Discovery Science -jaksosta

Kun kemian yo-kirjoituksen ovat ohi, voi keskittyä johonkin mielenkiintoiseen. Seuratessani Science-sarjaa esiteltiin jo jokin aikaa sitten tapahtunutta, mutta minulle vielä uutta asiaa: Urasilin löytymistä meteoriitista. Urasiili on RNA:n rakenneosista (muistatteko kirjaimeet A G C U). RNA:ssa urasiili kiinnittyy adeniiniin kahdella vetysidoksella. DNA:ssa urasiilin korvaa tymiini. Urasiili on yleinen pyrimidiinin johdannainen. Se on tasomainen, tyydyttymätön yhdiste, joka pystyy absorboimaan valoa.

Vuonna 2008 raportoitiin meteoriitistä, jossa ko. yhdistettä esiintyi, poikkeuksellinen hiili-isotooppijakauma 12C/13C. Ainut johtopäätös oli, että meteoriitti toi mukanaan ko. molekyylit.

Kemian yo-kirjoitukset

Nyt ne sitten ovat työn alla. Kemian ylioppilaskokeet. Eikä ilman ikäviä yllätyksiä kokeen laatijoiden taholta. En tiedä, mitkä asiat ovat olleet tekijöillä mielessä, kun muutamaan tehtävää oikein kunnolla miettii. Halutaanko edelleen ohjata opiskeljoita opettelemaan asioita ulkoa ja “oksentamaan” tieto paperille. Onko kemian yhdisteiden nimeäminen (joka on oma taiteen lajinsa) esitettävä sellaiseksi, että läpikäymällä MAOL-taulukkokirjaa, voi vahingossa löytyy oikean nimen. Toki hyviäkin tehtäviä oli joukossa.

1.tehtävä. Tehtävän a-kohtaan kompastui kokeen laatijat heti. Annetuista alkuaineista (Ba, Be, Cl, H, P, Rn, Se) piti joku nimetä puolimetalliksi. Malliratkaisussa väitetään yhden pisteen arvoiseksi suoritukseksi ainoastaan Se, seleeni. Riippuen jaksollisesta järjestelmästä, se on “väritetty” epämetaliksi tai puolimetalliksi. Viikin kirjasarjassa – Reaktio – se on epämetalli. Wikipediassa se on suomenkielisessä verisossa puolimetalli, englannin kielisessä epämetalli. Pitääkö ensimmäisen tehtävän ensimmäinen kohta näin tulkinnan varainen? Samaan tehtävään oli saatu vielä toinenkin epäselvä kohta. Mikä ylläolevista muodostaa emäksisen oksidin (d-kohta). Tässä hyväksytään sekä Be ja Ba, mutta pelkkä Be vähentää pisteitä. Jos koko tehtävän alkuainelistassa olisi ollut Be:n (Beryllium) tilalla B (boori), tehtävä olisi ollut asiallinen ja mielekäs 1.tehtäväksi. Opiskelijat olisivat päässeet hyvään alkuun luottavaisin mielin.

No, 2.tehtäväkin sisältää arvelluttavan momentin. Mielenkiintoista – kemian näkökulmasta – joskin ikävää historiallista tapahtuu hyödynnetään kontekstina. Ammoniumnitraatin hajoamisprosessi, voimakkaasti eksoterminen reaktio, tuottaa runsaan määrää – tilavuuden kaasuja, jotka aikaansaavat räjähdysvaikutuksen. Tehtävään tuotua laskutehtävää yritetään helpottaa puhumalla NTP-olosuhteista (pv=nRT -yhtälön käyttö ei silloin välttämätön). Kaikki tietää, että ko. olosuhteissa vesi on nestemäistä. Kuitenkin olisi pitänyt laskea myös vesihöydyt mukaan kokonaiskaasutilavuuteen. Jos tästä ei taida menettää pistettä.

Nimeämistä piti harrastaa 4.tehtävässä. Nomex-nimisen kondensaatiopolymeerin monomeerien nimeäminen oli hieman askarruttava juttu. MAOL:in taulukossa (vuoden 2005 painos) sivulla 156 keskimmäisessä taulukossa mainitaan ftaalihappo (1,2-bentseenidikarboksyylihappo), joka olisi voinut toimia toisen monomeerin (1,3-bentseenidikarboksyylihappo) nimen päättelyn apuna. Muuten tällaisia ei opeteta eikä edellytetä opittavan ulkoa. Toinenkin monomeeri oli hieman erikoinen, 1,3-diaminobentseeni (kts. em. kirja s. 154, Amiinit). Nimeämisen sijaan tässä olisi ollut paikallaan testata esim. atomien hydridisaatioiden tunnistamista (toki tätä sivutaan 11. tehtävässä).

Kokeen toisaalta pelastavat mm. kokeelliseksi työksi luokiteltava tunnistustehtävä (8.tehtävä) ja toisen jokerin (12.tehtävä) matemaattinen – ainerajat ylittävänä tehtävänä – kaavan johtaminen.

Mutta tarkistus jatkuu. Lisää kommentteja myöhemmin.

KE6-kurssi päättyi Gadolin-luokassa käyntiin – 54 päivää kemian kirjoituksiin

Näytteen asettaminen IR-laitteelle on herkkää työtäHelsingin yliopiston kemian laitoksella on Kemianluokka Gadolin. Se toimii opettajankoulutusyksikön vieressä. Vierailun töitä olivat messinkinaulan kuparipitoisuuden spektrofotometrinen määritys, tuntemattomien aineiden tunnistus IR:llä, kaasukromatografia alkoholeille. Messinkinaulan liuottaminen väkevään typpihappoon ja saadun liuoksen sekoittaminen ammoniakkiin mahdollisti kuparipitoisuuden määrityksen (kyse sinisen kupariammoniakkikompleksin muodostumisesta). Infrapunaspektroskopiaan tutustuttiin niin teorian (erilaiset sidosten värähdykset, venetykset) kuin käytännön työnkin kautta. Saatuja tuloksia vertailtiin spektrikirjastoon oikena molekyylin nimen löytämiseksi. Kaasukromatografiaa lähestyttiin mm. retentioaikojen ja herkkien injektiruiskujen kanssa. Lopuksi tutustuttiin nestenäisen typen ominaisuuksiin ja vaikutuksiin. Kiitokset Juhanille ja Marjalla.

Tasapainolaskuja

Tiistaina ehdimme käydä läpi laskut kirjan sivulta 115 ja 116. Tehtväväss 128 tärkeää oli oivaltaa rekatioyhtälön kertoimien merkitys niin tasapainovakion laskemisessa että konsentraation muutoksia laskettaessa. Tehtävä 131 kattoi laajemmin pohdintoja reaktion osalta, onko se endo- vai eksoterminen, miten ainemäärän muutokset tapahtuvat jne. Mallivastaukset löytyvät www-sivuilta.

Kemiallinen tasapaino – 64 päivää kemian oppilaskirjoituksiin

Maanantain tunti vierähti valtaosaltaan edellisen viikon sähkökemian laskutehtävässä. Kyse on vuoden 2007 Jokeri-tehtävästä, jossa oli useampi vaihe ja se kattoikin merkittävän osan koko sähkökemian alueesta. Tehtävän alku koski reaktioyhtälön kertoimien määrittämistä hapetusluku-menetelmällä. Mukaan mahtui myös sähkökemian laskutehtävä, perussellainen. Netistä löytyy tehtävän mallivastaus.

Viikon teemana on siis sähkökemia ja sillä jatketaan.

Sähkökemiaa kokeellisesti – 66 päivää

Tiistaina (10.1.) Kemian 6 -kurssin tunnilla paneuduimme sähkökemiaan käytännön kautta. Viereisessä kuvassa on kyse elektrolyysistä, kaliumjodidi-luokseen ohjattiin grafiittielektroien kautta sähkövirtaa. KI on liuoksessa ioneina, positiivisella anodille hakeutuu negatiivisesti varautuneet jodidi-ionit, jotka luovuttava elektronin ja muuttuvat puhtaaksi jodiksi (ruskea kaasu vedessä), ja negatiiviselle katodille hakautuu kalium-ionit, jotka saatuaan elektronin reagoivat heti veden kanssa muodostaen emäksistä kaliumhydroksidia (fenoliftaleiini-indikaattorin violetti väri).

Toinen koe koski lyijyakun rakentamista. Kuvassa näkyy dekantterilasi, jossa on väkevää rikkihappoa. Rikkihappoon on upotettu lyijyelektrodit (huomioi vetykaasun syntyminen) ja ensin akkua ladattiin pattereilla muutaman minuutin ajan. Tämän jälkeen mitattiin syntynyt jännite “lyijyakusta”. Kuvassa tämä tilanne kuvattuna.

Kolmas koe koski perinteisen Danielin kennon (galvaaninen kenno) rakentamista.

Sähkökemiaa – 72 päivää

Tänään oli vuorossa sähkökemiaa. Koko viikon teemana on sähkökemia, tänään oli teoriaa, tiistaina rakennetaan oma Danielin kenno ja perjantaina (itsenäistä työskentelyä, ope Lontoossa) käydään läpi laskuja. Laskut löytyvät netistä – myös vastaukset.

Sähkökemian perusteet lähtevät hapoettumis-pelkistymisreaktioista. On kuitenkin hyvä erottaa kemiallisina reaktioina erikseen epäorgaaniset hapettumis-pelkistymisreaktiot (elektroniensiirtoreaktiot) orgaanisen kemian hapettumis- ja pelkistymisreaktioista (vrt. alkoholien hapettuminen aldehydeiksi ja ketoneiksi ja aldehydien hapettuminen karboksyylhapoiksi sekä vastakkaiseen suuntaan tapahtuvat pelkistymisreaktiot. Jälkimmäisissä on käytännössä kyse vetyjen irrottamisesta tai happiatomien lisäämisestä (mekanismit monimutkaisia).

Epäorgaanisella puolella lähdetään liikkeelle alkuaineiden halusta pyrkiä jalokaasurakenteeseen (ns. oktettisääntö yläkoulun puolelta). Toiset luovuttavat elektroneja (hapettuvat) ja toiset vastaanottavat elektroneja (pelkistyvät). Tyypillinen reaktio on suolan muodostuminen. Metallien keskinäiset reaktiot, jossa kiinteässä muodossa oleva metalli reagoi ionimuodossa olevan metallin kanssa, ovat myös hapettumsi-pelkistymisreaktioita. Nämä ilmiöt liittyvät sähkökemiallisen jännitesarjaan. Metallit voidaan luokitella jalouden mukaan. Ja tietyissä olosuhteissa (galvaaninen kenno Danielin pari) elektrodien (jotka ovat vastaavassa suolaliuoksissa) välillä syntyy potentiaaliero, mikä aikaan saa sähkövirran. Saamme rakennetua akun.

Nettisivuilla (KE4-kurssi) on kuvattu piirroksin nämä tilanteet.

Miten hiilen allotropiat liittyvät hydridisaatioteorioihin? – 91 päivää

Maanantain tunnilla (20.12.) käsittelimme erityisesti lukion kemian 2.kurssin asioita. Mielenkiinto kohdistui hybridisaation ja hiilen allotropian yhteyteen.

Timantissa kukin hiiliatomi sitoo neljä muuta hiiliatomia kovalenttisin sidoksin. Sidokset suuntautuvat tetraedrisesti ja ovat kaikki samanlaisia. Tätä ei voi selittää orbitaaliteorialla, hiilen ns. ulkoelektronithan pitäisi sijoittuvat sekä s- että p-orbitaaleille (kaksi kumpaankin), joilloin sidoksien pitäisi olla jotenkin erilaisia. Timantin rakenne näyttää toteutuvan siten, että siinä on kuuden hiilen modostama tuoli-konformaatio. Hiilellä on timantissa sp3-hybridisaatio.

Grafiitissa ja grafeenissa hiilet muodostavat renkaita ja nämä ovat tasomaisia kuten bentseenissä. Ja kuten bentseenissä grafiitissa muodostuu sähköjohtuuden mahdollistava ja selittävä delokalisoituneitten elektronien pilvi. Grafiitissa hiilellä on sp2-hybridisaatio.

Hiilen allotprioista nanoputket ovat rullalle kiertynyttä grafeenia. Fullereenit voidaan ajatella grafeeniksi, jonka rakenteessa on kuusikulmioiden seassa viisikulmioita.

Hiilen hybridisaatioista sp-hybridisaatiota tavataan kolmoissidoksien yhteydessä. Siinä sidos antaa putkimaisen muodon molekyylille sidoksen kohdassa.

Lähde: Wikipedia

Kemian kokonaiskuva -kurssi (KE6) – missä ja mitä? – 93 päivää

Kemian kokonaiskuva -kurssin aikataulutus on suurin piirtein seuraava:

  • maanantaisin käydään läpi käsitteitä (ja Yammeriin ilmestyy viikon laskutehtävät)
  • tiistaisin lähestytään kemiaa kokeellisesti tai demonstraatioiden kautta
  • perjantaisin käydään läpi viikon laskutehtävät (torstaina mallivastaukset Yammerissa), ongelmakohdat käydään tunnilla läpi

Kurssin aikataulu ja alustavasti sovittu käsitteiden läpikäynti järjestys on kurssin verkkosivulla.

Ja rohkeasti kommentoimaan. Tähän blogiin kirjailen tunneilla tulleita ajatuksia ja mahdollisesti tärkeitä linkkejä ja lisätietoja.

Oksitosiini – 109 päivää

Oksitosiini (kreik. oksys = nopea, tokos = synnytys) on yhdeksästä aminohappomolekyylistä muodostunut mielihyvähormoni. Oksitosiinia erittyy myös mm. seksuaalisen mielihyvän yhteydessä. Oksitosiinilla on todettu olevan pelkoa ja ahdistusta lieventävä vaikutus, minkä vuoksi sitä tutkitaan potentiaalisena lääkkeenä sosiaalisten tilanteiden pelkoon. Oksitosiinin vapautumiseen kehossa voidaan vaikuttaa monin eri tavoin. Mm. kosketus ja hieronta vapauttavat oksitosiinia, kuin myös kaikki mielihyvän tunteeseen liittyvät asiat. Oksitosiini vahvistaa ihmisten välistä kiintymystä ja luottamusta toisiinsa.
Oksitosiinin kemiallinen kaava on C43H66N12O12S2, moolimassa 1007,19 g/mol.