Seuraamme pandemian kehittymistä ja siirrymme tarpeen vaatiessa etäopetukseen. Lue lisää →

Valintakoeanalyysi

Kevään 2020 kokeen kommentit.

Biologia

Tässä on analysoitu vuoden 2020 lääketieteellisen valintakokeen 2. vaiheen biologian tehtäviä. Kokeen ensimmäinen osa järjestettiin etäkokeena, joka koostui pelkästään monivalintatehtävistä. Tässä kokeen toisessa vaiheessa ei ollut monivalintoja lainkaan, vaan tehtävät olivat tyypillisiä lääkiksen pääsykokeen ”pitkiä tehtäviä”. Biologian tehtävissä korostui jopa poikkeuksellisella tavalla ihmisbiologian kurssin BI4 asiat (niin kuin ehkä lääkiskokeessa kuuluukin). Ekologiaa, ympäristötietoa tai evoluution perusteita ei kysytty oikeastaan lainkaan. Huomaa kuitenkin, että näitä kysyttiin paljon monivalinnoissa vaiheen 1 kokeessa. Seassa oli helppoja tehtäviä, mutta pääasiassa tehtävät olivat varsin haastavia. Kokeessa korostuivat viime vuosille tyypilliset haastavat, nopeasti vastattavat tehtävät kuten taulukot (t. 14 ja 17) ja rakennekuvat (t 16).

Tehtävät käsittelivät seuraavia aiheita ja kursseja:

Tehtävä 13 (immuunipuolustus): BI4

Tehtävä 14 (elimistön yhdisteet): BI4

Tehtävä 15 (mutaatiot): BI3+BI5

Tehtävä 16 (munuainen): BI4

Tehtävä 17 (bioteollisuus): BI5

Tehtävä 18 (silmä-aukkotehtävä): BI4

 

Tehtävä 13

a-kohta helponpuoleinen tehtävä immuunipuolustuksesta. Kokeessa on viime vuosina ollut harvemmin ”esseetyyppisiä” tekstintuottotehtäviä. Tässä tehtävässä avainasemassa on kirjoittaa tiiviisti, sillä annettu vastaustila on hyvin rajattu.

b-kohta myös tekstintuottotehtävä. Tehtävä on vähän vaikeasti lähestyttävä, mutta jos huomaa kysymyksessä olevan reesustekijään liittyvä asia, saa tehtävän tehtyä näppärästi. Reesustekijä (ABO-veriryhmän plus tai miinus) joudutaan ottamaan huomioon silloin, jos reesusnegatiiviselle äidille syntyy toinen reesuspositiivinen lapsi. Vaikein kohta on vauvan keltaisuuden ja reesustekijän välinen yhteys, jota ei suoranaisesti lukiossa välttämättä opeteta – se pitänee ymmärtää kontekstista.

Tehtävä 14

Viime vuosien tyypillinen ”haastava nippelitietoa vaativa, nopeasti vastattava taulukontäyttötehtävä”. Vaikeimmat lienevät fibrinogeeni (liittyy veren hyytymiseen, valmistetaan maksassa eikä verihiutaleissa), reniini (liittyy verenpaineen ja veren tilavuuden säätelyyn aldosteronin kanssa, valmistetaan munuaisissa) ja sekretiini (ruuansulatuskanavaa säätelevä hormoni, josta puhutaan lukiossa harvoin – valmistetaan ohutsuolessa). Urea on hieman kompa – muista, että sitä valmistetaan maksassa eikä suinkaan munuaisissa.

Tehtävä 15

a-kohta: sekvenssianalyysitehtävä. Avainasemassa tässä liitteenä annetun taulukon käyttö, jonka avulla voidaan lukea mitä aminohappoja sekvenssit tuottavat. Vaikka tehtävässä ei kysytä aminohapposekvenssiä, on se silti järkevä tuottaa vaikka suttupaperille – se helpottaa tehtävään vastaamista. Myös kysymyspaperiin kannattaa piirtää – helpottaa huomattavasti, jos esim. erottelee kodonit poikkiviivoilla. Sekvenssi I on normaali ”villityyppinen” sekvenssi. Ensimmäinen sudenkuoppa on lukukehys: tekstissä sanotaan, että toinen aminohappo on kysteiini, siis taulukosta joko TGC tai TGT. Sekvenssissä I on alkupuolella TGC, joten ensimmäinen aminohappo on CAT (histidiini), eikä suinkaan GGC (glysiini). Sekvenssin I aminohappojärjestys on siis

CAT-TGC-GAG-CAA-GTA-ATA-TCG-CGA-CTC eli his-kys-gluh-glu-val-isoleu-ser-arg-leu eli 9 aminohappoa.

Samalla tavalla tuotetaan aminohappojärjestykset sekvensseille II, III, IV ja V.

II:

CAT-TGC-GAG-CAA-GTA-ATA-TAG-CGA-CTC eli his-kys-gluh-glu-val-isoleu-STOP. Tässä siis vain kuusi aminohappoa, ja sekvenssi päättyy kesken ylimääräiseen lopetuskodoniin.

III:

CAT-TGC-GAG-CAG-GTA-ATA-TCG-CGA-CTC eli his-kys-gluh-glu-val-isoleu-ser-arg-leu eli 9 aminohappoa. Sekvenssissä ei siis tapahdu mitään muutosta, koska kodonit CAA ja CAG koodaavat molemmat glutamiinihappoa.

IV:

CAT-AGC-GAG-CAA-GTA-ATA-TCG-CGA-CTC eli his-ser-gluh-glu-val-isoleu-ser-arg-leu eli 9 aminohappoa. Kysteiini muuttunut seriiniksi eli yksi aminohappo vaihtuu.

V:

CAT-TGC-GAG-CAA-GTA-ATA-TCG-TCG-AATeli his-kys-gluh-glu-val-isoleu-ser-ser-asp eli 9 aminohappoa. Aminohapot muuttuneet mutaatiokohdasta eteenpäin.

b-kohta: Tämän voi ratkaista nippelitietotehtävänä, jos muistaa miltä emäkset A T G ja C näyttävät rakennekaavaltaan. Isommat emäkset (kaksi rengasta) ovat puriiniemäksiä (A ja G) ja pienemmät yksirenkaiset pyrimidiiniemäksiä (T ja C). Emäsparisäännön mukaan DNA:n parit ovat aina A-T ja C-G eli puriini pariutuu aina pyrimidiinin kanssa. Kuvassa näkyy kahdenlaisia pareja, joista kolmas vasemmalta (kolme vetysidosta) on erilainen – tämä on C-G -pari. Sekvenssin suunta näkyy: juosteen OH-pää on kolmospää (3’) ja fosfaattipää (P) vitospää (5’). Siispä vitospäästä kolmospäähän sekvenssin on oltava ylemmässä juosteessa pyrimidiini-pyrimidiini-pyrimidiini-puriini-pyrimidiini-pyrimidiini tai alemmassa juosteessa puriini-puriini-pyrimidiini-puriini-puriini-puriini. Jos mennään etsimään sekvenssistä I alueita, joille täsmää tämä rimpsu, löydetään ainoastaan kohta AGCAAG (eli puriini (A), puriini (G), pyrimidiini (C), puriini (A), puriini (A) ja puriini (G)). Tämä oli aika haastava.

Tehtävä 16

a-kohta: helpohkonpuoleinen rakennekuva munuaisesta ja nefronista. Vaikein ehkä kohta 4; huomaa että koko rakenne on nimeltään munuaiskeränen – se koostuu hiussuonikeräsestä ja kotelosta.

Kohdat b, c ja d käsittelevät munuaisen toimintaa ja säätelyä. Näyttävät monimutkaisilta, mutta näihin oli nopea vastata: vastaukseksi kelpaavat yksittäiset sanat taulukkoon.

Tehtävä 17

a-kohta: vaikea tehtävä, jossa tulee jälleen täyttää nippelitietoa taulukkoon. Hyvin harva lukiolainen tietää/muistaa fruktoosin tuottoa glukoosin isomeraasilla tai tietää kymosiinin tai fytaasin toiminnasta.

b-kohta sen sijaan on perustehtävä. Vaikein kohta on ehkä hahmottaa ATP välituotteeksi: soluhengityksen lopputuotteena voidaan pitää tässä hiilidioksidia, sillä se aiheuttaa pullien kohoamisen (muodostaa taikinaan kaasurakkuloita). ATP:n hiivasolu käyttää energianlähteenä (se siis kuluu pois). Huomaa, että pullissa muodostuu lopputuotteena etanolia, mutta se haihtuu pois – mummolan pullissa ei siis ole alkoholia.

Tehtävä 18

Helpohkonpuoleinen aukkotehtävä silmän toiminnasta. Huomaa, että tämän tehtävän vastaamisessa on hyötyä kemian tehtävästä 12 (esim kohta 5). Kohta 3 pitää päätellä itse: punavihervärisokeus on yleistä, joten sinistä valoa aistivien tappisolujen häiriöt ovat harvinaisempia.

Fysiikka

Tässä on analysoitu vuoden 2020 lääketieteellisen valintakokeen 2. vaiheen fysiikan tehtäviä. Kokeen ensimmäinen osa järjestettiin etäkokeena, joka koostui pelkästään monivalintatehtävistä. Tässä kokeen toisessa vaiheessa ei ollut monivalintoja lainkaan, vaan tehtävät olivat tyypillisiä lääkiksen pääsykokeen ”pitkiä tehtäviä”. Fysiikan tehtävissä tänä vuonna korostui eri kursseja yhdistelevät tehtävät. Se, että tehtävä käsittelee kahden kurssin asioita tekee tehtävästä vaikeammin lähestyttävän ja pidemmän, vaikka itse fysiikka olisikin hallussa ja yksinkertaista. Huomaa, että tänä vuonna tehtäväkohtaiset pisteet vaihtelivat paljon: pitkästä tehtävistä (esim t. 1) voi saada jopa 16p, lyhyemmastä (esim. t. 6) vain 6p. Kaavojen pyörittely ja pelkillä muuttujilla laskeminen ilman lukuarvoja oli yleistä kuten aikaisempinakin vuosina. Tänä vuonna aalto-oppi oli yliedustettuna pitkissä tehtävissä, sähköoppia sen sijaan oli hyvin vähän. Huomaa kuitenkin, että näitä aiheita kysyttiin kyllä pääsykokeen ensimmäisen vaiheen monivalintakokeessa. Trigonometrian osaaminen oli hyödyllistä tänäkin vuonna, lisäksi monessa tehtävässä vaadittiin sin x -taulukon sujuvaa käyttöä.

 

Tehtävät käsittelivät seuraavia aiheita ja kursseja:

Tehtävä 1: taittumislaki + vetyatomin spektri (FY5+7)

Tehtävä 2: ääni+doppler (FY5)

Tehtävä 3: ideaalikaasu + momentti (FY2+4)

Tehtävä 4: Hiukkanen magneettikentässä (FY6)

Tehtävä 5: teho ja liike (FY4)

Tehtävä 6: braggin laki ja jousi (FY5+7)

 

Tehtävä 1

Tehtävä on aika hankala, koska se yhdistää valon taittumisen fysiikkaa (FY5) ja vetyatomin spektrin ja Bohrin atomimallin fysiikkaa (FY7). Jos nämä asiat osaa erikseen, on tehtävä helpompi kuin miltä se näyttää. Tehtävässä on ymmärrettävä, että valon taittumiskulma kuvassa 1 riippuu valon aallonpituudesta. Koska kyseessä on vedyn emissiospektri, saapuu taittumiskohtaan valoa vain tietyillä aallonpituuksilla (spektriviivojen aallonpituuksilla) niin, että matalin aallonpituus on 410.28 nm. Eli vain näillä tietyillä aallonpituuksilla jää filmille viiva. Tehtävänä on siis määrittää se aallonpituus, joka tuottaa viivan kauimmas tuosta alimmasta viivasta (410.28 nm), joka on vielä näkyvän valon aallonpituudella. Kun tuo aallonpituus tunnetaan, voidaan laskea sen taitekulma ja siitä laskea viivojen etäisyys filmillä.

Kysytty aallonpituus saadaan Bohrin atomimallia kuvaavasta kaavasta

Tämä löytyy kaavaliitteestä, ja myös Rydbergin vakio vedylle (RH kaavassa) löytyy kaavaliitteestä. Tehtävänannossa on sanottu, että Balmerin sarjassa n=2, eli elektroni putoaa kuorelta m kuorelle n = 2. Suurin aallonpituus vastaa pientä energiaa, joten suurin aallonpituus Balmerin sarjassa saadaan, kun elektroni putoaa lyhyimmän matkan, siis kuorelta m = 3 kuorelle n = 2. Sijoittamalla saadaan etäisimmän viivan aallonpituus 656.46 nm (joka osuu näkyvän valon aallonpituudelle).

Lasketaan molempien aallonpituuksien taitekulmat taittumislain perusteella. Taittumislain mukaan saadaan taitekulmaksi (beeta).

Jossa on muistettu, että sin 30° = ½. Jos tätä ei muista, se löytyy myös kaavaliitteen sin x taulukosta. Kaavan n2 on lasin taitekerroin, joka riippuu valon aallonpituudesta. Kulma beeta2 saadaan ottamalla sinin käänteisfunktio eli arkussini. Kun vertaillaan viivojen etäisyyttä, lasketaan molemmille taitekulma beeta (katsotaan kullekkin aallonpituudelle oikea taitekertoimen arvo kuvaajasta 2: n(656 nm) = 1.837 ja n(410 nm) = 1.910. Kun taitekulmista otetaan erotus, saadaan viivojen muodostaman ympyräsektorin keskuskulman suuruus. Arkussinin arvo otetaan tehtävässä annetusta arkussinitaulukosta (arvon voisi lukea myös sin x taulukosta käänteisesti, mutta annettu arkussinitaulukko on tarkempi).

Lopuksi lasketaan sektorin kaaren pituus sen keskuskulman (0.010 radiaania) avulla: Kun filmi suoristetaan, viivojen etäisyys on sektorin kaari. Ympyrän geometriasta (tai radiaanin määritelmästä) muistetaan, että kaaren pituus on keskuskulma (radiaaneina) jaettuna säteellä (15.0 cm, annettu lähtöarvona). Näin saadaan vastaus 1.50 mm.

Tehtävä 2

a-kohta on helppo, laske äänen kulkeman matkan erotus ja vertaa sitä matkaan kuluvan ajan erotukseen. Huomaa, että tehtävässä ei kysytä äänen kulkemaa matkaa verisuonen sisällä, vaan verisuonen kohtisuoraa paksuutta – siispä joudutaan laskemaan paksuus trigonometrian avulla. Tehtävän kulmat ovat helpot (30 ja 60), mutta jos et muista näiden kulmien trigonometristen funktioiden tarkkoja arvoja, ne löytyvät kaavaliitteen sin x taulukosta.

b-kohdassa on annettu lukiolaiselle täysin vieras kaava: tämä kaava on siis tehtävän aineisto, sitä ei kuulu tietää etukäteen. Sen sijaan sitä pitää osata tehtävänannon perusteella soveltaa. Taajuuden muutos f on annettujen taajuuksien erotus eli 2 kHz. Tehtävässä kysytään punasolun vauhtia eli arvoa v. Muut muuttujat on annettu. Ainoa ongelma on kosini, sillä kaavaliitteestä löytyy vain sin x taulukko. Tästä ongelmasta pääsee yli joko (1.) muistamalla muistikolmion sinin ja kosinin arvot (cos 60 = 0.5) tai (2.) muuttamalla kosini siniksi (cos x = sin(90° - x)) ja katsomalla taulukosta. Dopplerin ilmiön avulla voi päätellä punasolun nopeuden suunnan: koska taajuus kasvaa heijastuessa, on punasolun tultava ”kohti” sensoria eli vasemmalle.

Tehtävä 3

Hankalahko, mutta helpon näköinen tehtävä, joka on vaikea koska se yhdistää kahta asiaa: ideaalikaasun tilanmuutoksia ja momenttia/liikkeen lakeja. Huomaa, että mitään lukuarvoja ei ole annettu – tehtävä ratkaistaan siis puhtaasti kirjainmuodossa. Tehtävä kannattaa aloittaa muodostamalla liikeyhtälö: ilmanpaine sekä tanko painovoimallaan painavat pullon korkkia kiinni, ja korkin tukivoima ja pullon sisäinen paine pitävät ne paikallaan. Systeemi on lisäksi pyörimisen suhteen tasapainossa: momentit pisteen A suhteen on oltava summaltaan 0. Kun kaasua lämmitetään, kaasun paine pullossa kasvaa ja alkaa työntää korkki-tanko-systeemiä ylös. Kun paineen aiheuttama voima ylöspäin on yhtä suuri kuin korkin ja tangon paino + ilmanpaine alaspäin, systeemi alkaa liikkua ja ylipaineventtiili aukeaa. Muodostamalla liikeyhtälöt ja soveltamalla Newtonin toista lakia saadaan pullon minimipaine-erolle ilmanpaineeseen nähden lauseke


Paineen muutos pullossa on isokoorinen prosessi: ennen kuin korkki aukeaa, ei pullon sisällä olevan kaasun tilavuus muutu. Voidaan siis soveltaa ideaalikaasun tilanmuutoksen yhtälöä siinä erikoistapauksessa, että tilavuus on vakio (isokoorinen muutos eli Charlesin laki)

Tässä p1 on p0 + p eli ilmanpaine (pullon alkuperäinen paine) + paineen lisäys, joka jo laskettiin. Ratkaistaan kysytty kaasun lämpötila T. Koska kyseessä on lämpötilan raja-arvo, jolloin korkki juuri ja juuri nousee, pitää käyttää suurempi kuin -merkkiä. T0 tässä on huoneen/kaasun alkuperäinen lämpötila.

Tehtävä 4

a-kohta on perustehtävä hiukkasesta mangeettikentässä, joka ajautuu ympyräradalle. Huomaa, että taaskaan lähtöarvoja ei ole annettu. Lähde liikkeelle Newtonin toisesta laista ja magneettisen voiman laista, ja yhdista se normaalikiihtyvyyteen. Sin 90° = 1 koska tullaan kohtisuoraan. Kulmanopeus saadaan kulmanopeuden määritelmästä: ratavauhti jaettuna säteellä.

b-kohta on myös perustehtävä, tässä tarvitaan liike-energian ja kvanttiasioiden osaamista. Elektronilla on alussa liike-energiaa, josta osan se luovuttaa törmätessään ilmakehän molekyylille, joka virittyy. Osa liike-energiasta jää elektronille. Ilmakehän molekyylin viritystila purkautuu heti, ja se säteilee valokvantin, jonka aallonpituus tunnetaan. Tuon kvantin energia on siis se energia, jonka elektroni luovutti ilmakehän molekyylille. Energian säilymislain perusteella siis:

(Elektronin liike-energia alussa) = (kvantin energia) + (elektronin liike-energia lopussa).

Ratkaisemalla liike-energian ja kvantin energian kaavoista elektronin nopeus törmäyksen jälkeen.

Tehtävä 5

Tehtävä näyttää hankalalta, koska tässäkin on kaavoja, joita lukiossa ei opeteta. Ei kuitenkaan hätää, niitä ei kuulukaan osata ennalta. Tehtävä testaa uuden tiedon soveltamistaitoa.

A-kohta on helppo. Tehon määritelmä on tehty työ jossain aikayksikössä; sijoitetaan siis vain teho (210 W) ja aika, ja saadaan tehty työ. Huomaa, että ajan perusyksikkö on sekunti: 2.0 h täytyy muuttaa sekunneiksi (7200 s).

B-kohta on hankalampi. Alkuun pääsee pohtimalla pyöräilijän liikettä: koska vaaditaan, että pyöräilijä kulkee tasaisella nopeudella, on pyöräilijään kohdistuvien kokonaisvoimien oltava summaltaan nolla. Pyörää vie eteenpäin pyöräilijän aiheuttama (kitka)voima, jonka suuruus voidaan laskea pyöräilijän tehosta: W = Fs ja P = W/t eli P = Fs/t eli P = Fv, josta F = P/v. Pyöräilijän vauhti v on annettu (10 km/h, pakko muuttaa yksikköön m/s!)

Pyöräilijää vastustaa seuraavat voimat:

1.Vierimistä vastustava voima. Tälle on annettu kaava tehtävänannossa, ja suureiden Cv ja M arvot löytyvät taulukosta


2.Ilmanvastus. Tällekkin on annettu kaava tehtävänannossa

Ilmanvastus on siitä hankala, että v(ilma) on tehtävänannon mukaan ”pyöräilijän suhteellinen nopeus ilmamassaan verrattuna”. Suhteellinen nopeus on poistettu uudessa opetussuunnitelmassa monista lukion oppikirjoista, mutta sen voi kyllä hoksata tehtävänannosta: koska pyöräilijä kulkee vastatuulen (2.2 m/s), on pyöräilijän suhteellinen nopeus ilman suhteen suurempi kuin 10 km/h (=2.78 m/s), siis v(ilma) = v(pyörä) – v(tuuli) ja koska tuuli puhaltaa vastaan, v(ilma) = 2.78 m/s – (-2.2 m/s) eli n. 4.98 m/s. Koska tämä nopeus on aika suuri, on ilmanvastus myös aika suuri. Muut kaavan tuntemattomien muuttujien arvot löytyvät taulukosta.

3.Painovoima. Koska mennään ylämäkeen, painovoiman pinnan tason suuntainen komponentti G = Mg sin a vastustaa liikettä, jossa a on ylämäen kaltevuus.

Näiden kaikkien voimien summa on oltava nolla. Merkitään ne liikeyhtälöön, ja ratkaistaan kaltevuuskulma a. Ratkaisuna saa sin a = 0.086, jonka avulla voidaan lukea kulma a kaavaliitten sin x taulukosta käänteisesti: käytetään sin x taulukkoa nyt arkussinitaulukkona. Etsitään siis se kulma x, jonka arvolla sin x on noin 0.086. Lähimpänä on kulma n. 5 astetta.

Tehtävä 6

Tämä on vaikea ja hankalannäköinen tehtävä – kuitenkin vain 6 pisteen arvoinen. Tässä yhdistyy jousiasiat kurssista FY5 ja Braggin laki, joka kuuluu kurssiin FY7, mutta on vähän vieras ja usein jää marginaaliin. Braggin laki kuitenkin liittää kidehilan kerrosten välisen etäisyyden d, saapuvan säteilyn aallonpituuden, pinnan ja heijastussäteen välisen kulman ja heijastuksen kertaluvun n toisiinsa. (Lukion kirjoissa kertaluvulle voidaan käyttää myös symbolia k). Jos Braggin lakia ei muista ulkoa, se löytyy kaavaliitteestä:

Braggin lain käytössä on huomattava, että sijoitettava kulma on pinnan ja heijastuvan säteen välinen kulma eikä pinnan normaalin ja heijastuvan säteen välinen kulma eli heijastumiskulma (niinkuin esim taittumislaissa). Vinkin tähän saa kuvasta: kulma theeta on kuvaan merkitty säteen ja pinnan väliin. Tekstissä puhutaan heijastuskulmasta, joten se on muutettava ennen sijoitusta oikeaksi kulmaksi.

Kun ”jousia” puristetaan, lyhenee kidehilan kerrosten väli d. Voidaan siis laskea kidehilan kerrosväli d tilanteessa 1, jolloin jousia ei kuormiteta: tällöin n = 1, kulma theeta on 60 astetta ja aallonpituus on 630 nm. Kun jousia puristetaan, lasketaan uusi (lyhyempi) kerrosväli d2, tällöin theeta on edelleen 60 ja kertaluku edelleen n = 1, mutta aallonpituus 530 nm. Näistä voidaan laskea jousien puristuma (= pituuden muutos) eli x = d2-d1 eli n. -57.7367 nm.

Koska pinnassa on lukuisia ”jousia”, jotta voidaan arvoida yksittäisen jousen jousivakiota täytyy ensin tietää jousten lukumäärä: se voidaan laskea tehtävänannon tutkittavan pinta-alan ja ”jousitiheyden” avulla. Jousien lukumäärä N =3 ∙ 10 9 kpl .

Yhden jousen puristusta vastustavaa voimaa kuvaa jousivoima F = -kx, jossa k on kysytty jousivakio ja x puristuma. Koska jousia oli aika monta, kokonaisvoima F(tot) = -Nkx. Kokonaisvoima oli annettu (300 N), joten ratkaistaan k: n. 2 N/m.

Kemia

Tässä on analysoitu vuoden 2020 lääketieteellisen valintakokeen 2. vaiheen kemian tehtäviä. Kokeen ensimmäinen osa järjestettiin etäkokeena, joka koostui pelkästään monivalintatehtävistä. Tässä kokeen toisessa vaiheessa ei ollut monivalintoja lainkaan, vaan tehtävät olivat tyypillisiä lääkiksen pääsykokeen ”pitkiä tehtäviä”. Kokeessa korostuivat erityisesti orgaanisten yhdisteiden reaktiot. Tehtävien pistemäärät vaihtelivat poikkeuksellisen paljon: pisimmästä tehtävästä 10 sai jopa 17 p, lyhyimmästä (t. 9) vain 6 p. Muutamat tehtävistä olivat hankalia, mutta seassa oli myös paljon perustehtäviä, joista sai hyvin pisteitä jos perusasiat olivat hallussa.

 

Tehtävät käsittelivät seuraavia aiheita ja kursseja:

Tehtävä 7: orgaanisten aineiden reaktiot (KE2+3)

Tehtävä 8: orgaanisen aineen reaktiolasku + happovakio (KE2 +3 +5)

Tehtävä 9: ATP ja entalpia (KE3)

Tehtävä 10: NMR-spektroskopia ja reaktiolasku (KE2+3)

Tehtävä 11: elektrolyysi (KE4)

Tehtävä 12: Retinaalin reaktiot (KE2+3)

 

Tehtävä 7

Perustehtävä orgaanisten yhdisteiden reaktioista.

a-kohdassa OH-ryhmät reagoivat ja muodostavat esterisillan: molekyyli menee ”rullalle” (=molekyylinsisäinen esteri)

B-kohdassa hydrolyysi osuu esterisidokseen, syntyy etaanihappoa ja renkaaseen jää fenolinen OH-ryhmä.

C-kohdan yhdisteessä on amidisidos, joka on muodostunut, kun amiinin aminoryhmä ja karboksyylihapon COOH-ryhmä reagoivat.

Tehtävä 8

Perustehtävä, jossa yhdistetään a-kohdan orgaanisten yhdisteiden nimeämistä, b-kohdan reaktiolasku ja c-kohdan happovakiolasku. Huomaa, että kohdilla a, b ja c ei ole mitään tekemistä toistensa kanssa – jos jotain kohtaa ei osaa, voi silti mainiosti vastata muihin kohtiin.

a-kohdassa aloita hiilten numerointi happoryhmän hiilestä: kyseessä on pentaanihappo (5 hiiltä). Kakkoshiilestä roikkuu kolmen hiilen ryhmä, eli propyyliryhmä.

b-kohdassa muodostetaan reaktioyhtälö (esim suttupaperille): koska valproiinihapossa on yksi karboksyylihapporyhmä, tarvitaan 1 mol natriumhydroksidia muodostamaan 1 mol natriumvalproaattia eli valproaattihapon natriumsuolaa. Vastauksen saa helposti ainemäärän kaavojen avulla. Valproiinihapon moolimassa on annettu, natriumhydroksidin moolimassan saa laskettua kaavaliitten jaksollisen järjestelmän avulla.

c-kohdassa voidaan protolysoitumisasteen (0.85) avulla ilmoittaa happomuodon [HA] osuus verrattuna emäsmuotoon [A-] kun pH on 4.00. Koska kaikista molekyyleistä 85% on happomuodossa, saadaan:

Tästä sieventämällä [A-] supistuu pois. Oksoniumionikonsentraatio tiedetään: liuoksen pH oli annettu (4.00).

Tehtävä 9

Tehtävä näyttää hankalalta, mutta on helpompi kuin miltä näyttää.

a-kohdassa lasketaan syntyvien ja hajoavien sidosten avulla energianmuutos. Biologiasta tiedetään, että ATP:n hajoaminen vapauttaa energiaa, joten entalpian muutos pitäisi olla negatiivinen. Lähtöaineissa hajoaa sidokset O-H (vesi) ja O-P (ATP), ja lopputuotteissa muodostuu sidokset O-P (H3PO4) ja O-H (ADP). Entalpiamuutos siis (490+276-440-350) = -24 kJ/mol. Huomaa, että O-H ja O-P sidosten energia on erilainen eri yhdisteissä.

b-kohta on hankalampi, ja vaatii tekstintuottoa, mikä on kemian tehtävissä harvinaista. Tärkeää on kirjoittaa tiiviisti – vastaustila on rajoitettu. Yksi kolmesta tarkastelukeinosta riittää. Tämä oli hankala.

Tehtävä 10

Tehtävä on pitkä, aika haastava ja käsittelee NMR-spektroskopiaa, joka on aiheena lukiolaisille aika vieras. NMR-spektroskopian toimintaperiaatetta ei tosin tarvitse osata, vaan tehtävänannossa on kerrottu kaikki tarvittava. Tärkein on huomata, että kyseessä on H1NMR-spektri, eli spektrissä näkyy piikkeinä pelkät protonit (eli orgaanisissa yhdisteissä vetyryhmät H-). Tehtävästä saa hurjan paljon pisteitä (17p), joten tätä ei kannattanut jättää tyhjäksi, vaikka tehtävä olikin aika luotaantyöntävän näköinen.

Kokeessa tutkitaan, paljonko fosfomolybdeenihapossa on mukana kidevettä. Tekstissä on sanottu, että fosfomolybdeenihapon omat vetyryhmät (protonit) eivät näy spektrissä. Lisäksi mittauksessa on mukana tetrahydrofuraania, jonka vetyryhmät sen sijaan näkyvät spektrissä. Tetrahydrofuraanin rakennekaava näkyy kuvassa. Tetrahydrofuraani on vedettömässä liuoksessa (deuteroidussa metanolissa), joten kaikki vesi joka spektrissä näkyy, on peräisin fosfomolybdeenihapon kidevedestä. Myöskään deuteroitu metanoli ei näy spektrissä, koska sillä on vetyatomien tilalla deuteriumia (D, vedyn raskas isotooppi, ei näy H1 NMR-spektrissä, koska deuterium D on H2).

Spektrissä näkyy kolme piikkiä, jotka ovat peräisin:

1.veden (kahdesta) vetyatomista (5.06 pm)

2.Tetrahydrofuraanin happea lähinnä olevista (neljästä) vetyatomista (3.75 pm)

3.Tetrahydrofuraanin happea kauempana olevista (neljästä) vetyatomista (1.90 pm).

Piikkien pinta-alat on annettu, ja on kerrottu, että piikin pinta-ala on verrannollinen ainemäärään. Tetrahydrofuraanin ainemäärä tunnetaan, ja se voidaan laskea etukäteen: 0.6164 mmol.

Nyt voidaan laskea veden ainemäärä spektrin avulla. Valitse tetrahydrofuraanin (THF) jompi kumpi piikki (molempien piikkien pinta-ala on 1.00, joten ei väliä kumpi). Tämä piikki aiheutuu neljästä vetyatomista (rakennekaava). Veden piikin pinta-ala on 1.51, ja se aiheutuu veden kahdesta vetyatomista. Jakamalla piikin pinta-ala sen aiheuttamien vetyatomien lukumäärällä saadaan lukuarvo, jonka avulla voidaan ratkaista veden ainemäärä:

Kysytty veden massa voidaan laskea tästä helposti veden moolimassan avulla.

Jotta päästään kiinni kideveden kertoimeen x forfomolybdeenihapon (FMH) kaavassa, täytyy huomata, että riippumatta kidevedestä fosfomolybdeenihapon ainemäärä on sama. Lasketaan siis ”puhtaan” fosfomolybdeenihapon massa vähentämällä annetusta massasta laskettu kideveden massa. Tälle ainemäärälle ja massalle voidaan kirjoittaa lauseke:

Ratkaisemalla x saadaan n. 51.1. Huomaa, että ”oikeasti” muuttujan x arvo on oltava kokonaisluku – yksittäisessä fosfomolybdeenihappomolekyylissä ei voi olla 51.1 kpl kidevesimolekyylejä. Kuitenkin, koska kyseessä on suurempi erä kuin vain yksi molekyyli, voi olla niin että x:n arvo vaihtelee eri molekyylien kohdalla. Kyseessä voi siis olla seos, jossa x:n arvo vaihtelee ja on keskimäärin 51.1. Siksi arvoa ei saa pyöristää lähimpään kokonaislukuun, niinkuin voidaan tehdä esim. polttoanalyysitehtävissä.

Huomaa, että tehtävässä kysyttiin monta asiaa, siispä pitää muistaa antaa monta vastausta:

Tehtävä 11

Perustehtävä sähkökemiasta ja eletrolyysistä. Jos nämä on hallussa, tästä sai helpot pisteet.

A-kohdassa ei mitään epäselvää, perus sinkkisulfaatin elektrolyysi. Jotkut saattoivat huomata, että osareaktiot löytyivät valmiiksi annettuina kaavaliitteen kohdasta ”normaalipotentiaaleja”

B-kohdassa helppo elektrolyysin kaavan käyttö. Jos kaavaa ei muista, se löytyy kaavaliitteestä.

Tehtävä 12

Haastava orgaanisten yhdisteiden reaktioihin liittyvä tehtävä biologisella twistillä. Biologian osaamista tässä ei tosin juurikaan tarvittu. Isomerisaatio on käsitteenä vähän hankala, se tarkoittaa yhdisteen vaihtumista esim cis- isomeeristätrans- isomeeriksi.

Kuvassa on annettu rodopsiinin rakenne, tässä siis 11-cis-retinaali on jo liittynyt opsiiniin. Lisäksi isomerisaatio on jo tapahtunut, joten hiilen 11 isomeeritilanne on muuttunut. Huomaa, että rodopsiinissa stereoisomeria on hiilen 11 suhteen trans, eikä cis joka se oli edeltävässä vaiheessa eli 11-cis-retinaalin ja opsiinin iminiumsuolassa. Iminiumsuola/imiini on yhdisteluokka, jota lukiossa ei käsitellä – älä siis säikähdä. Sitä ei tarvitse tietää, ja se on selitetty tehtävänannossa aldehydin ja amiinin muodostamaksi yhdisteeksi. Tästä saa vinkin, että yhdiste D on oltava aldehydi, koska amiiniryhmä löytyy opsiinista.

Kun sykli alkaa, on tarkoituksena siis palauttaa ennen näköaistimusta tarvittava 11-cis-retinaali (yhdiste D). Siispä ensimmäisessä reaktiossa (rodopsiini -> A) hankkiudutaan ensin eroon opsiinista. Reaktionuoli on vähän harhaanjohtavassa kohdassa: tässä tarkoitetaan sitä, että lähtöaineeseen (rodopsiini) liittyy vesimolekyyli ja lopputuotteina on yhdiste A ja irrallinen opsiiniryhmä. Vesimolekyyli liittyy siis opsiinin aminoryhmään ja aiheuttaa opsiinin hydrolyysin. Yhdiste A on siis aldehydi (vinkin saa yhdisteen A nimestä: retinaali on aldehydin nimi).

Reaktio A -> B on pelkistymisreaktio, sillä yhdisteeseen lisätään vetyä. Yhdiste B on nimeltään retinoli, eli alkoholi. Aldehydin pelkistämistuote on siis alkoholi, joten vedyt liittyvät aldehydiryhmään, avaavat kaksoissidoksen ja muodostuu hydroksyyliryhmä.

Seuraava reaktio on annettu: retinoli (alkoholi) reagoi karboksyylihapon kanssa jolloin muodostuu esteri (retinyyliesteri). Karboksyyliryhmä nappaa siis kiinni hydroksyyliryhmästä ja lohkeaa vettä.

Seuraavaksi esteri hajotetaan saman tien (karboksyyliryhmä lähtee), ja esterisidokseen liittyy vesimolekyyli. Samalla tapahtuu isomerisaatio. Koska lopputuotteen C nimi on 11-cis-retinoli, tiedät, että hiilessä 11 tapahtuu isomerian muutos niin, että lopputuote on hiilen 11 suhteen cis. Vesimolekyylistä saadaan OH-ryhmä molekyylin päähän, joten lopputuote on taas nimensä mukaan 11-cis-retinoli.

Viimeisessä reaktiossa 11-cis-retinoli hapettuu, eli vetyä lähtee pois. Hydroksyyliryhmä hapettuu aldehydiryhmäksi, ja yhdiste D on nimensä mukaan taas aldehydi (11-cis­-retinaali). Isomerialle ei tapahdu mitään, yhdiste on edelleen (nimensä mukaan) 11-cis.