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.