Valtakunnalliset valinnaiset opinnot
Molekyylit ja mallit (KE3)
Moduulissa tarkastellaan hiilen yhdisteitä, niiden rakennetta ja ominaisuuksia. Tieto- ja viestintäteknologiaa käytetään molekyylien mallintamisessa. Hiilen yhdisteiden kemian merkitystä opiskelijan omaan elämään tarkastellaan hyvinvoinnin ja terveyden kannalta. Moduulissa painottuvat myös yhteiskunnallisen osaamisen ja globaaliosaamisen laaja-alaiset tavoitteet.
Yleiset tavoitteet
- osaa käyttää ja soveltaa tietoa hiilen yhdisteistä jokapäiväisen elämän ilmiöissä
- osaa soveltaa ainemäärän ja konsentraation käsitteitä
- osaa tutkia kokeellisesti ja erilaisia malleja käyttäen hiilen yhdisteitä
- ymmärtää, kuinka tieto hiiliyhdisteistä rakentuu kokeellisen toiminnan ja siihen kytkeytyvän mallintamisen kautta
- osaa käyttää tieto- ja viestintäteknologiaa mallintamisen välineenä.
Keskeiset sisällöt
- liuoksen valmistus ja laimentaminen sekä standardisuoran sovittaminen pitoisuuden määrittämiseksi
- hiilivetyjen sekä hiilen happi- ja typpiyhdisteiden funktionaaliset ryhmät ja nimeämisen perusteet
- hapettuminen ja pelkistyminen hiilen happiyhdisteissä
- hiilen yhdisteiden rakenteiden mallintaminen ja ominaisuuksien selittäminen rakenteen avulla
- suhdekaavan ja molekyylikaavan selvittäminen laskennallisesti sekä rakenneisomeria
- kvanttimekaaninen atomimalli, hybridisaatio ja stereoisomeria hiiliyhdisteissä
- tutustuminen spektrien antamaan informaatioon aineen rakenteesta
Laaja-alainen osaaminen
Moduulissa käsitellään orgaanisia yhdisteitä, joiden merkitys yhteiskunnassamme on suuri. Moduulin aikana opiskelijan käsitys kemian merkityksestä elämäntapamme mahdollistajana vahvistuu. Tieto- ja viestintätekniikan osaaminen korostuu moduulin aikana, kun hiiliyhdisteiden piirtämistä harjoitellaan.
Yhteiskunnallista osaamista sekä monitieteistä ja luovaa osaamista arvioidaan jatkuvana arviointina sekä summatiivisesti.
Kemiallinen reaktio (KE4)
Moduulissa tarkastellaan erilaisia kemiallisia reaktioita ja niiden merkitystä elinympäristössä. Reaktioiden tarkastelussa edetään havainnoista reaktiotuotteiden päättelyyn ja reaktioyhtälön kirjoittamiseen. Reaktioyhtälöä käytetään myös reaktion kvantitatiivisessa tarkastelussa. Moduulin sisällöt mahdollistavat ryhmissä työskentelyn ja kokeellisen työtavan, joissa painottuvat monitieteisen ja luovan osaamisen sekä vuorovaikutusosaamisen laaja-alaiset tavoitteet.
Yleiset tavoitteet
- saa kokonaiskuvan kemiallisten reaktioiden moninaisuudesta ja merkityksestä elinympäristössämme
- osaa käyttää ja soveltaa reaktioihin liittyviä käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön ja yhteiskunnan ilmiöissä sekä nykyteknologian sovelluksissa
- osaa tutkia kemiallisia reaktioita kokeellisesti ja erilaisia malleja käyttäen
- ymmärtää aineen häviämättömyyden merkityksen kemiassa.
Keskeiset sisällöt
- reaktioiden tutkiminen kokeellisesti sekä tutkimustulosten käsitteleminen, tulkitseminen ja esittäminen
- kemiallisen reaktion symbolinen ilmaisu ja tasapainottaminen, reaktiotuotteiden kaavat ja nimet
- saanto ja rajoittava tekijä kemiallisessa reaktiossa
- ideaalikaasun tilanyhtälö ja ainemäärä
- saostumis- ja hajoamisreaktio, palamisreaktio
- protolyysi, neutraloituminen ja titraus analyysimenetelmänä
- additio, eliminaatio, substituutio, kondensaatio ja hydrolyysi hiiliyhdisteissä sekä yleisimpien biomolekyylien muodostuminen
- polymeroitumisreaktiot, polymeerien ominaisuudet, käyttö ja elinkaari
Laaja-alainen osaaminen
Moduulin keskeisiä sisältöihin kuuluu polymmeroitumisreaktiot, polymerien ominaisuudet, käyttö ja elinkaari. Nämä sisällöt liittyvät eettisyys ja ympäristöosaamisen laaja-alaiseen osaamiseen. Opiskelijan monitieteinen ja luova osaaminen vahvistuu, kun opiskelija oppii soveltamaan reaktioihin liittyviä käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön ja yhteiskunnan ilmiöissä sekä nykyteknologian sovelluksissa. Monitieteistä osaamista voidaan vahvistaa tutustumalla yrityksiin, tai hyödyntämällä virtuaalisia asiantuntijavierailuita.
Laaja-alaisen osaamisen sisältöjä arvioidaan moduulin keskeisten sisältöjen osaamisen arvioinnin yhteydessä. Lisäksi voidaan kirjoittaa esimerkiksi arvioitavia raportteja tai muita tutkielmia.
Kemiallinen energia ja kiertotalous (KE5)
Moduulissa 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 moduulissa korostuvat vuorovaikutusosaamisen tavoitteet.
Yleiset tavoitteet
- 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
Laaja-alainen osaaminen
Moduulissa käsitellään kemiallisen energian varastointia ja hyödyntämistä sekä energian tuotantoa. Pohtimalla esimerkiksi kemian merkitystä kestävämpien ratkaisujen tuottajana teollisuusprosesseissa, kierrätyksessä ja uusiutuvan energian tuotannossa, voidaan tukea eettisyyden ja ympäristöosaamisen vahvistumista. Lisäksi voidaan tutustua Suomen kaivos- ja metalliteollisuuteen, metallien valmistus- ja jalostusprosesseihin, metallien riittävyyteen sekä kierrätykseen.
Pareittain tai pienissä ryhmissä toteutetut kokeelliset tutkimukset esimerkiksi sähkökemiallisista pareista, elektrolyysistä tai reaktioentalpian määrityksestä, vahvistavat vuorovaikutusosaamista. Tutkimussuunnitelman tai ongelmanratkaisun ideointi ja suunnittelu pienryhmissä vahvistaa vuorovaikutusosaamisen lisäksi luovaa osaamista. Vuorovaikutusosaaminen vahvistuu myös laboratoriotöihin liittyviä raportteja kirjoitettaessa.
Laaja-alainen osaaminen arvioidaan soveltuvin osin jatkuvana arviointina tai summatiivisesti.
Kemiallinen tasapaino (KE6)
Moduulissa otetaan käyttöön kemiallisen tasapainon käsite ja tarkastellaan sitä kvantitatiivisesti ja kvalitatiivisesti. Tieto- ja viestintätekniikan avulla esitetään tutkimustuloksia graafisesti ja tulkitaan tuloksia. Moduulissa painottuvat hyvinvointiosaamisen sekä eettisen ja ympäristöosaamisen laaja-alaiset tavoitteet.
Yleiset tavoitteet
- tunnistaa kemian merkityksen terveyteen ja ympäristöön liittyvien ongelmien ratkaisemisessa
- osaa tutkia kokeellisesti reaktionopeuteen ja kemialliseen tasapainoon liittyviä ilmiöitä
- osaa käyttää laskennallisia ja graafisia malleja reaktionopeuden ja kemiallisen tasapainon kuvaamisessa, selittämisessä ja ennusteiden tekemisessä
- osaa esittää tutkimustuloksia graafisesti ja arvioida tutkimustuloksia ja -prosessia
- tutustuu teollisuuden prosesseissa ja luonnossa tapahtuviin tasapainoreaktioihin ja niiden merkitykseen.
Keskeiset sisällöt
- kemiallisen reaktion nopeus ja siihen vaikuttavat tekijät
- homogeenisen tasapainon kvalitatiivinen ja kvantitatiivinen käsittely konsentraatioilla, tasapainotilaan vaikuttaminen
- hapot ja emäkset ja niihin liittyvät käsitteet sekä palamistuotteiden reaktiot vedessä
- happo-emästasapainon laskennallinen käsittely
- puskuriliuosten toimintaperiaate sekä elimistön ja luonnon puskurisysteemejä kvalitatiivisella tasolla
- reaktionopeuteen ja tasapainoreaktioihin liittyvien ilmiöiden tutkiminen kokeellisesti sekä ilmiöiden mallintaminen ja analysointi graafisesti tietokonesovelluksella
- tutustuminen kemian tarjoamiin mahdollisuuksiin jonkin terveyteen tai ympäristöön liittyvän ongelman ratkaisemisessa
Laaja-alainen osaaminen
Moduulissa voidaan tutustua hiilidioksidin pitoisuuteen vaikuttaviin tekijöihin ilmassa ja vedessä, pohtia happamoitumisen syitä ja seurauksia sekä happamoitumisen vähentämistä. Näin vahvistuu eettisyys- ja ympäristöosaaminen.
Moduulissa vahvistetaan opiskelijan tvt-taitoja opettelemalla määrittämään graafisesti reaktionopeutta sekä piirtämään ja tulkitsemaan titrauskäyriä. Näiden taitojen harjoittelu lisää opiskelijan monitieteistä ja luovaa osaamista.
Laaja-alaisen osaamisen osa-alueet voidaan arvioida osana formatiivista ja summatiivista arviointia.