Homogeeninen tasapaino – 7.10.2014

Tunnin teemana oli homogeeninen tasapaino, miten muodostuu ja mistä sen voi päätettä (mm. graafisesti). Ensin täytyy hahmottaa ja ymmärtää, miten reaktioiden nopeuteen vaikuttavat tekijät voidaan selittää törmäysteorkemiallinen_tasapinoialla ja siirtymätilateorialla. Homogeenisen  tasapainon havainnollistaminen graafiselle kuvalla oli tunnin konkreettinen anti. Vieressä kuva, jossa vetyjodin muodostumisen ja hajoamisen reaktiot muodostavat tasapainon.    

KE5 -kurssi alkoi – 3.10.

Lukion kemian 5.kurssi käynnistyi. Kurssikirjana on SanomaPron (ent. Tammen) Reaktio 5. Kurssin oppimisympäristönä toimii Yammer (www.yammer.com). Ensimmäinen tunti sisälsi kurssin tavoitteiden läpikäyntiä. Kurssi sisältö on tiivistetysti tässä:

  • Kemiallinen tasapaino: Homogeeninen kemiallinen tasapaino, Tasapainoaseman muuttaminen
  • Hapot ja emäkset: Happojen ja emästen ominaisuuksia, Happamuus ja emäksisyys
  • Happo-emästasapaino: Protolyysivakiot ja liuoksen pH, Happovakio, emäsvakio, Polyproottiset hapot
  • Happo-emästasapainon sovellutuksia: Suolaliuokset, Puskuriliuokset, Happo-emästitraus ja pH
  • Liukoisuustasapaino: Suolojen liukoisuus veteen, Liukoisuustulo

Kurssin arviointi toteutunee seuraavalla kaavalla:

  • Laskutehtävien palautus (4 x 5 kpl, 20 p), puuttuvista ”miinustetaan pisteitä”
  • Kaksi pistokoetta (5 p + 5 p), www.socrative.com
  • Työselostus kurssin aikana tehdystä kokeellisesta työstä (15 p)
  • Käsitetesti koeviikolla (15 p)
  • YHTEENSÄ 60 p, eli läpi pääsee 20 pisteellä eli tekemällä tehtävät kunnolla

Uuden haasteen antaa lukiolaisille laskutehtävien palautus ja opettajalle niiden arviointi. Se olisi helpompaa toteuttaa Edmodossa, muta koetetaan selviytyä Yammerilla.

Tutkielmien rakenne-esimerkkejä – 14.9.

Kurssin yhtenä osasuorituksena on tutkielma, jostakin kemiallisesta aineryhmästä (ei orgaanisen kemian). Teemoiksi tuli mm. happamoituminen, metallien ja epämetallien oksidit, emäksiset ja happamat oksidit, peroksidit, proteiinit, luonnon  komposiitteja, nukleiinihapot, elämän metallit, malmista metalliksi, raudan ja teräksen valmistus, typpiyhdisteet, tekstiilit, fosforihappo ja fosforiyhdisteet, polysakkaridit, halogeenit …

Tunnilla otettiin esimerkkejä tutkielman laatimisesta ja sisällöstä:

Alkuaineiden vety-yhdisteet

  • katsotaan mitä jaksollinen järjestelmä kertoo meille vedystä ja sen ominaisuuksista, hapetusluku, millaisia yhdisteitä tämän perusteella voi olettaa syntyvän
  • katsotaan vedyn asema elektronegatiivisuustaulukossa. mitää se tarkoittaa mm. em. yhdisteiden osalta ja / tai hapetusluvun määräytymisen osalta
  • vedyn merkitys sähkökemiallisessa jännitesarjassa – epäjalot ja jalot metallit
  • konkreettisia yhdisteryhmiä: joidenkin metallien vety-yhdisteet eli hydridit; metallit, joiden kanssa vety ei reagoi, mutta jotka toimivat vedytyksessä katalyytteinä (miksi ja miten); – epämetallien vety-yhdisteet (kovalenttisin sidoksin) hiiliryhmän, typpiryhmän, happiryhmän ja halogenidien kanssa

Venyvät materiaalit

  • sidokset! vahvat ja heikot sidokset eri yhdisteissä
  • käyttötarkoitus, kestävyys, sulamispisteet, kovettumispisteet

Peroksidit

  • happi jaksollisessa järjestelmässä ja hapetusluku – peroksidin poikkeava tilanne
  • elektronegatiivisuus
  • peroksidin avaruusrakenne
  • vetyperoksidin hajoaminen – esimerkki
  • vrt. superoksidi

 

Työselostuksien sisältö – 8.9.2014

Tunnilla käytiin läpi tulevien työselostuksien rakennetta. Yammerissa on sitä varten selkeä ohje. työselostuksen merkitys kurssilla on merkittävä. Maksimipisteet ovat 30 p. Työselostuksen tärkeimpiä asioita ovat:

– asiat esitetään aina kemian teorian kautta, aina kun on ”aihetta on” kirjataan kemiallinen reaktioyhtälö, puhumattakaan kemiallisista merkeistä – jos esim. todetaan että natrium hapettuu, pitää merkitä natrium Na hapettuu (näiden puuttuminen on -10 p)

– mm. virhetulkinnoissa ei viitata naapurin tekemisiin ja siihen, mitä reaktiossa, välineissä ym. voisi olla sellaista, mikä aiheuttaa virheitä tuloksissa

– työselostuksen kuvittaminen ja kuvien selittäminen ovat erinomainen asia; autenttisuuden luomisella ja tilanteen kuvaaminen viittaamalla kuvissa esiintyviin asioihin tuo lisäpisteitä (jotka voivat kompensoida pieniä asiavirheitä)

 

Daniellin kennoa, lyijyakkua, korroosion estoa, KI:n elektrolyysi ja veden hajotusta – 5.9.2014

Päivän tunnin sisältö oli kokeellista kemiaa. Osa porukkaa rakenteli Daniellin kennoja onnistumatta, yksi ryhmä rakensi perusversion lyijyakusta onnistuen siitä, kaksi ryhmä lähti selvittämään rautakaliumjodidin_elektrolyysi
naulan ruostumista ja testaavat erilaisia korroosion estovaihtoehtoja. Kaksi ryhmä rakensivat elektrolyysilaitteista, toinen kaliumjodidin KI:n elektrolyysiä varten ja toinen veden hajotusta eli veden elektrolyysiä varten.  Kuvassa juuri kaliumjodidin eletkrolyysi, U-putkessa takana vapautuu jodia (ruskea aine) ja edessä vapautunut kalium reagoi veden kanssa muodostaen emäsiset olosuhteet (hydroksidi-ioneja). Fenoliftaleiini antaa lilan värin.

 

Sähkökemiallisen jännitesarjan ja normaalipotentiaalien käyttö – 3.9.2014

Tämän päivän tunti jatkoi edellisten tuntien teemoja. Tehtävien tekemisessä katsottiin ensin, oliko asia ratkaistavissa pelkästään sähkökemiallisen jännitesarjan avulla. Eli katsotaan, mikä on kahden metallinen asema ko. sarjassa. Mitä epäjalompi metalli on, sitä helpommin se hapettuu ja on siis ionimuodossa. Esim. Cu2+ ja Fe2+ -liuoksien tapauksessa täytyi miettiä kumpi pelkistyy, kumpi hapettuu. Molemmat mielellään pelkistyvät, mutta kuparin ollessa jalompi, sen täytyy pelkistyä. Raudan kohdalla täytyy selvittää voisiko se hapettua Fe2+ -ionista Fe3+-ioniksi. Tässä tapauksessa sitten verrataan hapettumis- ja pelkistymisreaktion normaalipotentiaaliarvoja ja kokonaisreaktion normaalipotentiaalia. Todetaan, että kokonaisreaktion arvo on alle 0, joten reaktio ei ole spontaani.

Lopputunnista käytiin vielä lyhyesti läpi raudan korroosiota hapettumis- ja pelkistysmireaktioiden ja niiden normaalipotentiaalien näkökulmasta. Niistä voimme päätellä, että reaktio on spontaani. Osittaisreaktioita ovat:

Veteen liuennut happi pyrkii pelkistymään:

  • O2 (aq) + 2 H2O(l) + 4 e- → 4 OH- (aq) tai  E= + 1,40 V
  • O2 (aq) + 4 H+ (aq) + 4 e- → 2 H2O(l)  E= + 1,23 V

Tämä reaktio kuluttaa raudan hapettuessa vapautuvia elektroneja:

  • Fe (s) → Fe2+ (aq) + 2e-  E= -0,44 V

Ruostumisen ensimmäisessä vaiheessa muodostunut rauta(II) –ionit hapettuvat edelleen rauta(III)-ioneiksi. Nämä muodostavat edelleen vaihtelevan määrän kidevettä sisältävää rauta(III)oksidia Fe2O3 • x H2O, ruostetta.

Sähkökemian perusteita – Galvaaninen kenno – 1.9.2014

Tunnin aluksi katsottiin viime viikolla reagoimaan jätettyjä asioita –  sahkokemiallinen_reaktio_IIvaihekuparinaula ja magnesiumnauha sinkkikloridi-liuoksessa sekä rautanaula ja magnesiumnauha kuparisulfaatti-liuoksessa. Vasemman puoleisessa liuoksessa magnesiumnauha on käytännössä liuennut sinkkikloridiliuokseen. Oikean puoleisessa ilmiö on selkeämpi – vaalean sininen liuos (jossa on kupari-ioneja) on muuttunut keltaiseksi (Fe-ioneja) ja kupari pelkistynyt rautanaulan pintaan. Myös tässä liuoksessa magnesiumnauha on liuennut liuokseen.

Seuraavaksi keskusteltiin galvaanisen kennon rakentamisesta tämän kuvatun ilmiön hyödyntämiseksi kemiallisen energian muuttamisessa sähköenergiaksi.

Tutustuimme normaalipotentiaaliin esimerkkien kautta.

 

 

Sähkökemian perusteita – normaalipotentiaalit – 29.8.2014

Tunnilla keskityttiin demonstraation kautta spontaaniin ja ei-spontaanin kemialliseen reaktioon. Alla liuoksia joissa tapahtuu spontaania reaktioita. Vasemman puolisessa astiassa on (voimakas) sinkkikloridi -liuos, johon on laitettu magnesium-liuskaa. Magnesium-liuskaa liukenee ja sinkki pelkistyy metalliksi. Samassa liuoksessa oleva kuparinaula ei reagoi lainkaan. Oikean puolisessa liuoksessa on kuparisulfaattia ja liuokseen laitetaan magnesium-liuska ja rautanaula.

sahkokemiallinen_reaktio(täydentyy)