Hyppää pääsisältöön
Aihesivun Kemia pääkuva

Kemian mikromaailma

Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä on tärkeä kemistin työväline sillä sen avulla voidaan ennustaa aineen käyttäytymistä. Taulukko sisältää tunnetut alkuaineet ryhmiteltynä niiden elektronirakenteen mukaan. Jaksollinen järjestelmä on saanut nimensä siitä, että monet ominaisuudet muuttuvat siinä säännöllisesti eli ”jaksollisesti”.

Tietolaatikko

Opetussuunnitelman mukaiset kurssin tavoitteet ovat, että opiskelija

  • tuntee aineen rakenteen ja ominaisuuksien välisiä yhteyksiä
  • osaa käyttää aineen ominaisuuksien päättelyssä erilaisia kemian malleja, taulukoita ja järjestelmiä
  • ymmärtää orgaanisten yhdisteiden rakenteita ja tuntee rakenteen määrityksessä käytettäviä menetelmiä
  • osaa tutkia kokeellisesti ja erilaisia malleja käyttäen aineiden rakenteeseen, ominaisuuksiin ja reaktioihin liittyviä ilmiöitä.

Isomeereja ovat molekyylit, joilla on sama molekyylikaava, mutta niiden rakenne on erilainen. Rakenteen erilaisuudesta johtuu myös isomeerien toisistaan poikkeavat kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Esimerkiksi optisella isomerialla on merkitystä lääketeollisuudessa. Usein vain toinen isomeeri on tehokas, toinen voi olla jopa vaarallinen.

Kemiallisella sidoksella tarkoitetaan niitä voimia, jotka sitovat kahta tai useampaa atomia yhdisteessä tai metallihilassa. Sidoksia syntyy, koska atomiryhmä voi alentaa energiaansa sitoutumalla yhteen. Sidokseen osallistuvien atomien elektronegatiivisuusero määrää sidoksen luonteen. Sidosenergia kertoo sidoksen voimakkuudesta.

Alkuainetaulukko ja jaksollinen järjestelmä

Alkuaineiden paikat kuvataan jaksollisessa järjestelmässä taulukkona. Ne on järjestetty jaksolliseen järjestelmään nousevan järjestyluvun mukaan.

Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä on tärkeä kemistin työväline sillä sen avulla voidaan ennustaa aineen käyttäytymistä. Taulukko sisältää tunnetut alkuaineet ryhmiteltynä niiden elektronirakenteen mukaan. Jaksollinen järjestelmä on saanut nimensä siitä, että monet ominaisuudet muuttuvat siinä säännöllisesti eli ”jaksollisesti”.

Nykyään tunnetaan yli 100 eri alkuainetta. Ne kuvataan jaksollisessa järjestelmässä vaakasuorina jaksoina. Alkuaineet ovat taulukossa järjestyksessä nousevan atomiluvun perusteella. Alkuaineiden ominaisuudet on luettavissa alkuaineen sijainnista taulukossa.

Alkuaineet on järjestetty jaksolliseen järjestelmään nousevan järjestyluvun mukaan. Järjestyluku on atomin ytimen protonien lukumäärä. Järjestysluku kirjoitetaan jaksollisessa järjestelmässä alkuaineen tunnuksen vasempaan alareunaan.

Jaksollinen järjestelmä

Optinen isomeria

Isomeereja ovat molekyylit, joilla on sama molekyylikaava, mutta niiden rakenne on erilainen. Rakenteen erilaisuudesta johtuu myös isomeerien toisistaan poikkeavat kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Esimerkiksi optisella isomerialla on merkitystä lääketeollisuudessa. Usein vain toinen isomeeri on tehokas, toinen voi olla jopa vaarallinen.

Atomit

Aikojen kuluessa on esitetty erilaisia malleja atomin rakenteesta, joiden avulla on voitu ennustaa erilaisten aineiden kemiallista käyttäytymistä. Miten atomin rakenne keksittiin ja minkälaisista osista atomi koostuu? Audiossa selvitetään myös alkuaineiden jaksollisen järjestelmän historiaa, järjestelmän systemaattisuutta sekä miten jaksollista järjestelmää voidaan hyödyntää tehtäessä johtopäätöksiä aineen ominaisuudesta ja käyttäytymisestä.

Atomit ja alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

Jotta voimme selittää ja ennustaa aineen käyttäytymistä, tarvitsemme malleja atomin rakenteesta.

Merkittäviä atomin rakennetta tutkineita tiedemiehiä ovat olleet englantilainen opettaja John Dalton 1800-luvun alussa, Sir William Crookes 1800-luvun lopulla sekä englantilainen fyysikko Ernest Rutherford ja tanskalainen fyysikko Niels Bohr 1900-luvun alussa. Nykyisin tiedetään, että atomit eivät ole jakamattomia, vaan ne koostuvat ytimessä sijaitsevista positiivisesti varautuneista protoneista ja varauksettomista neutroneista että ydintä ympäröivästä elektronipilvestä. Huolimatta atomin pienestä koosta ne ovat suurimmaksi osaksi tyhjää tilaa.

Audiossa kerrotaan atomin mittasuhteista ja tutustutaan käsitteisiin alkuaine ja isotooppi. Radioaktiivisten isotooppien ytimet hajoavat itsestään tietyn ajan kuluessa lähettäen säteilyä ja samalla niistä muodostuu toisen alkuaineen atomeja. Alkuaineet voivat siis muuttua toisiksi alkuaineiksi ydinreaktioiden seurauksena. Jaksollisen järjestelmän avulla voidaan tehdä ennustuksia ja selittää kemiallisia ilmiöitä. Venäläinen Dimitri Mendelejev ja saksalainen Julius Meyer kehittivät jaksolliset järjestelmät toisistaan tietämättä, mutta Mendelejev ehti julkaista oman versionsa ensin.

Audiossa tutustutaan tarkemmin, mitä tietoja jaksolliseen järjestelmään kirjattu ja miten alkuaineet on järjestetty. Elektronit ovat kemian kannalta keskeisiä atomien rakenneosia, sillä alkuaineiden kemialliset ominaisuudet määräytyvät atomien elektronipilvien perusteella. Audiossa kerrotaan, kuinka elektronit ovat järjestäytyneet elektronipilvessä. Lopuksi käsitellään, kuinka jaksollista järjestelmää voidaan käyttää aineiden ominaisuuksien ennustamiseen ja miten tietoa aineen rakenteesta voidaan hyödyntää.

Atomirakenne

Kemialliset sidokset

Kemiallisella sidoksella tarkoitetaan niitä voimia, jotka sitovat kahta tai useampaa atomia yhdisteessä tai metallihilassa. Sidoksia syntyy, koska atomiryhmä voi alentaa energiaansa sitoutumalla yhteen. Sidokseen osallistuvien atomien elektronegatiivisuusero määrää sidoksen luonteen. Sidosenergia kertoo sidoksen voimakkuudesta.

Kemialliset sidokset ja yhdisteet

Kuinka atomeista muodostuu erilaisia yhdisteitä, millaisia ominaisuuksia erilaisilla yhdisteillä on ja miten eri aineet ovat muodostuneet.

Tutustutaan käsitteisiin ioniyhdiste, ionihila, metallisidos, metallihila, kovalenttisidos, atomihila, elektronegatiivisuus, poolinen molekyyli, pooliton molekyyli, van der Waalsin vuorovaikutukset, dipoli-dipoli-vuorovaikutukset ja vetysidokset.

Kun selitämme kemiallisen sidoksen muodostumista atomitasolla, voimme tarkastella sitä liittämällä yhteen metallisia ja epämetallisia alkuaineita. Hiili ja tina ovat esimerkkejä rakenteista, joissa on vain yhden alkuaineen atomeja. Kun epämetalliset hiiliatomit pakkautuvat yhteen, atomien välille muodostuu ns. kovalenttinen sidos. Näin muodostuneesta kolmiulotteisesta verkkorakenteesta käytämme nimitystä atomihila. Metallinen tina on rakentunut puolestaan siten, että kaikkien metalliatomien ulkoelektronit liikkuvat vapaasti positiivisten metalli-ionien ympärillä muodostaen ns. metallihilan. Kun metallit yhdistyvät epämetallien kanssa, syntyy suoloja. Ne ovat rakentuneet positiivisista metalli-ioneista ja negatiivisista epämetalli-ioneista, joita pitävät yhdessä sähköiset vuorovaikutukset. Syntyvä sidos on nimeltään ionisidos ja syntyvää kolmiulotteista rakennetta kutsutaan ionihilaksi.

Neljäs vaihtoehto on, että epämetallit muodostavat keskenään molekyylejä. Epämetalliatomeja kiinni pitävä sidos syntyy siten, että sidoselektronit liikkuvat atomien välillä ja molekyylit ovat sähköisesti neutraaleja. Tällaista sidosta kutsutaan kovalenttisidokseksi. Molekyylit voidaan vielä luokitella poolisiin ja poolittomiin sen mukaan, mistä epämetalleista ne ovat koostuneet.

Audiossa selvitetään, mitä elektronegatiivisuus tarkoittaa ja mistä poolisuus aiheutuu. Molekyylien sisäiset osittaisvaraukset saavat aikaan molekyylien väliset pysyvät dipoli-dipoli-vuorovaikutukset. Kun yhdisteessä on runsaasti hiili-hiili-sidoksia, kuten bensiinissä, molekyylien sisälle ei synny kuin hetkellisiä osittaisvarauksia, jolloin molekyylejä koossapitävät voimat ovat heikkoja ja lämpöliike erottaa molekyylit helposti toisistaan. Audiossa selvitetään lisäksi, miten vuorovaikutukset vaikuttavat sulamis- ja kiehumispisteisiin sekä aineiden ominaisuuksiin.

  • 2020 kevät: kemia

    Kemian yo-koe ja vastaukset.

    Tällä sivulla pääset joko katselemaan Ylioppilastutkintolautakunnan laatimaa koetta (katseluversio) tai harjoittelemaan tekemällä sen itse (harjoittelukoe). Katseluversio ja hyvän vastauksen piirteet julkaistaan yo-koepäivänä ja harjoitteluversio mahdollisimman pian kokeen jälkeen.

  • 2019 syksy: kemia

    Kemian yo-koe ja vastaukset.

    Tällä sivulla pääset joko katselemaan Ylioppilastutkintolautakunnan laatimaa koetta (katseluversio) tai harjoittelemaan tekemällä sen itse (harjoittelukoe). Katseluversio ja hyvän vastauksen piirteet julkaistaan yo-koepäivänä ja harjoitteluversio mahdollisimman pian kokeen jälkeen.

  • 2019 kevät: kemia

    Kemian yo-koe ja YTL:n hyvän vastauksen piirteet.

    Kemian ylioppilaskoe, ylioppilastutkintolautakunnan hyvän vastauksen piirteet ja Abitreenien yo-koelähetys.

  • 2018 syksy: kemia

    Kemian yo-koe ja YTL:n hyvän vastauksen piirteet.

    Kemian ylioppilaskoe, ylioppilastutkintolautakunnan hyvän vastauksen piirteet ja Abitreenien yo-koelähetys.

Abitreenit

Oppimateriaalit

  • Navigaatiokuva aineelle Biologia.
    Navigaatiokuva aineelle Biologia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Elämänkatsomustieto.
    Navigaatiokuva aineelle Elämänkatsomustieto. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Englanti.
    Navigaatiokuva aineelle Englanti. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Espanja.
    Navigaatiokuva aineelle Espanja. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Filosofia.
    Navigaatiokuva aineelle Filosofia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Fysiikka.
    Navigaatiokuva aineelle Fysiikka. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Historia.
    Navigaatiokuva aineelle Historia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Italia.
    Navigaatiokuva aineelle Italia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Kemia.
    Navigaatiokuva aineelle Kemia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Latina.
    Navigaatiokuva aineelle Latina. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Maantiede.
    Navigaatiokuva aineelle Maantiede. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Matematiikka.
    Navigaatiokuva aineelle Matematiikka. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Portugali.
    Navigaatiokuva aineelle Portugali. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Psykologia.
    Navigaatiokuva aineelle Psykologia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Ranska.
    Navigaatiokuva aineelle Ranska. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Ruotsi.
    Navigaatiokuva aineelle Ruotsi. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Saame.
    Navigaatiokuva aineelle Saame. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Saksa.
    Navigaatiokuva aineelle Saksa. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Suomi.
    Navigaatiokuva aineelle Suomi. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Terveystieto
    Navigaatiokuva aineelle Terveystieto Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Uskonto.
    Navigaatiokuva aineelle Uskonto. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Venäjä.
    Navigaatiokuva aineelle Venäjä. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Yhteiskuntaoppi.
    Navigaatiokuva aineelle Yhteiskuntaoppi. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Äidinkieli.
    Navigaatiokuva aineelle Äidinkieli. Abitreenit

Seuraa Abitreenejä Instagramissa: @abitreenit