Holdet 2024 KE/3x - Undervisningsbeskrivelse

menu

Undervisningsbeskrivelse

Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser
Termin(er) 2024/25
Institution Støvring Gymnasium
Fag og niveau Kemi A
Lærer(e) Peter Aaquist Nissen
Hold 2024 KE/3x (3x KE)
Oversigt over gennemførte undervisningsforløb
Titel 1 Intro og repetition
Titel 2 Reaktionskinetik
Titel 3 Medicinalkemi
Titel 4 Spektroskopi
Titel 5 Termodynamik - kan en kemisk reaktion forløbe?

Beskrivelse af de enkelte undervisningsforløb (1 skema for hvert forløb)
Titel 2 Reaktionskinetik

Elever starter med at repetere deres viden om reaktionshastighed og faktorer som påvirker den, ved selv at designe forsøg med temaet raketbrændstof ud fra vejledninger til udskolingen i folkeskolen. De skal lave ændringer/tilføjelser i udførelse og vejledninger, så der inddrages/undersøges centrale elementer om reaktionshastighed på B-niveau samt mængdeberegning for reaktioner fra C-niveau.

Der introduceres forskellige metoder, hvormed forløbet af en reaktion kan følges kvantitativt, og hvordan de er egnede til forskellige reaktioner (gasudvikling, farve (af reaktant/produkt), massetab, prøveudtagning, indikator).

Herefter er der er er vægt på den matematiske beskrivelse af hastigheden, hvormed en reaktion forløber.
Definition af reaktionshastighed
Hastighedsudtryk, v([A]), (lineariserede) funktionsudtryk, [A](t), og halveringstid for reaktioner af
-Nulte orden
-første orden
-anden orden, kun for typen v=k·[A]^2
Bestemmelse af reaktionsorden fra eksperimentelle data,
- (t,[A])-data (særligt spektrofotometriske data)
- ([A], v)-data (særligt initialhastighedsmetoden)
Reaktioner af højere ordner og anvendelse af overskud af reaktanter ->pseudo-hastighedsudtyrk
Initialhastighedsmetoden

Teori bag farvestoffer og spektrofotometri (Lambert -Beers lov) gennemgåes, som oplæg til forsøg med måling af reaktionshastighed vha spektrofotometri.

Mikroskopiske modeller af kemiske reaktioner og tolkningen af energiprofiler for elementarreaktioner uddybes og knyttes til hastighedskonstanter og ligevægte:
Aktiveringsenergi, hastighedskonstant og Arrheniusligningen (temperaturafhængighed af hastighedskonstant)
-sammenhæng mellem elementarreaktioner, energiprofil og aktiveringsenergi
-der kobles til højden af barrieren (aktiveringsenergien) og hastighedskonstanten for reaktionen
-der kobles kvalitativt til forhold mellem hastighedskonstanterne for de to retninger og beliggenheden af ligevægt ud fra en model med bolde adskilt af en bakke (energibarriere)

Reaktionsmekanismer udbygges idet der ud fra mikroskopisk model argumenteres for direkte kobling mellem elementarreaktioner og hastighedsudtryk for elementarreaktioner. Dette kobles  til hastighedsudtryk for selve reaktionen, gennem begrebet hastighedsbestemmende trin

Koblingen mellem reaktionsmekanismer og hastighedsudtryk konkretiseres gennem nukleofile substitutionsreaktioner, hvor begreberne nukleofil reagens (elektronpar-donor) og udgående gruppe (leaving group) defineres.
Dernæst ses på SN1 og SN2 reaktioner, og deres kobling til unimolekylære eller bimolekylære hastighedsbestemmende trin i reaktionsmekanismen.
Argumentation for SN1 eller SN2: Der ses på om carbonatom med udgående gruppe er primær, sekundær eller tertiær: I rækkefølgen primær->sekundær->tertiær:
-stabilitet af carbokation øges (SN2 favoriseres)
-sterisk hindring af nukleofilt reagens øges (SN1 hindres)

Kort nævnes også Markovnikovsregel ved addition af HX til asymmetrisk alken -> det forbindes igen til lav stabilitet af primær carbokation

Eksperimenter:
Raketbrændstof
Landolts forsøg
Affarvning af krystalviolet
Bestemmelse af aktiveringsenergi (egen vejledning, da det er variation af forsøg med thiosulfat og syre kendt fra kemi B)
Indhold
Kernestof:
Omfang Estimeret: 12,00 moduler
Dækker over: 17 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 3 Medicinalkemi

I forløbet repeteres den organiske kemi med fokus på stofklasserne alkoholer, aldehyder, ketoner, carboxylsyrer, estere, aminer, phenoler, amider og aminosyrer struktur og polaritet. Både struktur og stereoisomeri gennemgås, herunder kædeisomeri, stillingsisomeri, funktionsisomeri, geometrisk isomeri (cis/trans og E/Z) samt kiralitet og optisk isomeri (samt R/s-navngivning).
Isomeri og særligt optisk isomeri/chiralitet bruges som indledning til at se på lægemiddel/receptor interaktioner, hvor der er ses på intermolekylære bindinger.
Receptoren som en del af et protein, Aminosyrer og proteiner er udfoldet og sat i relation til bjerrumdiagrammer og opløselighed. Foldning af proteiner som moderne forskningsområde er behandlet.

Der udføres et eksperimentelt projekt med temaet acetylsalicylsyre, hvor stoffet syntetiseres, renhedstestes vha TLC og smeltepunktsanalyse, samt analyse af syre-baseegenskaber og opløselighed vha titrering.

Chromatografi herunder TLC, GC og HPLC er bearbejdet som kvalitative og kvantitative metoder til stofidentifikation og analyse.

Som en del af forløbet foretages en ekskursion til København, hvor der både behandles proteiner og lægemiddelkemi ved besøg på Parmaschool (KU) og ved virksomheden Aquaporin. Desuden behandles ammoniaksyntese og power-2-X, som en del af ekskursionen og et moderne forskningsområde.

Ekstraktion og fordelingsligevægte behandles i et miniforløb, hvor elever arbejder med selv at opstille og udføre forsøg med ekstraktion af carminsyre fra cocenillelus, hvor de selv udvælger én faktor, hvis betydning for udbyttet af ekstraktionen undersøges. Udbyttet kvantificeres vha spektrofotometri.
Dette perspektiveres til ekstraktion af lægemidler fra naturlige kilder og til fordelingsligevægte generelt - der omtales både fordelingskonstant, P (eller KF), og fordelingsforholdet, D. Fordelingsligevægte kobles til optag af lægemidler i kroppen.

Marvinsketch som hjælpemiddel til tegning af fordelingsplots (log D vs pH) og bjerrumdiagrammer introduceres og bruges i forbindelse med analyse af kemiske problemstilinger og opgaveløsning.

Eksperimenter:
Acetylsalicylsyre
-Syntese af acetylsalicylsyre
-Renhedstest med TLC og smeltepunktsanalyse
-Syrebaseegenskaber og opløselighed
Ekstraktion af carminsyre
GC - ethanolindhold i drikkevarer
Indhold
Kernestof:
Omfang Estimeret: 15,00 moduler
Dækker over: 26 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 4 Spektroskopi

Forløbet lægger ud med bindingsteori med orbitaler som forklaring på opbygningen af det periodiske system, og hybridiseringer som forklaring på carbonatomets bindingsforhold og rumlig geometri.
I forløbet introduceres til spektroskopi som kvalitative analysemetoder. Spektrofotometri repeteres og anvendes til bestemmelse af actylsalicylsyreindholdet i håndkøbsmedicin. IR-spektrofotometri gennemgås og anvendes til stofidentifikation. Endelig gennemgås H-NMR, hvilket også anvendes til stofidentifikation. IR-spektrum og H-NMR-spektrum af det syntetiserede acetylsalicylsyre fra forrige forløb analyseres.

Der er gennem forløbet stort fokus på løsning af opgaver i forbindelse med skriftlig eksamen, samt brug af MarvinSketch som hjælpemiddel i forbindelse med H-NMR.

Kernestof
Grundstoffernes periodesystem, herunder orbitaler
Kemisk bindingsteori, herunder hybridisering
Organisk kemi: stofkendskab, herunder opbygning for stofklasserne carbonhydrider, alkoholer, aldehyder, ketoner, carboxylsyrer og estere, samt opbygning af og udvalgte relevante egenskaber for stofklasserne aminer, phenoler, amider og aminosyrer
Stofidentifikation ved kvalitative analyser og spektroskopisk identifikation ved hjælp af IR og 1H-NMR

FOrløbet afsluttes med at arbejde med ekstraktion vhor eleverne selv skal tilrettelægge forsøg med ekstraktion af carminsyre fra cochenillelus.
Indhold
Kernestof:
Omfang Estimeret: 9,00 moduler
Dækker over: 10 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 5 Termodynamik - kan en kemisk reaktion forløbe?

Et forløb om termodynamikkens love, tilstandsfunktioner, Hess' lov, Gibbsfunktionen og dens sammenhæng med ligevægtskonstanten og dennes temperaturafhængighed (van't Hoffs ligning).

Et forløb med fokus på beskrivelse af kemiske reaktioner fra et abstrakt, teoretisk perspektiv, og se hvordan disse abstrakte begreber (entropi, enthalpi, gibbs energi) kan kobles til egenskaber for reaktionen (orden/uorden, endoterm/exoterm, spontan/ikke-spontan).

Faglige mål som har haft særlig fokus i dette forløb:
– benytte den opnåede faglige viden til at forstå og vurdere kemiens betydning for menneske og omverdenen i samspil med den samfundsmæssige og teknologiske udvikling.
– demonstrere forståelse for sammenhængen mellem fagets forskellige delområder
– redegøre for sammenhængen mellem stoffers struktur og kemiske og fysiske egenskaber og for stoffers anvendelse i hverdagen og i teknologisk sammenhæng
– indhente, vurdere og anvende kemisk information fra forskellige kilder

Øvelse
Eftervisning af Hess' lov
Van't Hoffs ligning (kaliumchlorat)
Indhold
Kernestof:
Omfang Estimeret: 10,00 moduler
Dækker over: 9 moduler
Særlige fokuspunkter
  • Faglige
  • Lytte
  • Formidling
  • Personlige
  • Selvstændighed
  • Initiativ
Væsentligste arbejdsformer
  • Eksperimentelt arbejde
  • Forelæsninger
  • Gruppearbejde
  • Lærerstyret undervisning
  • Pararbejde