Kemian viimeinen ”paperinen” yo-koe – mitä opittiin ja mitä jatkossa?

Heti alkuun täytyy todeta, että kevään 2018 kemian yo-koe oli yksi onnistuneimmista kokeista mun historian. Toki puutteita löytyy – mm. liukoisuustulon lasku – mutta kokonaisuus määrittää kuvion. Tässä lyhyt analyysi itse tehtävistä.

Tehtävä 1

Harvinaisen selkeä kuvio. Mielenkiintoisen pohdinnan aiheutti NaOH, saippuana. Itse en noista ainetta saippuana käyttäisi, mutta joku puhui NaOH-saippuasta? Mistä ja kuka tällaista puhuu? Saippua-termi lienee kuitenkin yleistiedon mukaan aine, jolla pestään käsiä ja käsin jotain – eli se ei voi olla natriumhydroksidia. Ja piste. Suomalainen journalismi on saavuttanut (?) tason, jossa ei voi olla mistään varma – asiantuntemus tieteestä ja lähes kaikesta muustakin on todella ala-arvoista.

Tehtävä 2

Tehtävä 2 oli peruslaskutehtävä. Hienosta kompana oli tehtävään ujutettu ilma-käsite, joka sekoitti lukuisan määrän kirjoittajia. Eikä ollut ensimmäinen kerta. Ilmassa on kuitenkin yli 70% typpeä ja happea vain alle 21%. Aina on tärkeää lukea tehtävänanto tarkasti ja ymmärtää se.

Tehtävä 3

Kemia on oppiaine, jolla on oma kieli – kemian kieli. Erilaiset käsitteet täytyy ymmärtää ja niitä pitää opiskella (joitakin jopa opetella ulkoa – todella). Itse omassa opetuksessa suosin käsitekarttojen tekemistä ja korostan juuri käsitteiden ymmärtämisen merkitystä. Ilman niitä ei ole kemian osaamista. Tässä oiva tehtävä tähän liittyen. Olisivat toki voineet olla vaikeampiakin, mutta kyse oli 3.tehtvästä.

Tehtävä 4

Edelleen kemian osaamisen – laaja-alaisen osaamisen – tehtävä. Ei yksinkertainen, mutta sidosteorian ja liukoisuuden hallitseville helppo. Yleensä pitkä selitys tarkoitti sitä, ettei oikeasti tiennyt, mistä on kysymys.

Tehtävä 5

Hyvä orgaanisen kemian tehtävä – varmasti / toivottavasti viimeinen tämän kaltainen. Funktionaalisten ryhmien tunnistaminen on tärkeä taito ja – kuten tässä on tehty – yhdisteryhmien määrittäminen funktionaalisen ryhmien perusteella on tarvittava osaaminen. Tehtävänantoon liittyi uutta tietoa, miten on hyvä asia – nykytiedettä annetaan opetuksen tueksi – mutta tulevaisuudessa tähän tehtävätyyppiin vastaukset antaa MarvinSketch-ohjelma (teen tästä oman bloggauksen pian). Tässä d-kohdan kysymys on hyvä, koska se ei ollut ns. reaktiotyyppikysymys, vaan selkeästi funktionaalisen ryhmän ominaisuuksiin liittyvä kysymys. Jos ei ymmärrä happo-emäs-reaktiota ja/tai aminoryhmän emäksisyyttä, tähän ei löydä oikeaa vastausta.

Tehtävä 6

Erinomainen reaktioon liittyen energioiden ymmärtämiseen liittyvä tehtävä. Tässä haetaan mielestäni sitä oikeaa kemian reaktioiden ymmärtämistä, mitä meidän pitää myös opettaa. Upea tehtävä.

Tehtävä 7

Tehtävä 7 sisältikin sitten monia kompastuskohtia. Jos tätä työtä ei ole tehty kursseilla, pelataan mielikuvilla. Titraus menetelmänä lienee tuttu, takaisintitrauskin lienee kokeiltu, mutta muu saattaa tuntua vieraalta. Virheiden ja epätarkkuuksien määrittely ei ole yksinkertaista. Ei varsinkaan tehtävä 6:n jälkeen, jossa kokeellinen arvo pitäisi todeta oikeammaksi.

Tehtävä 8

”Pakollinen” sähkökemian tehtävä on normitehtävä. Tulevaisuutta ajatellen kuvailutehtävät ovat hyviä, koska silloin on kuvankäsittelyohjelmat käytössä.  Kasitehtäväksi tämä oli riittävän haastava – joskin z:n määrittäminen oli liian helppo.

Tehtävä 9

Orgaanisen kemian avaruusgeometriatehtävä. Jälleen kerran erinomainen. Nyt ei kysytty enää nimiä – jatkossa MarvinSketch antaa ne. Mutta nyt paneudutaan oikeaa orgaaniseen kemiaan. Vielä kun tulevaisuudessa opiskellaan enemmän orgaanisten reaktioiden mekanismeja, ei reaktiotyyppejä, löydämme helpommin vastauksia myös b-kohdan mukaisiin tehtäviin. B-kohdan tehtävä on juuri niitä, missä erottuu E- ja L-arvosanan abiturientit (onko koko valtakunnassa oikeaa vastausta?). Minusta kuitenkin erinomainen 9-tason tehtävä ja tätä jatkossa, jotta lähdemme opettamaan myös reaktiomekanismeja, eikä vain paria kymmentä reaktiotyyppiä ulkoaopetteluna.

Tehtävä 10

Erinomainen laskutehtävä – Hendelsson-Hasselbalchin -kaavan käyttö ei vain ole oikein, eikä siitä pitäisi pisteitä antaa – ei ole puskuriliuos – sen määritelmän mukaan. Tässä työstä maksetaan pisteillä.

Tehtävä 11

Haastava lasku- ja kemian analytiikan tehtävä. Lääkekemiaa voidaan lähestyä monella tapaa – taisi olla kemian preliminäärissä ylikorostettu – ja tässä yksi. Oikeastaan kromatografian tuominen tällä tapaa toimi, muu oli hieman liikaa kemian ulkopuolella (tästä voi olla erimieltäkin, mutta itse en tällaiseen paneutuisi).

Tehtävä 12

Jälkeen erinomainen tehtävä. Hieman erilaisia medioita esillä – tulevaisuudessa tämän monipuolistuu entisestää. Kemiallisten prosessien selittämien kaavioista ja malleista on tärkeä taito. Tässä siitä annettiin hyvä esimerkki. Itse rakastan Le Châtelier’n periaatteen selittämistä ja ymmärtämistä. Tässä on erinomainen case tätä varten. Ja kuvat tukivat erinomaisesti asian ymmärtämistä ja selittämistä.

Lopuksi

On tietenkin hyvä, että paperiset kokeet päättyvät ehkä onnistuneimpaan kokeeseen 2010-luvulla. Kysymyksien pitää kuitenkin muuttua monelta osin sähköisen version myötä, joten onnistuneesta edellisestä kokeesta ei ole paljoa iloa. Toivottavasti opettajat saavat hyvissä ajoin käsityksen, mihin suuntaan ollaan menossa uudessa tilanteessa. MarvinSketch-ohjelman käyttö ja mahdollisuudet antavat paljon ajattelemisen aihetta, ja toivottavasti ne antavat suuntaan kemian opetuksen kehittämiseen. Itse olen avoin pohdintoihin ja myös kehittämisideoiden testaamiseen.

MarvinSketch – lukion kemian opetuksen onni vai onnettomuus – OSA 5: MarvinSketch ja vapaat elektroniparit

Vapaat elektronit parit (lone pair)

Wikipedia määrittelee vapaan elektroni parin: Vapaa elektronipari eli sitomaton elektronipari on yhdisteissä yhdelle atomille valenssikuorelle lokalisoituneita kemiallisen sidoksen muodostumiseen osallistumattomia elektronipareja. Lewis-rakenteissa vapaat elektroniparit piirretään kahtena pisteenä sille atomille, jolle ne kuuluvat. Teksti on hieman harhaanjohtava tai ainakin johtaa helposti väärään tulkintaan. Tämän määritelmän voisi kirjoittaa toisinkin: Vapaa elektronipari on yksittäisen atomin ulkoelektroneja (valenssielektroneja), jotka eivät ole yhdisteessä muodostamassa sidosta. Ne voivat muodostaa kovalenttisia koordinaatiosidoksia (toimia Lewis-emäksenä) luovuttaen elektroniparin toisen atomin kanssa muodostettavaan koordinaatiosidokseen (engl. a lone pair refers to a pair of valence electrons that are not shared with another atom). Esimerkkeinä tästä ovat esimerkiksi: ammoniumioni, jossa typpi muodostaa neljännen sidoksen luovuttamalla vapaa elektroniparin vety-ionin kanssa muodostuvaan sidokseen. Tai hiilimonoksidissa, jossa hiilen hapen välissä olevasta kolmoissidoksesta kaksi muodostuu kovalenttisesta sidoksesta ja yhdessä koordinaatiosidoksesta, jossa happi-atomi on luovuttanut yhden vapaan elektroniparinsa yhteiseen sidokseen.

MarvinSketch piirtää vapaat elektroniparit

MarvinSktech-ohjelman saa näyttämään vapaat elektroniparit niin pisteinä kuin viivoina. Valinta viivan ja pisteen välillä tehdään Edit | Preferences -valikossa kohdassa General settings (kts. yllä). Tämä ei vielä anna näkyviin vapaita elektronipareja.

Kun piirretään molekyylejä, täytyy miettiä piirretäänkö myös atomien välisiä sidoksia näkyviin, jolloin vapaan elektroniparin merkitsemisellä on jotain mielekästä merkitystä.

Vapaat elektroniparin saadaan näkyviin valitsemalla View –valikosta Advanced | Lone Pairs (kts. vasemmalla).

Alempana on kuva, jossa vapaat elektroniparit näkyvät pisteinä.

 

Samat molekyylit, jossa elektroniparit merkitty viivalla.  

Miten opetetaan vapaat elektroniparit

Eli MarvinSketch piirtää vapaat elektroniparit – miten tämä asia nyt opetettaisiin. Olisiko nyt mahdollisuus miettiä Lewis-rakenteiden opettamista hieman syvällisemmin. Ohjelmassa yksi valinta (tai sen muuttaminen) osoittaa, mitä viivalla tarkoitetaan. Tarvitseeko tätä enää kysyä esim. yo-kirjoituksissa. Vai voisiko tässä jo kysellä Lewis-emästen perään?