1.

Protonien määrän ilmoittaa järjestysluku, joka kirjoitetaan alaindeksiin. Siten protoneja on uraanilla 92, bariumilla 56 ja kryptonilla 36. Nämä luvut ovat myös elektronien lukumäärät, sillä atomissa on elektroneja yhtä monta kuin protoneja. Neutronien lukumäärä saadaan vähentämällä järjestysluku massaluvusta: neutroneja on uraanilla 235 − 92 = 143, bariumilla 140 − 56 = 84 ja kryptonilla 93 − 36 = 57.

2.

a) Ainoa tasan 10 elektronia sisältävä atomi on neon, jonka järjestysluku on 10.

b) Molekyylin sisältämien elektronien lukumäärä saadaan laskemalla yhteen molekyylin sisältämien atomien elektronit. Esimerkiksi vesi, H₂O, sisältää 10 elektronia, sillä yksi happoatomi sisältää 8 elektronia ja kumpikin vetyatomi sisältää 1 elektronin. Muita vaihtoehtoja ovat vetyfluoridi HF (1 + 9), ammoniakki NH₃ (7 + 3) ja metaani CH₄ (6 + 4).

c) Anioni on negatiivinen ioni. Jos esimerkiksi happiatomi, joka sisältää 8 elektronia, saa 2 elektronia lisää, syntyy 10 elektronia sisältävä oksidi-ioni O²⁻. Muita vaihtoehtoja ovat fluoridi-ioni F⁻, nitridi-ioni N³⁻ ja hydroksidi-ioni OH⁻.

d) Kationi on positiivinen ioni. Koska natriumin järjestysluku on 11, yhden elektronin menettänyt natriumatomi eli natriumioni Na⁺ sisältää 10 elektronia. Muita vaihtoehtoja ovat magnesiumioni Mg²⁺, alumiini-ioni Al³⁺ ja ammoniumioni NH₄⁺.

3.

Atomi on alkuaineen pienin samanlaisena toistuva yksikkö. Alkuaineella voidaan viitata yksittäiseen atomiin tai minkälaiseen ainemäärään tahansa, kunhan aineen kaikissa atomeissa on yhtä monta protonia. Molekyyli taas on yhdisteen pienin toistuva yksikkö. Kaikki yhdisteet eivät koostu molekyyleistä; jotkin yhdisteet muodostuvat esimerkiksi ioneista.

4.

a) Kaava C₅H₁₄ ei vastaa mitään sellaista yksittäisen molekyylin rakennekaavaa, jossa hiili muodostaa neljä sidosta ja vety yhden sidoksen, sillä 5 hiiliatomia voi sitoa korkeintaan 12 vetyatomia.

b) Tyydyttynyt 3 hiiliatomin hiilivetymolekyyli sisältää 8 vetyatomia. Molekyylissä C₃H₄ pitää siten olla yksi kolmoissidos, kaksi kaksoissidosta tai yksi rengas ja yksi kaksoissidos.


https://peda.net/id/tT4Rm2
Propyyni, alleeni ja syklopropeeni.

c) Kaava C₄H₁₀ vastaa tyydyttynyttä hiilivetyä, butaania. Typpi muodostaa kolme sidosta, joten jos butaanin rakenteeseen yritetään lisätä yksi typpiatomi, yksi sidos jää ikään kuin käyttämättä. Kaava C₄H₁₀N ei siten vastaa mitään mahdollista rakennetta.

d) Kaava C₃H₈ vastaa tyydyttynyttä hiilivetyä. Koska happiatomien lisääminen ei muuta vetyatomien määrää, molekyylikaavalle C₃H₈O₁₀ voidaan piirtää ainakin teoriassa mahdollisia rakennekaavoja.

https://peda.net/id/jQFTm2
Yksi teoriassa mahdollinen rakenne. Muissa vaihtoehdoissa on O–O-happisiltoja.

5.

Ammoniakki on kaasumainen yhdiste, joka koostuu NH₃-molekyyleistä. Ammoniakissa typpi- ja vetyatomien välillä on yksinkertaisia kovalenttisia sidoksia. Sidoksilla typpi on saavuttanut vakaan elektronirakenteen nimeltä oktetti.

Ammoniakkimolekyylin atomeista typellä on suurempi elektronegatiivisuus, joten typpi vetää molekyylissä elektroneja enemmän puoleensa ja sillä on negatiivinen osittaisvaraus. Varausjakaumansa perusteella ammoniakkimolekyyli on dipoli/poolinen, ja siten se liukenee hyvin veteen / poolisiin liuottimiin. Ammoniakkimolekyylien välille voi muodostua vetysidoksia, jotka selittävät ammoniakin molekyylimassaan suhteutettuna melko korkean sulamispisteen/kiehumispisteen.

6.

Auton tankkiin kerääntynyt kosteus saattaa jäätyä kylmällä ilmalla ja haitata siten polttoainejärjestelmän toimintaa. Vesi ei liukenee hiilivetyihin, joista polttoaineet yleensä pääasiassa koostuvat, mutta etanoli voi liuottaa veden itseensä. Vesi kulkeutuu etanolin mukana moottoriin, höyrystyy etanolin ja polttoaineen palaessa ja poistuu pakokaasujen mukana.

(Jäänestoaineen hyödyt ovat kyseenalaisia, jos autossa on nykyaikainen polttonesteensyöttö ja etenkin jos käytetään etanolia sisältävää E10-bensiiniä.)

7.

Asetonin oktanoli-vesijakautumissuhde on 0,6, eli asetonin pitoisuus oktanolissa on 60 prosenttia aineen pitoisuudesta vedessä. Asetoni siis liukenee jonkin verran paremmin veteen kuin oktanoliin. Bentseeni sen sijaan liukenee 500 kertaa paremmin oktanoliin kuin veteen. DDT:llä oktanoli-vesijakautumissuhde on 2 000 000, joten se on erittäin rasvaliukoinen aine.

Mitä suurempi oktanoli-vesijakautumissuhde on, sitä helpommin aine liukenee rasvoihin. Tällainen aine ei poistu helposti virtsassa, ja se saattaa kertyä kudoksiin. Biologinen kertyvyys voi aiheuttaa ongelmia ympäristössä.

Lääkeaineiden toiminnassa tärkeitä ominaisuuksia ovat aineen imeytyminen ja vuorovaikutus reseptorin kanssa. Kumpaankin ominaisuuteen vaikuttaa aineen rasvaliukoisuus, jota voidaan mitata oktanoli-vesijakautumissuhteella.

8.

a) Bentseeni ja naftaleeni ovat molemmat poolittomia hiilivetyjä, mutta naftaleeni on molekyylimassaltaan selvästi bentseeniä suurempi. Naftaleenissa on siis enemmän elektroneja ja siten naftaleenimolekyylien välillä dispersiovuorovaikutukset ovat voimakkaampia kuin bentseenimolekyylien välillä. Voimakkaat vuorovaikutukset tarkoittavat korkeaa kiehumispistettä, joten naftaleenilla on korkeampi kiehumispiste kuin bentseenillä. (Kiehumispisteet ovat 218 °C ja 80 °C.)

b) Bentsoehappo on molekyylimassaltaan hieman bentsaldehydiä suurempi. Bentsoehappo voi muodostaa vetysidoksia, mutta bentsaldehydille se ei ole mahdollista. Erityisesti vetysidosten takia bentsoehapolla on korkeampi kiehumispiste kuin bentsaldehydillä. (Kiehumispisteet ovat 249 °C ja 179 °C.)

c) Fenoli ja aniliini ovat molekyylimassaltaan samanlaiset, ja ne voivat kumpikin muodostaa vetysidoksia. Aineiden kiehumispisteiden voidaan siten arvioida olevan lähellä toisiaan. (Fenolin kiehumispiste on 182 °C ja aniliinin kiehumispiste on 184 °C.)

9.

a) - Aminoryhmä

- Amidiryhmä (-CON-)

- Hiili-hiili-kaksoissidoksia

b) C₈H₁₀N₄O₂ M = 194,2 g/mol

c) c = n/V = m/(MV) = 0,100 g / (194,2 g/mol · 0,125 l) = 0,004119 mol/l ≈ 4,1 mM

 

10.

a) - Aminoryhmiä

- Karboksyylihapporyhmä

b) Lysiini on aminohappo, jota löytyy esim. soluista ja proteiineista.

c) Hyvin happamassa karboksyylihapporyhmä on happomuodossa (-COOH) ja aminoryhmät ionisoituneita (happomuodossa) (-NH₃⁺). Emäksisessä karboksyylihapporyhmä luovuttanut protonin (-COO^–) ja aminoryhmät luovuttaneet (-NH₂)

d) Lysiinin moolimassa M (kuvassa oleva muoto) = 146,19 g/mol

Saantisuositus viikossa = 5,88 g

Ainemäärä n = m/M = 5,88 g / 146,19 g/mol = 0,04022 mol ≈ 0,040 mol

 

11. 

a) Klorofylli a toimii yhteyttämisessä eli fotosynteesissä pigmenttinä, joka absorboi näkyvää valoa. Lähes kaikissa yhteyttävissä eliöissä on klorofylli a:ta ja se on yleisimpiä maapallon orgaanisia yhdisteitä.

b) Pitkä hiilivetyketju aiheuttaa poolittomuuden, joten klorofylli a ei liukene poolisiin liuottimiin, kuten veteen, mutta liukenee poolittomiin liuottimiin, kuteen bentseeniin.

c) - Aminoryhmä

- Esteriryhmä

- Karbonyyliryhmä (ketoni)

- Hiili-hiili-kaksoissidoksia

d) M = 893,5 g/mol

e) c = n/V = m/(MV) = 0,000050 g / (893,5 g/mol · 1 l) = 5,59597 · 10^-8 M ≈ 56 nM

 

12.

a) Hydroksyyliryhmä (-OH), hiili-hiili-kaksoissidos

b) Pooliton yhdiste, joten liukenee huonosti pooliseen veteen, mutta hyvin poolittomampaan dietyylieetteriin.

c) Muodostuu kolesterolin ja etikkahapon välinen esteri. Lisäksi muodostuu vettä.
https://peda.net/id/2RhQm2

d) Lipidit ovat joukko eliöissä esiintyviä, veteen liukenemattomia (rasvaliukoisia) yhdisteitä. Kolesterolia tarvitaan esimerkiksi solukalvon rakenteen jäykistämiseen.

 

13.

a) Aminoryhmä voi olla hautautunut syvälle molekyyliin, jolloin se ei pääse muodostamaan sidoksia liuottimen molekyylien kanssa (esim. tertiääriset amiinit). Toisaalta amiinissa voi olla pitkä hiilivetyketju, joka tekee koko molekyylistä poolittoman.

b) Amiinit muuttuvat kationimuotoon (-NH₃⁺), niiden poolisuus kasvaa ja ne liukenevat pooliseen veteen.

c) Amiinin ja veden seos on liuos, liuottimena vesi ja liuenneena aineena amiini.

d) HCl (aq) + C₆H₁₅N (aq) ➞ Cl^– (aq) + C₆H₁₆N⁺ (aq) (neutraloituminen). Neutraloitumisreaktiossa muodostuu suolaa.

e)
https://peda.net/id/4GM3m2

***** Mirja ja Ahti Karjalainen 2007 (CC BY-SA 3.0) *****

14. YO K2007 T7 A-B

a)
A on aromaattinen aldehydi.
B on aromaattinen eetteri.
C on fenoli.
D on aromaattinen amiini.

b)
Aldehydi hapettuu karboksyylihapoksi. Kertaa luku O2.

https://peda.net/id/3nr2m2


15. YO K2001 T7


https://peda.net/id/NNj3m2
 
 
16. YO S2001 T6


https://peda.net/id/N2Q2m2



17. YO K2004 +8

Aihe on varsin laaja, joten rajaukset ovat tarpeen. Ohessa jäsennysehdotus. Se ei suinkaan pyri olemaan ainoa oikea, jokeriin voi aina vastata monella erinomaisella tavalla.

18. YO K2005 T3

:right

 
 
19. S2005 T4

:right
Alkoholin molekyylikaava on C₅H₁₂O. Mahdolliset alkoholit (A – C) ovat:


 
20. YO K1996 T1

Molekyyleillä on sekä hetkellisiä että pysyviä dipoliominaisuuksia. Hetkelliset dipoliominaisuudet johtuvat elektronien liikkeestä.

Hetkelliset dipolit aiheuttavat muuten poolittomien molekyylien välille vetovoimia, jotka ovat sitä suurempia, mitä enemmän molekyylissä on elektroneja. Myös molekyylin pinnan laajuus vaikuttaa näiden voimien suuruuteen. Tällaisia voimia sanotaan dispersiovoimiksi (van der Waalsin sidoksiksi). Nämä vuorovaikutukset eivät ole kovin voimakkaista, mistä johtuu se, että poolittomien molekyyliyhdisteiden sulamis- ja kiehumispisteet ovat yleensä matalia. Alkaanisarjan fysikaalisten ominaisuuksien säännöllinen muuttuminen kuvastaa hyvin dispersiovoimien ja molekyylikoon välistä suhdetta: suuret suoraketjuiset molekyylit vaativat korkeamman lämpötilan sulaakseen ja kiehuakseen kuin pienimolekyyliset. Elektronimäärän vaikutus näkyy myös halogeenisarjassa. F₂, Cl₂ ovat kaasuja, Br₂ on neste ja I₂ on kiinteä aine huoneenlämpötilassa.

Pysyviä dipoleja syntyy molekyyleihin, jotka ovat muodostuneet elektronegatiivisuudeltaan erilaisista atomeista eivätkä ole rakenteeltaan siten symmetrisiä, että varausjakauma kumoutuisi. Esimerkiksi H₂O ja HCl ovat tällaisia molekyylejä, mutta CO₂ ei ole.

https://peda.net/id/Mtd4m2

Rakennekaavoihin on merkitty vapaat elektroniparit pistepareilla. Elektronien runsaus johtaa negatiivisen osittaisvarauksen syntyyn. Vesimolekyylin (H₂O) ja hiilidioksidimolekyylin (CO₂) erilainen luonne johtuu sidosten suuntautumisesta ja molekyylin muodosta: hiilidioksidissa osittaisvarausten vaikutus kumoutuu niiden sijainnin takia. vesimolekyylissä taas ei sen v:tä muistuttavan rakenteen vuoksi. Vetykloridin (HCl) dipoliluonne selittyy molekyylin muodon ja elektronijakauman perusteella.

Pysyvien dipolien väliset vuorovaikutukset ovat dispersiovoimia vahvempia ja sen seurauksena yhdisteiden sulamis- ja kiehumispisteet ovat korkeampia kuin poolittomilla vastaavankokoisista molekyyleistä muodostuneilla yhdisteillä. Mikäli molekyylissä on vetyä ja happea tai fluoria, voi muodostua myös ns. vetysidoksia. Juuri vetysidosten osuudella selitetään veden korkea sulamis- ja kiehumispiste, 0 °C ja 100 °C. Vertailukohtana mainittakoon, että esimerkiksi metaanin CH₄ sulamispiste on –184 °C ja kiehumispiste –161 °C. Vetysidosten vaikutus näkyy selvästi myös vertailtaessa alkaanien ja alkoholien kiehumispisteitä.




21. YO S1996 T6

 
***** Mirja ja Ahti Karjalainen 2007 (CC BY-SA 3.0) *****


22.

https://peda.net/id/4tRLm2


23.

TLC-levy on polaarinen, minkä vuoksi poolisten aineiden ja TLC-levyn välille muodostuu heikkoja vuorovaikutuksia. Vuorovaikutukset hidastavat niiden matkaa ja ne liikkuvat levyä pitkin hitaammin kuin poolittomat aineet.

Lue lisää: TLC-video You Tubesta.


24.

• 0,002 mol
• aromaattinen bentseenirengas
• karboksyyliryhmä