EDUMOL - Kemia yläkoulu

• 5.1 Kemiallinen sidosTAVOITE: Tutustua nimeltä kolmeen erilaiseen kemialliseen sidokseen.
  SISÄLTÖ: Kemiallinen sidos, metallisidos, kovalenttinen sidos, ionisidos

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Mitä vahvalla sidoksella tarkoitetaan? Minkä nimisiä kemiallisia sidoksia on olemassa? Millaisten atomien välille ionisidos muodostuu?

  Mitä tapahtuu, kun kaksi atomia lähestyy toisiaan? Luonnonlaki on, että aineet pyrkivät kohti energiaminimiä. Aikaisemmassa osassa tutustuttiin oktettisääntöön, joka yksinkertaisesti ilmaisee, että aineet saavuttavat minimienergian hankkimalla uloimmalle kuorelle kahdeksan elektronia. Myös kemiallisen sidoksen muodostuminen selittyy sillä, että aineet pyrkivät minimienergiaan. Viereisessä kuvassa on esitetty, kuinka energia muuttuu kahden atomin välillä. Tietyllä etäisyydellä atomit saavuttavat minimienergian. Samalla tavalla kuin pallo tippuu maahan "tippuvat" atomit minimienergiakouppaan. Sidoksen muodostumisen selittää siis atomien pyrkimys mahdollisimman alhaiseen energiaan. Jos atomien välistä etäisyyttä tämän jälkeen lyhennetään, alkaa tarvittavan energian määrä kasvaa erittäin nopeasti, sillä sähköiset hylkimisvoimat samanmerkkisten varausten välillä lisääntyvät. Myös ydinten loitontamiseen toisistaan tarvitaan huomattavasti energiaa, sillä erimerkkisten varausten välinen vetovoima vastustaa loitontamista.

  Atomit "putoavat" minimienergiakuoppaan ja muodostuu kemiallinen sidos.

  
  
  

• 5.2 IonisidosTAVOITE: Ymmärtää, kuinka ionisidos muodostuu. Oppia, että syntyvä yhdiste on varaukseton.
  SISÄLTÖ: Ionisidos, ioniyhdiste

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Miksi magnesiumionin varaus on 2+? Miksi kloridin varaus on 1-? Miksi magnesiumkloridissa on yksi magnesium ja kaksi kloridia?

  Kemiallista sidosta kuvataan erilaisin mallein. Yksi yleisimmin käytetyistä kolmiulotteisista (3D) malleista on ns. pallo-tikkumalli, jossa kemialliset sidokset atomien välillä esitetään tikkuina. Tämän mallin avulla on aikaisemmissa osissa esitetty esimerkiksi vesimolekyylin rakenne. Erilaisia malleja kuvata atomien välisiä sidoksia on lukuisia ja ne auttavat nanoluokan (metrin miljardisosa) ilmiöiden tarkastelua. Opiskelijan tulee kuitenkin jo heti alussa ymmärtää, ettei atomien välillä ole todellisuudessa "tikkuja" tai "keppejä" yhdistämässä niitä toisiinsa. Luonnonlaki on, että aineet pyrkivät kohti energiaminimiä. Energiaminimissä sähköinen vetovoima on suurimmillaan ja sähköinen hylkimisvoima pienimmillään.

  Kemiallinen sidos muodostuu, koska aineet pyrkivät mahdollisimman alhaiselle energiatasolle.

  
  
  

• 5.3 IoniyhdisteetTAVOITE: Tutustua ioniyhdisteiden muodostumiseen ja nimeämiseen.
  SISÄLTÖ: Ioniyhdiste, moniatominen ioni, jaksollinen järjestelmä

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Mikä on yleisnimi negatiivisille ioneille? Mikä on yleisnimi positiivisille ioneille? Miten ioniyhdisteet nimetään?

  Ioniyhdisteiden nimeäminen

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Minkä päätteen negatiiviset ionit saavat? Mikä on happi-ionin nimi? Mikä on rikki-ionin nimi?

  Moniatomiset ionit

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Mitä moniatomisella ionilla tarkoitetaan? Opettele moniatomisten ionien nimet.

  Suolojen rakenne ja ominaisuudet Suolalla on säännöllinen ionisidosten muodostama kiderakenne. Rakenne on kova, mutta samanmerkkisten ionien hylkimisvoimien vuoksi myös hauras. Kide pirstoutuu helposti iskun vaikutuksesta, kun positiiviset ionit osuvat kohdakkain positiivisten ja negatiiviset negatiivisten ionien kanssa. Suolojen korkea sulamispiste johtuu ionien välisistä voimakkaista sähköisistä vetovoimista. Vastakkaismerkkiset ionit vetävät toisiaan puoleensa ja pitävät siten yhdisteen rakenteen koossa. Suolan sulaessa ionit pääsevät liikkeelle. Sulaneina ja liuenneina suolat johtavat sähköä vapaasti liikkuvien ionien vuoksi. Kiinteässä olomuodossa suolat eivät johda sähköä, koska tällöin ionit pysyvät paikoillaan. Suolojen liukeneminen käydään läpi tulevissa osissa.

  Suola on yleisnimi ioniyhdisteille.

  
  
  

• 5.4 Kovalenttinen sidosTAVOITE: Tutustutaan molekyylien muodostumiseen.
  SISÄLTÖ: Molekyyli, kovalenttinen sidos

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA:

  Kovalenttinen sidos ja molekyylit

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Miten kovalenttinen sidos muodostuu?

  Jo aikaisemmissa osissa tutustuttiin oktettisääntöön. Oktettisääntö kuvaa atomien pyrkimystä minimienergiaan. Oktettisäännön mukaan atomi saavuttaa alhaisimman energian tilan, kun sillä on kahdeksan elektronia uloimmalla elektronikuorella. Tällaisen tilan saavuttanut atomi on jatkossa reagoimaton. Jalokaasuilla (poikkeus helium) on kahdeksan ulkoelektronia, eivätkä ne tämän vuoksi reagoi. Kuten huomataan jo jalokaasuissa oktettisääntöön on tehtävä poikkeus, sillä heliumilla on pysyvä tila, vaikka sillä on ainoastaan kaksi elektronia uloimmalla elektronikuorella. Samanlaisia poikkeuksia oktettisääntöön on tehtävä useiden muidenkin alkuaineiden kohdalla. Jatkossa on hyvä pitää mielessä, että oktettisääntö on käsitteenä ongelmallinen, sillä se ei päde kaikille alkuaineille. Sääntö on kuitenkin tärkeä apuväline käsiteltäessä kemiallisen sidoksen muodostumista. Lukiossa sääntö korvataan tarkemmilla malleilla.

  Oktettisääntö on käyttökelpoinen tarkasteltaessa happea ja hiiltä. Vedylle sääntö ei päde.

  
  
  

• 5.5 MolekyylitTAVOITE: Ymmärtää, kuinka molekyylit muodostuvat. Oppia piirtämään molekyylejä.
  SISÄLTÖ: Molekyyli, molekyylin piirtäminen, hiili

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Ulkoelektronien piirtäminen. Miten vesimolekyyli syntyy? Miten hiiliatomi saa uloimman elektronikuorensa täyteen?

  Hiiltä sisältävät molekyylit

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Metaanimolekyylin esittäminen kahdella eri tavalla. Kuinka monta sidosviivaa hiilestä aina lähtee? Millaisia sidoksia hiiliatomien väleissä voi olla?

  Molekyylien piirtäminen

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Miten rakennekaava eroaa molekyylikaavasta? Milloin viivakaavan piirtäminen on käytännöllistä? Mitä pallotikku-mallilla tarkoitetaan?

  Palataan vielä minimienergia periaatteeseen. Voit hahmottaa periaatteen ajattelemalla kuvassa esitetyn käyrän muotoista pintaa. Jos asetat pallon mihin tahansa kohtaan pinnalle, vierii pallo itsestään montun pohjalle. Samalla tavalla voidaan tarkastella kahta atomia, joiden välille kemiallinen sidos muodostuu. Atomit asettuvat tarkasti sille etäisyydelle toisistaa, mikä vastaa käyrällä "montun pohjaa". Tätä atomien etäisyyttä toisistaan kutsutaan sidospituudeksi. Erilaisilla kemiallisilla sidoksilla on erilaiset sidospituudet. Mitä vahvemmasta sidoksesta on kyse, sitä lyhyempi on sidospituus.

  Minimienergia periaate määrää sidoksen pituuden

  
  
  

• 5.6 Metallisidos TAVOITE: Oppia, millainen on metallisidos. Tutustua metallien ominaisuuksiin.
  SISÄLTÖ: Metallisidos, metallien ominaisuudet

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Mitä vapailla elektroneilla tarkoitetaan metallisidoksen yhteydessä?

  Metallien ominaisuudet

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Millaisia ominaisuuksia metalleilla on?

  Kemiallinen sidos voidaan "katkaista", mutta sidoksen katkaisemiseen tarvitaan energiaa. Minimienergia periaatteen mukaan atomit asettuvat "energiakuoppaan". Kemiallinen sidos voidaan siis "katkaista". Mitä suurempaa energiaa käytetään, sitä kauemmaksi atomit voivat liikkua toisistaan. Kun etäisyys atomien välillä kasvaa tarpeeksi suureksi, "katkeaa" myös niiden välinen sidos. Sidosenergia kuvaa, kuinka paljon energiaa tarvitaan kemiallisen sidoksen "katkaisemiseen". Sidosenergioihin tutustutaan tarkemmin lukiossa.

  Energiaminimi periaate määrää sidosenergian suuruuden.

  
  
  

• 5.7 Ioniyhdisteiden kertaus TAVOITE: Tutustutaan tehtävän avulla ioniyhdisteiden muodostumiseen ja nimeämiseen.
  SISÄLTÖ: Ioniyhdisteet

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Millä nimellä positiivisia ioneja kutsutaan? Millä nimellä negatiivisia ioneja kutsutaan? Miksi ioniyhdiste on aina varaukseton?

  Vastaukset

  TARKASTELE SEURAAVIA ASIOITA: Kiinnitä huomiota ionien suhteisiin yhdisteissä. Huomaa, että yhdisteet ovat aina varauksettomia.

  Teiden suolaaminen Talvella tiesuolaa käytetään tien pinnan sulattamiseen ja kesällä vähentämään hiekkateiden pölyämistä. Haittapuolena suolauksesta on autojen ruostuminen ja erinäiset ympäristöhaitat. Suolausta on pyritty joillain alueilla vähentämään etenkin pohjavesien pilaantumisen vuoksi, mutta varsinkin Etelä-Suomessa suolaa käytetään edelleen runsaasti. Teiden suolaamiseen käytetään natriumkloridia (NaCl). Olosuhteista riippuen suola levitetään tielle joko rakeisena tai valmiina veden ja suolan liuoksena. Suolan ja veden muodostaman liuoksen jäätymispiste on alimmillaan noin 10 astetta puhdasta vettä alempana. Natriumkloridin pohjavesiä pilaavan vaikutuksen vuoksi sen käyttöä on pyritty vähentämään muun muassa levittämällä natriumkloridia liuoksena jolloin sitä tarvitaan vähemmän. Natriumkloridi olisi mahdollista korvata ympäristöystävällisemmillä suoloilla, mutta tämä tulisi kalliiksi. Natriumkloridi on huomattavasti halvempaa kuin muut tarkoitukseen sopivat suolat. Kesällä hiekkakentän pölyämisen voi estää levittämällä kentälle kalsiumkloridia (KCl). Kalsiumkloridi imee ilmasta kosteutta ja estää pölyämisen. Lähde Wikipedia - Tiesuola

  Suolaus alentaa jään sulamispistettä ja tie pysyy sulana.