tarkistaa MAOLista

Moniatomiset ionit

Aina ioni ei muodostu vain yhdestä alkuaineesta.

Etsi taulukkokirjasta seuraavien moniatomisten ionien kaavat. Mistä atomeista ioni koostuu?

ammoniumioni

nitraatti-ioni

karbonaatti-ioni

\(\mathrm{NH_4^+}\)

\(\mathrm{NO_3^-}\)

\(\mathrm{CO_3^{2-}}\)

yksi typpi- ja neljä vetyatomia

yksi typpi- ja kolme happiatomia

yksi hiili- ja kolme happiatomia

Ioniyhdiste eli suola

yleensä metallien ja epämetallien muodostamia yhdisteitä
kationit ja anionit sitoutuvat toisiinsa ionisidoksilla
ionisidos on sähköinen vetovoima erimerkkisten ionien välillä

Millainen ioniyhdiste muodostuu magnesiumista ja fluorista?

\mathrm{Mg^{2+}}

\mathrm{F^-}

magnesium

pääryhmä 2

2 ulkoelektronia

fluori

pääryhmä 17

7 ulkoelektronia

varausten summan pitää olla nolla
ensin positiivinen ioni, sitten negatiivinen ioni
ionivarauksia ei kirjoiteta näkyviin
ionien suhteellinen määrä ilmaistaan alaindekseillä

ensin kationin nimi, sitten anionin nimi

magnesiumfluoridi

Ioniyhdisteen kaava

Ioniyhdisteen ominaisuuksia

Kiinteässä olomuodossa ioniyhdisteet muodostavat ionihilan

Suoloilla on korkeat sulamispisteet.

Ioniyhdisteet johtavat sähköä vesiliuoksena ja sulatteena, mutta eivät kiinteässä olomuodossa.

Ioniyhdisteet ovat kovia, mutta hauraita.

Ionisidos on vahva ja sen katkaisemiseen tarvitaan paljon energiaa.

Suolaliuoksessa ja -sulatteessa ionit pääsevät liikkumaan vapaasti, mikä tekee niistä sähköä johtavia

Kiinteässä hilassa ei ole vapaita ioneja --> virta ei kulje

Atomien ja ionien koko

Positiivinen ioni on pienempi kuin vastaava atomi.

Positiivisessa ionissa on vähemmän elektroneja kuin saman alkuaineen atomissa.

Negatiivinen ioni on suurempi kuin vastaava atomi.

Negatiivisessa ionissa on enemmän elektroneja kuin saman alkuaineen atomissa.

Mitä suurempi saman alkuaineen ionin positiivinen varaus on, sitä pienempi ionin ionisäde on.

✏️ Tehtävät

Kirjan tehtävät:

1-6

1-8

1-11

Ryhmätehtävä 6

Metallisidos

KE2: Kemia ja kestävä tulevaisuus

Sidos 2: Luku 2

Keskeiset asiat:

metalli
metallihila
elektronikaasu
metallisidos
delokalisoituneet elektronit

epämetalli

puolimetalli

metalli

Suurin osa alkuaineista on metalleja!

Metallisidos ja metallihila

Kiinteässä olomuodossa metallit muodostavat metallihilan.
Metallihilaa pitää koossa metallisidos.

metallikationi

\mathrm{Fe \rightarrow Fe^{2+}+2\ e^-}

esim.

ulkoelektronit otetaan yhteiskäyttöön

elektronikaasu

"kationisaaret ja elektronimeri"

delokalisoituneet ulkoelektronit

Metallien ominaisuudet

Metallit ovat yleensä kiinteitä.

Metallit johtavat hyvin lämpöä ja sähköä.

Metallit ovat muokattavia.

Metallit ovat kiiltäviä ja läpinäkymättömiä.

Metallihilaa koossa pitävä metallisidos on vahva ja sen katkaisemiseen tarvitaan paljon energiaa.

Lämpö aiheuttaa lämpövärähtelyä, joka siirtyy tiivistä metallihilaa pitkin.

Metallihilassa on vapaasti liikkuvia elektroneja, jotka toimivat sähkövirran kuljettajina.

Delokalisoituneiden elektronien takia kationien välinen hylkimisvoima ei pääse hajottamaan metallihilaa.

Näkyvä valo osuu metallin pintaan, jolloin delokalisoituneet elektronit virittyvät. Viritystila purkautuu ja vapautuva energia näkyy valona.

Osa valosta imeytyy tiiviiseen metallihilaan. Näkyvän valon aallonpituudet eivät läpäise tiivistä metallikerrosta, joten metalli on läpinäkymätön.

✏️ Tehtävät

Kirjan tehtävät:

2-2

2-5

Kovalenttinen sidos

KE2: Kemia ja kestävä tulevaisuus

Sidos 2: Luku 3

Keskeiset asiat:

molekyyli
elektronegatiivisuus
poolinen ja pooliton kovalenttinen sidos
kovalenttinen hila

Yhdisteiden luokittelu

\mathrm{N_2}

\mathrm{CO_2}

\mathrm{NaBr}

\mathrm{H_2O}

\mathrm{AlCl_3}

Mitkä seuraavista yhdisteistä ovat ioniyhdisteitä?

Mitä yhteistä on muilla aineilla?

vain epämetalleja

Kovalenttinen sidos

Epämetallit eivät luovuta elektroneja kokonaan toisille atomeille, vaan ne ottavat elektronit yhteiskäyttöön

Kovalenttinen sidos

Yhdisteitä, jotka muodostuvat kovalenttisin sidoksin, kutsutaan molekyyleiksi

\mathrm{N_2}

\mathrm{H_2}

\mathrm{O_2}

Miten alkuainemolekyylit muodostuvat?

pääryhmä: 1

pääryhmä: 16

pääryhmä: 15

H

O

1 elektroni

yksi elektronipari

O

2 elektronia

kaksi elektroniparia

O

N

yksinkertainen kovalenttinen sidos

3 elektronia

kovalenttinen kaksoissidos

kovalenttinen kolmoissidos

kolme elektroniparia

puuttuu:

yhteiskäyttöön:

muodostuu:

Lewisin rakenne

Elektronegatiivisuus

Alkuaineen elektronegatiivisuus kuvaa sitä, kuinka voimakkaasti atomi vetää puoleensa yhteisiä sidoselektroneita

Metallien elektronegatiivisuus-arvot ovat pääsääntöisesti pienempiä kuin epämetallien arvot.

Jalokaasuille ei ole määritetty elektronegatiivisuusarvoa

Pooliton kovalenttinen sidos

Poolinen kovalenttinen sidos

alkuaineilla sama elektronegatiivisuusarvo
atomit vetävät sidoselektroneja puoleensa yhtä voimakkaasti

vety: 2,1

kloori: 3,0

elektronegatiivisempi alkuaine vetää yhteisiä sidoselektroneja voimakkaammin puoleensa

elektronitihentymä

elektronivajaus

elektronegatiivisuusero:

\Delta \chi=3{,}0-2{,}1=0{,}9

A

Sidoksen ioniluonne

Taulukon alla!

B

A

B

A

D

C

sidoksen ioniluonne kasvaa

\delta^+

\delta^-

+

-

pooliton kovalenttinen sidos

poolinen kovalenttinen sidos

ionisidos

Elektronegatiivisuus-ero on aina positiivinen arvo.

Sidoksen poolisuus

Millainen sidos alkuaineiden välille muodostuu?

C ja C

C ja H

H ja O

K ja Br

\Delta \chi=2{,}5-2{,}5=0

pooliton kovalenttinen sidos

\Delta \chi=2{,}5-2{,}1=0{,}4

heikosti poolinen kovalenttinen sidos

\Delta \chi=3{,}5-2{,}1=1{,}4

poolinen kovalenttinen sidos

\Delta \chi=2{,}8-0{,}8=2{,}0

ionisidos

>1{,}7

Kovalenttinen hila

säännöllisesti järjestynyt rakenne, jossa atomit liittyvät toisiinsa kovalenttisin sidoksin
voi koostua yhdestä tai useammasta alkuaineesta

✏️ Tehtävät

Kirjan tehtävät:

3-1

3-3

3-4

3-6

Paintilla / Kolourpaintilla

Sanallinen selitys riittää

Molekyylin poolisuus ja poolittomuus

KE2: Kemia ja kestävä tulevaisuus

Sidos 2: Luku 4

Keskeiset asiat:

poolinen molekyyli eli dipoli
pooliton molekyyli

yksi pooliton kovalenttinen kolmoissidos

ei pysyviä osittaisvarauksia

POOLITON MOLEKYYLI

molekyylissä vain yksi sidos, joka on poolinen

pysyvät vastakkaismerkkiset osittaisvaraukset

POOLINEN MOLEKYYLI

Molekyylin poolisuus

Miten kovalenttisen sidoksen luonne (pooliton/poolinen) vaikuttaa molekyylin poolisuuteen?

\mathrm{Br_2}

\mathrm{HBr}

yksi pooliton kovalenttinen sidos

sidoselektronit jakautuneet tasaisesti kummallekin atomille

ei pysyviä osittaisvarauksia

POOLITON MOLEKYYLI

pysyvät osittaisvaraukset

POOLINEN MOLEKYYLI

C- C

pooliton

11 x

25 x

C - H

heikosti poolinen

1 x

C - O

poolinen

1 x

O - H

poolinen

molekyyli enemmän pooliton kuin poolinen

POOLITON MOLEKYYLI

Molekyylin muoto vaikuttaa poolisuuteen

Vaikka molekyylissä olisi poolisia sidoksia, on molekyyli pooliton, jos osittaisvaraukset kumoutuvat

Osittaisvaraukset kumoutuvat, jos elektronegatiivisuusarvoltaan samanlaiset atomit ovat
- lineaarisen molekyylin vastakkaisissa päissä
- samassa tasossa 120° kulmassa toisiinsa nähden
- tetraedrin kulmissa

Mikä molekyyli on poolisin?

vety + toinen alkuaine

toinen alkuaine ratkaisee sidoksen ja siten molekyylin poolisuuden

kloorin elektronegatiivisuusarvo on suurin

kloori vetää voimakkaimmin sidoksen elektroneja puoleensa

HCl poolisin molekyyli

Cl
3,0

Br
2,8

I
2,5

Molekyyli

POOLINEN MOLEKYYLI

POOLITON MOLEKYYLI

kaikki sidokset poolittomia

molekyylissä vain yksi sidos, joka poolinen

DIPOLI

pysyvät osittaisvaraukset

sisältää poolisia sidoksia, mutta osittaisvaraukset kumoutuvat
muodon takia

Onko molekyyli poolinen vai pooliton?

Miten poolisia sidokset ovat?
Kuinka monta poolista sidosta molekyylissä on?
Kumoutuvatko osittaisvaraukset?
Miten suuri osuus poolisilla sidoksilla on poolittomaan osaan verrattuna?

Molekyyliyhdisteen kaava ja nimi

alkuaineet merkitään yleensä elektronegatiivisuusjärjestyksessä pienimmästä suurimpaan
nimen alkuosa tulee ensimmäiseksi merkitystä alkuaineesta, loppuosalle -idi-pääte
atomien lukumäärä ilmaistaan etuliitteillä
etuliitteitä ei tarvita, jos aineiden välisiä yhdisteitä on olemassa vain yksi

typpimonoksidi

dityppioksidi

typpidioksidi

dityppipentoksidi

CO
\(\mathrm{H_2S}\)
\(\mathrm{P_4O_{10}}\)
\(\mathrm{H_2O}\)

NO

\mathrm{N_2O}

\mathrm{NO_2}

\mathrm{N_2O_5}

hiilidioksidi

divetysulfidi

tetrafosforidekaoksidi

divetyoksidi

✏️ Tehtävät

Kirjan tehtävät:

4-1

4-2

4-5

4-12

4-13

Tee MolView'lla

https://molview.org/

Molekyylien väliset vuoro-vaikutukset

KE2: Kemia ja kestävä tulevaisuus

Sidos 2: Luku 5

Keskeiset asiat:

molekyylihila
heikot sidokset
dipoli-dipolisidos
vetysidos
dispersiovoima

Miten atomien ja molekyylien väliset vuorovaikutukset eroavat eri olomuodoissa? Miten olomuodonmuutos saadaan aikaan?

Molekyylien välillä on vuorovaikutuksia!

Atomien ja molekyylien välisten vuorovaikutusten katkeaminen

Atomien väliset vuorovaikutukset

Molekyylien väliset vuorovaikutukset

Jos nämä vuorovaikutukset katkeavat, aine muuttuu toiseksi.

kemiallinen reaktio

Jos nämä vuorovaikutukset katkeavat, olomuoto muuttuu.
aine pysyy samana

\mathrm{2\ H_2O(g)\rightarrow O_2(g)+2\ H_2(g)}

vaatii aina energiaa!

vetysidokset

dipoli-dipolisidokset

dispersiovoimat

vetysidos

nestemäinen vesi

vetysidoksia katkeaa ja muodostuu jatkuvasti

kiinteä vesi

vetysidokset pysyvät paikoillaan

ionisidos

metallisidos

kovalenttinen sidos

vahvuus

Molekyylien väliset vuorovaikutukset

🐷

molekyyli on poolinen

DIPOLI-DIPOLISIDOS

erimerkkisten osittaisvarausten välille muodostuu vetovoima

VETYSIDOS

dipoli-dipolisidoksen erikoistapaus
- molekyylissä
  N-H, O-H tai F-H
vahvin molekyylien välisistä vuorovaikutuksista

molekyyli on poolinen

DISPERSIOVOIMAT

hetkellisten dipolien välinen vuorovaikutus

mitä enemmän molekyylissä on elektroneja ja mitä suurempi molekyyli on, sitä suurempia ovat dispersiovoimat
esiintyy kaikkien atomien, ionien ja molekyylien välillä

Heikkojen sidosten vaikutus aineen ominaisuuksiin

Pohdi sidosten avulla, miksi

etanolin \(\mathrm{C_2H_5OH}\) kiehumispiste on korkeampi kuin etaanin \(\mathrm{C_2H_6}\).

happi \(\mathrm{O_2}\) on huoneenlämpötilassa kaasu, mutta vesi on neste

\(\mathrm{O_2}\)

atomien välillä pooliton kovalenttinen sidos

pooliton molekyyli

molekyylien välillä dispersiovoimia

heikoin

kaasu

\(\mathrm{H_2O}\)

atomien välillä poolisia kovalenttisia sidoksia + O-H-sidos

vetysidokset

neste

vahvoja!

pooliton molekyyli

poolinen molekyyli

vetysidokset

dispersiovoimat

Mitä voimakkaampia molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat, sitä enemmän energiaa olomuodonmuutokseen kiinteästä nesteeksi tarvitaan (kiehumispiste). Vetysidokset ovat vahvempia kuin dispersiovoimat, joten etanolin kiehumispiste on korkeampi kuin etaanilla.

Poolisuus ja kiehumispiste

Molekyylihila

Poolinen molekyylihila

pooliset molekyyliyhdisteet muodostavat poolisen molekyylihilan
pysyy kasassa dipoli-dipolisidosten tai vetysidosten avulla

Pooliton molekyylihila

poolittomat molekyyliyhdisteet muodostavat poolittoman molekyylihilan
pysyy kasassa dispersiovoimien avulla

kiinteässä olomuodossa olevissa molekyyleissä esiintyvä säännöllinen rakenne

Amorfinen aine

aine, jolla ei ole säännöllistä hilarakennetta

ei tarkkaa sulamispistettä

kiteytetään hiljalleen nestemäisestä seoksesta

säännöllinen hilarakenne

tarkka sulamispiste (36,5 °C)

kiteytetään nopeasti suoraan jauheesta

ei säännöllistä hilarakennetta

ei tarkkaa sulamispistettä

Ionihila

Hilatyyppi

Rakenneosat

Kovalenttinen hila

Metallihila

Poolinen molekyylihila

Pooliton molekyylihila

kationit ja anionit

atomit tai poolittomat molekyylit

metalli-kationit ja vapaat elektronit

pooliset molekyylit

poolittomat molekyylit

Hilaa koossapitävät sidokset

ionisidos

kovalenttiset sidokset

metallisidos

vetysidokset tai dipoli-dipolisidokset

dispersiovoimat

vahva sidos

heikko sidos

Alkuaineatomien välillä

ionisidos

vahva sidos

kovalenttiset sidokset

vahva sidos

metallisidos

vahva sidos

poolinen kovalenttinen sidos

pooliton tai poolinen kovalenttinen sidos

vahva sidos

Hilatyypit ja sidokset

\mathrm{N_2(s)}

NaCl(s)

Cu(s)

\mathrm{H_2O(s)}

timantti C(s)

Aine

Hilatyyppi

Ulkoiset sidokset

Sisäiset sidokset

pooliton molekyylihila

poolinen molekyylihila

kovalenttinen hila

ionihila

metallihila

dispersiovoimat

vetysidos

kovalenttinen sidos

ionisidos

metallisidos

ionisidos

pooliton kovalenttinen sidos

poolinen kovalenttinen sidos

✏️ Tehtävät

Kirjan tehtävät:

5-2

5-3

5-5

5-7

5-8

5-9

5-10

Vesi

KE2: Kemia ja kestävä tulevaisuus

Sidos 2: Luku 6

Keskeiset asiat:

veden tiheys
jään tiheys
liukoisuus
pintajännitys
kapillaari-ilmiö
osmoosi
ioni-dipilisidokset

Vedelle tyypillisiä ilmiöitä ja ominaisuuksia

pintajännitys

nestemäinen vesi ja tiheämpää kuin kiinteä jää

vesi ei liuota ruokaöljyä

vesiliukoinen väriaine liukenee veteen

vetysidos

nestemäinen vesi

vetysidoksia katkeaa ja muodostuu jatkuvasti

kiinteä vesi

vetysidokset pysyvät paikoillaan

Vesimolekyylien väliset sidokset jäässä ja nesteessä

Jokaisesta vesimolekyylistä lähtee neljä vetysidosta toisiin vesimolekyyleihin

Nestemäisessä vedessä vesimolekyylit ovat lähempänä toisiaan, joten samaan tilavuuteen mahtuu enemmän vesimolekyylejä.

Nestemäisen veden tiheys on suurempi

Veden liuotinominaisuudet

\mathrm{KNO_3}

\mathrm{C_2H_5OH}

NaCl

oliiviöljy

bensiini

sokeri

Pooliset molekyyliyhdisteet liukenevat veteen
- vesimolekyylien ja poolisien molekyylien molekyylien välille muodostuu vetysidoksia

Monet ioniyhdisteet liukenevat veteen

H

O

H

O

Poolittomat yhdisteet eivät liukene veteen

Ioniyhdisteen vesiliukoisuus

ioniyhdisteen liukenemista veteen kutsutaan hydratoitumiseksi
akvaioni muodostuu, kun ioni on sitoutunut veteen ioni-dipolisidoksin
ioni-dipolisidos on heikko sidos, joka on kuitenkin vahvempi kuin molekyylien väliset sidokset

✏️ Tehtävät

Kirjan tehtävät:

6-7

6-9