Opintojaksossa käsitellään kemiallista energiaa ja energian varastointi- ja hyödyntämistapoja. Siinä perehdytään luonnontieteellisen tutkimuksen suunnitteluun sekä tarkastellaan hapettumis- ja pelkistymisreaktioita ja niiden sovelluksia. Eettisyyden ja ympäristöosaamisen laaja-alaisten tavoitteiden lisäksi korostuvat vuorovaikutusosaamisen tavoitteet.

Yleiset tavoitteet

Opintojakson tavoitteena on, että opiskelija

• ymmärtää kemiallisen energian varastoinnin ja hyödyntämisen periaatteita ja osaa perustella mielipiteitään keskustelussa energiaratkaisuista
• ymmärtää energian häviämättömyyden ja energianmuutokset kemiallisissa reaktioissa
• tuntee merkittävien metallien ominaisuuksia sekä valmistus- ja jalostusprosesseja ympäristövaikutuksineen
• osaa tutkia sähkökemiaan liittyviä ilmiöitä kokeellisesti ja kuvata niitä malleja käyttäen
• tuntee yhteiskunnassa merkittävien metallien kierrätyksen ja kiertotalouden periaatteet sekä niihin liittyviä ratkaisuja.

Keskeiset sisällöt

• reaktiossa sitoutuva tai vapautuva energia muodostumisentalpioiden, sidosenergioiden ja Hessin lain avulla
• reaktiosarja- ja seoslaskujen periaatteet
• hapetusluvut ja hapettumis-pelkistymisreaktiot
• metallien ominaisuuksia ja käyttökohteita, valmistus- ja jalostusprosesseja sekä riittävyys ja kierrätettävyys
• sähkökemian keskeiset periaatteet: jännitesarja, normaalipotentiaali, kemiallinen pari, elektrolyysi ja kemiallisen energian varastointi
• luonnontieteelliseen tutkimukseen tutustuminen tai tutkimuksen tai ongelmanratkaisun ideointi ja suunnittelu

Opintojakson keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa yhteyksissä: reaktiosarjat teollisuusprosesseissa, kaivannaisteollisuuden merkitys yhteiskunnassa, energian tuotanto, varastoiminen ja käyttö uusiutuvassa energiataloudessa sekä hybridienergia.

Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeellisilla tutkimuksilla: liukenemis- tai reaktioentalpian määritys kalorimetrissä, hapetus-pelkistystitraus, sähkökemiallisen parin jännitteen mittaaminen, esineen pinnoittaminen elektrolyyttisesti, veden hajotus elektrolyysillä sekä polttokennon toiminnan tutkiminen.

Laaja-alainen osaaminen

Eettisyys ja ympäristöosaaminen: Eettisyyden ja ympäristöosaamisen vahvistamiseksi tarkastellaan kemian merkitystä eettisesti kestävämpien ratkaisujen tuottajana erilaisissa teollisuusprosesseissa, kierrätyksen tehostamisessa sekä uusiutuvan energian tuotannossa ja varastoinnissa (esim. YO S2019, T9). Opetuksessa esitellään Suomen kaivos- ja metalliteollisuutta pohtien sen hyötyjä ja toisaalta ympäristövaikutuksia. Ympäristöosaamista vahvistetaan tarkastelemalla katalyyttien käyttöä kemiallisissa reaktioissa, esimerkiksi auton katalysaattorissa (esim. YO K2019, T9).

Vuorovaikutusosaaminen: Erilaisten kemiaan liittyvien energiaratkaisujen pohtiminen esimerkiksi väittelyin, paneeli- tai opetuskeskusteluin (esim. auton käyttövoima – bensiini, vety, kaasu, etanoli, sähkö, hybridi) vahvistaa vuorovaikutusosaamista. Vuorovaikutusosaamiseen liittyy myös tutkimuksen tai ongelmanratkaisun ideointi ja suunnittelu yhteisöllisesti esimerkiksi pienryhmässä.

Esitietovaatimukset

Kemiallinen reaktio (KE04)

Itsenäinen suoritus on mahdollinen.

Arviointi

Numeroarviointi.