2010
Lembi Tamm, Tartu Ülikool
Ants Tuulmets, Tartu Ülikool
Vastavalt uuele, 2011. aastal vastu võetud üldhariduskoolide õppekavale kahanes keemia kohustuslike kursuste arv gümnaasiumis neljalt kolmele. Gümnaasiumi keemia kohustuslike kursuste üldine sisuline ülesehitus kavandati Haridusministeeriumis korraldatud koosolekul, milles ekspertidena osalesid mitmed keemiaõpetajad. Vastavalt koosoleku otsusele (mille järgimist nõuti ka keemia ainekava töörühmalt) käsitlevad kaks esimest kohustuslikku kursust orgaanilist keemiat ning kolmas anorgaaniliste ainete keemiat. Seega jäi üldine keemia (mis käsitleb üldisemaid aine ehituse põhimõtteid ja keemiliste protsesside üldisi seaduspärasusi) nii tervikkursusena kui ka suuremate iseseisvate teemadena gümnaasiumi kohustuslikest kursustest välja, mistõttu nii orgaaniliste kui ka anorgaaniliste ainete omaduste käsitlus muutub paratamatult rohkem kirjeldavaks ning vähem üldistavaks.
Arusaadavalt ei piisa sellisest kolme kohustusliku kursusega antavast keemiaõpetusest neile, kes kavatsevad edasi õppida kõrgkoolis erialadel, mis nõuavad põhjalikumat keemiaalast ettevalmistust: lisaks keemiale ja biokeemiale kindlasti ka bioloogia, keskkonnatehnoloogia, meditsiin, veterinaaria, materjaliteadus, mitmed majandus- ja inseneriteadustega seotud erialad jpt.
Võimaldamaks soovijatel õppida keemiat sügavuti, on uues õppekavas kavandatud kolm keemiaga seotud valikkursust: „Elementide keemia”, „Keemiliste protsesside kulgemise seaduspärasused” ja „Elu keemia”, mille valimisel õpitakse keemiat eeldatavasti vähemalt samas mahus ja sama põhjalikult, nagu õpiti enne kohustusliku ainekava kärpimist.
Keemia (ja veel mõne õppeaine, näiteks füüsika) valikkursuste õpetamisel tekitab aga suuri probleeme see, et uues õppekavas on valikkursused kavandatud (vähemalt esialgse idee järgi) järgnema kohustuslikele kursustele. Vaid matemaatikale on tehtud erand ja selles on koostatud kaks alternatiivset ainekava: üks on nn „kitsas” (ehk „lühike”) ainekava, mis sisaldab vaid kohustuslikke kursusi, teine aga „lai” (ehk „pikk”) ainekava, milles on kohustuslike kursuste ja lisakursuste sisu koondatud ühtseks sidusaks tervikuks.
Kuna keemia kohustuslikud kursused on suhteliselt pinnapealsed ja küllaltki kirjeldava iseloomuga (nende põhieesmärk on anda mõningane ettekujutus keemiast neile, kes hilisemas elus puutuvad keemiaga kokku peamiselt vaid olmetasandil), siis omandatakse sügavam keemiliste seaduspärasuste mõistmine alles valikkursustega. Samas pole aga otstarbekas õpetada valikkursusi kolme kohustusliku kursuse järel, see tooks kaasa asjatu dubleerimise, kuna tuleks uuesti hakata käsitlema samu teemasid, mida on lihtsamal tasemel õpitud juba kohustuslike kursuste käigus. Seega olnuks vaja ette näha lisaks „kitsale” gümnaasiumi keemia ainekavale ka „lai” (keemia korral õigemini „süvendatud”) ainekava, nii nagu matemaatikas.
Tuleb endale aru anda, et skeem, kus kolmele äärmiselt n-ö lahjendatud kursusele järgnevad valikained, mille kahte kursusesse on surutud kogu senisest ainekavast välja riisutud kaasaegne ainematerjal, ei ole realistlik. Keemia süvitsi õppimise seisukohast oleksid kolm esimest kursust suuresti ajaraiskamine, aga kahele kavandatud valikainele („Elementide keemia” ja „Keemiliste protsesside seaduspärasused”) ei piisa nende jaoks eraldatud ajast. Pealegi puuduvad esialgu ka nende valikainete õpikud (kui kirjastused üldse ongi huvitatud nende väljaandmisest, sest väikese tiraaži tõttu tooks see kirjastusele tõenäoliselt kahjumit). Seetõttu on ainus mõistlik lahendus õpetada keemia valikkursusi põimitult kohustuslike kursustega ühtse tervikliku käsitlusena, n-ö alternatiivse ainekavana. Esialgu Haridusministeerium küll sellist võimalust ette ei näinud, kuid hiljem seda siiski lubati, eeldusel, et kohustuslike kursuste õppesisu on kaetud ning nendes nõutavate õpitulemuste omandamine tagatud.
On teada, et mõnedki koolid kavandavad reaalklassides rakendada varasematega sarnaseid ainekavasid, sest koolidel on õigus koostada oma ainekavad (eeldusel, et need vastavad 2011. a RÕK-ile). Selleks on ka õpikud olemas. Näiteks on võimalik alustada seni kehtinud ainekavale vastava üldise ja anorgaanilise keemia I osaga, jätkata orgaanilise keemia kahe osaga ja seejärel lõpetada üldise ja anorgaanilise keemia II osaga. Seejuures on 3 + 2 kursusele eraldatud tundide arv soodne selleks, et saavutada sügavam ja täielikum õpe võrreldes varasemaga nelja kursuse mahus.
Kolmas soovitatud valikaine („Elu keemia”) ei ole mingil juhul õpitav kolme kohustusliku kursuse baasil, vaid eeldab ka kahes esimeses valikkursuses omandatavaid teadmisi. Seega tuleks seda valikkursust õpetada kõige viimasena, toetudes seejuures nii keemias kui ka bioloogias (ja ka füüsikas) selleks ajaks omandatud teadmistele. Selle valikkursuse õpetamiseks puudub praegu ka sobiv eestikeelne õppekirjandus.
Alljärgnevalt pakume võimalikke variante gümnaasiumi kohustuslike ja valikkursuste põimitud õpetamiseks keemia nn süvaõppe korral, mis võtab tervikuna kokku 3 kohustusliku ning 2 valikkursuse õppematerjali, arvestades, et õpetamiseks on aega 5 ainekursuse mahus. Kuna see ei ole ametlikult kinnitatud „lai” ainekava, vaid ainult soovituslik, siis võib iga keemiaõpetaja seda soovikohaselt ümber kujundada, arvestades õpilaste huve, kooli üldist suundumust jm tingimusi.
Kavandatud süvaõppe ainekavas on 3 harjumuspäraste nimetustega põhiteemat, mis sisule vastavalt on järgmised:
I. Üldine keemia
II. Orgaaniline keemia
III. Anorgaaniline keemia
Nende põhiteemade õpetamise mahud võivad seejuures olla erinevad (mitte kursusele vastavas 35 tunni mahus). Kindlasti nõuab nn orgaanilise keemia osa suuremat mahtu kui 2 x 35 tundi mahtu, sest selle raamides on (ülaltoodud põhiteemade järjestuse korral) otstarbekohane õpetada põhjalikumalt ka mitmeid üldise keemia mõisteid (nt keemilise reaktsiooni kiirus ja tasakaal). Sellisel juhul võiks põhiteemade käsitlemise ajajaotus olla ligikaudu järgmine: üldine keemia – 1 kursuse mahus, orgaaniline keemia – 2,5 kursuse mahus, anorgaaniline keemia – 1,5 kursuse mahus.
Uues, lihtsustatud (kohustuslikus) ainekavas on pööratud suurt tähelepanu materjalidele ja nende omadustele. Et mitte uue ainekava nõuetega vastuollu sattuda, tuleb ka süvaõppe korral käsitleda mõningaid teemasid laiemalt, kui seda on tehtud varasemas orgaanilise keemia õpikus. Siinkohal võib õpetajale abiks olla uue ainekava järgi kirjutatud õpik (A. Tuulmets, kirjastus Maurus), mis peaks ilmuma 2013. aastal (vt ka märkusi allpool).
Teemade käsitlemine tuleks kindlasti siduda nendega hästi seostuvate probleem- ja arvutusülesannete lahendamisega, seades eesmärgiks ülesande lahenduskäigu sisulise mõistmise (mitte lahendusalgoritmide päheõppimise) ja saadud vastuste põhjal järelduste tegemise oskuse.
Alljärgnevalt esitatud keemia süvaõppe sisuline lahtikirjutus lähtub põhiosas gümnaasiumi seni kehtinud ainekavast ja selle korral on võimalik suurel määral toetuda senistele gümnaasiumiõpikutele. Seejuures on sisujaotust täiendatud uues ainekavas (nii kohustuslikes kui ka valikkursustes) sisalduvate uute mõistete ja keemia rakenduslike aspektidega, mida seni kehtinud ainekavas ega õpikutes ei olnud.
Samuti on antud soovitusi võimaluse korral mõnede alateemade või mõistete käsitlemise järjekorra ja konteksti muutmiseks võrreldes varasemates gümnaasiumi keemiaõpikutes esitatuga, arvestades mõningat rõhuasetuste muutumist uues ainekavas. Kuivõrd sellist käsitlust vanades õpikutes ei ole pakutud, nõuab nende soovituste rakendamine õpetajalt kahtlemata lisatööd, sh õpilastele täiendava õppematerjali ettevalmistamist.
I. Üldine keemia
1. Aatomi ehitus
1.1. Sissejuhatus. Aatomi ehituse põhialused.
1.2. Tänapäevase aatomimudeli põhiseisukohad (aatomi elektronkihid ja alakihid, orbitaalide täitumine elektronidega, elektronvalemid).
Senise ainekava järgi käsitleti järgmisena pärast aatomi ehitust perioodilisustabelit ning elementide metallilisi ja mittemetallilisi omadusi (sõltuvalt elemendi asukohast perioodilisustabelis). Kuivõrd käesoleval juhul järgneb üldisele keemiale kohe orgaanilise keemia osa, siis on otstarbekas jätta perioodilisustabeli alateema anorgaanilise keemia ossa, kus see seostuks paremini keemiliste elementide omaduste põhjalikuma käsitlusega.
2. Keemiline side
2.1. Energia muutus keemilistes protsessides (keemiliste reaktsioonide kulgemise energeetiline põhjendus).
2.2. Kovalentne side, kovalentse sideme polaarsus.
2.3. Iooniline side.
2.4. Vesinikside.
2.5. Metalliline side.
2.6. Keemilise sideme liik, kristallivõre tüüp ja ainete omadused (ainete struktuuri ja omaduste vahelised seosed).
2.7. Keemiliste protsesside soojusefektid, ekso- ja endotermilised reaktsioonid.
Metallilist sidet võib siin vaadelda vaid üsna põgusalt kui üht erilist keemilise sideme liiki, mis esineb metallides ja põhjustab metallide sarnaseid omadusi. Põhjalikum metallilise sideme käsitlus on otstarbekas üle viia anorgaanilise keemia ossa, kus käsitletakse metallide omadusi üksikasjalisemalt.
NB! Tuleb rõhutada, et lisaks keemilistele sidemetele mõjuvad aineosakeste vahel ka molekulidevahelised (füüsikalised) jõud, mis mõjutavad ainete omadusi samuti märkimisväärselt, kuigi nad on palju nõrgemad kui keemilised sidemed, sh ka vesiniksidemed. Molekulaarsed ained (milles ei esine molekulidevahelisi vesiniksidemeid) saavadki esineda tahkel või vedelal kujul vaid tänu molekulidevahelistele füüsikalistele jõududele (nende jõudude puudumisel oleksid ained vaid gaasilises olekus).
Reaktsiooni soojusefekti tuleks seostada ka ainete püsivusega. Aine on seda püsivam, mida vähem energiat ta sisaldab (mida energiavaesem ta on) ja vastupidi. Üldreeglina – mida rohkem energiat eraldub aine tekkimisel (vastavatest lihtainetest), seda püsivama ainega on tegemist. Sisulist arusaamist soojusefektide olemusest aitab süvendada vastavateemaliste probleemülesannete lahendamine.
3. Ioone sisaldavad lahused (elektrolüütide lahused)
3.1. Elektrolüüdid (happed, alused, soolad – ained, mis esinevad vesilahuses täielikult või osaliselt ioonidena).
3.2. Ioonsete ja polaarsete molekulaarsete ainete dissotsiatsioon lahuses (ja vee roll selles protsessis), hüdraatumine, kristallhüdraadid. Tugevad ja nõrgad happed ning alused, dissotsiatsioonimäär.
3.3. Reaktsiooni tasakaal ja selle nihkumine.
3.4. Ioonreaktsioonid lahuses (sh ka soolade hüdrolüüs).
Happeid ja aluseid pole gümnaasiumis otstarbekas hakata vaatlema klassikalise Arrheniuse teooria valguses, nagu seda tehakse põhikoolis (selle järgi happed ja alused dissotsieeruvad vesilahustes, andes lahusesse vastavalt vesinikioone ja anioone ning katioone ja hüdroksiidioone). Happelisuse või aluselisuse selgitamisel tuleks lähtuda tänapäevasest hapete-aluste protolüütilisest (Brønstedi) käsitlusest, mille järgi hape on aine, mille osakesed loovutavad prootoni (ehk vesinikiooni), aluse osakesed aga seovad prootoni, võttes selle üle happelt. Järelikult hape ei dissotsieeru lahuses mitte lihtsalt iseenesest, vaid loovutab oma prootoni mingile alusele. Vesilahuses on selleks aluseks vesi: vee molekulid seovad prootoneid, muutudes hüdrooniumioonideks. Samas tugevamate aluste suhtes saab vee molekul omakorda käituda happena, loovutades neile prootoni ja muutudes ise hüdroksiidiooniks. Sellisele käsitlusele toetudes selgitatakse ka tasakaalusid nõrkade hapete ja aluste lahustes ning hapete ja aluste dissotsiatsioonimäära mõjutavaid tegureid.
Hapete tugevust saab kvantitatiivselt iseloomustada vastava dissotsiatsioonikonstandi väärtusega. Mida väiksem see on, seda nõrgema happega on tegemist. Kuna arvu 10 negatiivsete astmetega on suhteliselt tülikas opereerida, siis kasutatakse hapete tugevuse iseloomustamiseks sageli dissotsiatsioonikonstandi negatiivset logaritmi – pK-d (analoogiliselt pH-ga, mis on vesinikioonide kontsentratsiooni negatiivne logaritm).
Hapete teemaga seoses saab tutvustada ka hapete-aluste laiemat käsitlust nn elektronteooriale (Lewisi teooriale) tuginedes. Selle järgi on happed ained, mille osakesed saavad siduda elektronipaari (on elektronipaari aktseptorid), alused on aga elektronipaari doonorid. Seega peab alusel olema vaba, jagamata elektronipaar ja happel peab olema tühi orbitaal, millele on võimalik see elektronipaar vastu võtta. Võrreldes protolüütilise käsitlusega on hapete ring selle teooria järgi tunduvalt laiem: hapeteks võivad olla ka paljud ained, mis ei saa loovutada prootonit – nn aprotoonsed happed (nt happelised oksiidid jpt ained).
Selle teemaga seoses on otstarbekas käsitleda ka lahuste molaarse kontsentratsiooni mõistet ning lahendada sellega seotud arvutusülesandeid (pöörates eriti tähelepanu moolarvutuste põhimõttest arusaamisele). Hapete-aluste ning ioonreaktsioonide teemaga seostuvad hästi ka arvutusülesanded, mille korral tuleb arvutustulemuste põhjal teha järeldusi lahuses reaktsiooni tulemusena tekkinud keskkonna kohta (ülesanded, milles esineb ühe reageeriva aine liig).
NB! Tegelikult peaks keemilise reaktsiooni kiirus ja tasakaal moodustama koos eraldi iseseisva peatüki, toetudes sobivatele näidetele, kuid seni kehtinud ainekavas ja praeguses õpikus on see kahjuks esitatud teisiti. Probleem on selles, et tasakaalu mõiste on seni kehtinud ainekavas tulnud esimest korda vaatlusele lahuses kulgevate ioonreaktsioonide näitel, mille korral aga reaktsiooni kiirust jälgida ning seda mõjutavaid tegureid uurida eriti ei saa (ioonreaktsioonid lahustes kulgevad enamasti väga kiiresti, peaaegu silmapilkselt). Samas on kiiruse mõistet põhjalikumalt vaadeldud seoses metallide ja happelahuste vaheliste reaktsioonidega, mis aga kulgevad praktiliselt lõpuni ega võimalda käsitleda tasakaaluprobleeme. Reaktsiooni kiiruse ja tasakaalu terviklik käsitlus anorgaanilises keemias seostub hästi mitmete gaasireaktsioonidega (SO2 oksüdeerimine, ammoniaagi saamine vastavate lihtainete vahelisel reaktsioonil jt), kuid uue ainekava järgi tulevad need reaktsioonid vaatluse alla alles pärast orgaanilist keemiat.
Seega tuleb keemilist tasakaalu käsitleda veel kord ja siis juba pikemalt (seostades seda reaktsiooni kulgemise kiirusega päri- ja vastassuunas) orgaanilise keemia kursuses estrite reaktsioonide näitel, nii nagu see on kirjas ka uues ainekavas (vt ka allpool).
Tasakaaludest nõrkade hapete ja aluste lahustes ning sellega seotud probleemidest on asjakohane põhjalikumalt rääkida karboksüülhapete teema juures. Orgaaniline keemia pakub arvukalt sobivaid näiteid üldise keemia mõistete selgitamiseks. Kuna ülalnimetatud ja teised sarnased teemad just nagu lõikuvad orgaanilise keemia harjumuspärasesse käsitlusse, võib jääda mulje ainekava hakitusest. Tegelikult tuleb aru saada, et tänapäeval on niisuguste üldise keemia mõistete omandamine olulisem üksikute ühendite ja nende reaktsioonide meeldejätmisest.
II. Orgaaniline keemia
1. Süsiniku keemia
1.1. Süsiniku aatom molekulis. Tetraeedriline süsinik.
1.2. Valemid ja struktuurivalemid.
1.3. Orgaaniliste materjalide põlemine.
2. Alkaanid
2.1. Alkaanide nimetused. Nomenklatuuri põhimõtted.
2.2. Struktuur ja isomeeria. Struktuuri ja omaduste seos isomeeria näidete põhjal.
2.3. Alkaanide omadused. Sidemete radikaaliline katkemine. Radikaalid.
NB! Alkaanide füüsikaliste omaduste juures tuleb sisse hüdrofoobsuse ja hüdrofiilsuse mõiste, mis on läbiva tähendusega järgnevate peatükkide jaoks. Uues õpikus on seda teemat laiemalt käsitletud.
3. Halogeeniühendid
3.1. Halogeeniühendite nimetused ja üldised omadused.
3.2. Halogeeniühendid ja keskkond. Pestitsiidid ja nendele esitatavad nõuded.
3.3. Sidemete iooniline katkemine. Elektrofiilid ja nukleofiilid.
3.4. Nukleofiilne asendusreaktsioon. Reaktsioonivõrrandi analüüsimine: reaktsioonitsenter, ründav osake, lahkuv rühm.
4. Alkoholid ja amiinid
4.1. Alkoholide nimetused, struktuur ja tähtsamad omadused. Alkohol kui hape.
4.2. Alkohol ja ühiskond.
4.3. Eetrid.
4.4. Amiinide nimetused ja struktuur.
4.5. Amiinide omadused. Amiinid kui nukleofiilid ja amiinid kui alused. Aluselisuse kaasaegne käsitlus.
6. Küllastumata ühendid
6.1. Nimetused, struktuur ja isomeeria.
6.2. Küllastumata ühendite reaktsioonid. Elektrofiilne liitumine.
7. Areenid
7.1. Aromaatsed ühendid. Aromaatsuse mõiste. Sidemete delokalisatsioon.
7.2. Aromaatsete ühendite omadused. Elektrofiilne asendus.
7.3. Heterotsüklilised ühendid. Alkaloidid ja nendega seonduvad probleemid.
7.4. Fenoolid ja aromaatsed amiinid. Laengu delokalisatsiooni mõiste.
7.5. Fenoolid ja keskkonnaprobleemid.
8. Karbonüülühendid ja karboksüülhapped
8.1. Aldehüüdide ja ketoonide nimetused, struktuur ja omadused.
8.2. Karboksüülhapete nimetused ja struktuur. Laengu delokalisatsioon.
8.3. Karboksüülhapete omadused. Reageerimine veega kui happe tugevuse iseloomustus.
Tugevad ja nõrgad happed.
8.4. Tasakaalud nõrkade hapete ja aluste vesilahustes. Mõisted pH ning pK ja nende kasutamine (tutvustavalt).
8.5. Asendamata ja asendatud karboksüülhapped, aminohapped.
Karboksüülhapete teema juures on otstarbekas sisse tuua ka puhverlahuse mõiste ning selgitada puhverlahuste tööpõhimõtet, nende rolli tehnoloogias ja eluslooduses kulgevates protsessides (tutvustavalt). Sisulist arusaamist teemast aitab süvendada vastavateemaliste probleemülesannete lahendamine.
9. Estrid ja amiidid
9.1. Estrite ja amiidide esindajaid, mineraalhapete estrid.
9.2. Estrite ja amiidide reaktsioonid.
9.3. Keemilise reaktsiooni kiirus. Poolestusaeg, kineetilised tegurid (temperatuur jms). Ettekujutus reaktsiooni aktiveerimisenergiast.
9.4. Katalüüs. Homogeenne ja heterogeenne katalüüs. Ensüümkatalüüs.
9.5. Keemiline tasakaal ja seda mõjutavad tegurid. Le Chatelier’ printsiip. Keemilise tasakaalu iseloomustamine tasakaalukonstandi abil (tutvustavalt).
9.6. Rasvad ja detergendid.
Poolestusaeg on kvantitatiivne suurus, mis iseloomustab hästi vastava protsessi kiirust (see on aeg, mille vältel reageerib ära pool võetud lähteaine kogusest). Eriti hästi kirjeldab poolestusaeg lagunemisreaktsioonide kiirust (nn esimest järku reaktsiooni korral, kus reaktsioonis osaleb minimaalselt vaid üks lähteaine osake). Sel juhul on poolestusaeg reaktsioonile (antud tingimustes) iseloomulik suurus ega sõltu sellest, kui palju lähteainet reaktsiooniks võeti.
NB! Keemilise reaktsiooni kiirus ja tasakaal, samuti ka katalüüs on uues gümnaasiumiõpikus näidete abil lahti mõtestatud. Küll aga puuduvad seal aktiveerimisenergia ja tasakaalu konstandi mõiste.
Keemilise tasakaalu käsitlemisel pööratakse tähelepanu ka keemilise reaktsiooni suunaga seotud probleemidele keemiatööstuses, looduses ja igapäevaelus. Tasakaalukonstanti võib tutvustada kui kvantitatiivset suurust, mis näitab, millises suunas ja millisel määral on nihutatud reaktsiooni tasakaal. Mida suurem on tasakaalukonstant, seda enam on tasakaal nihutatud saaduste tekkimise suunas ja vastupidi, mida väiksem tasakaalukonstant, seda enam on tasakaal nihutatud lähteainete tekkimise suunas.
Reaktsiooni energiaskeemi tutvustamisel tuleks selgitada, millest on tingitud energiabarjääri esinemine reaktsiooni lähteainete üleminekul reaktsiooni saadusteks (keemilise reaktsiooni käigus). Põhjuseks on asjaolu, et lähteainete osakeste kokkupõrkel ei tarvitse reaktsioon alati kulgeda. Reaktsiooni toimumiseks on vajalik, et kokkupõrkavatel lähteainete osakestel oleks piisavalt suur energia (selle energia suurust näitabki energiabarjääri kõrgus), et osakeste kokkupõrge oleks piisavalt tugev, deformeerimaks ja lõhkumaks lähteainete osakestes olemasolevaid keemilisi sidemeid (et uued sidemed saaksid tekkima hakata).
Seega, mida tugevamad on osakestes esinevad keemilised sidemed, seda suuremat energiat tuleb kulutada nende lõhkumiseks ja seda kõrgem on ka energiabarjäär (aktiveerimisenergia). Mida kõrgem on energiabarjäär, seda väiksem arv osakesi suudab seda „ületada” ja järelikult seda aeglasem on reaktsioon. Selleks et reaktsiooni kiirendada, tuleb reaktsiooni aktiveerida, st tõsta lähteainete osakeste energiat, nt temperatuuri tõstmisega vm viisil.
Reaktsiooni kiiruse ja tasakaalu teemaga seostuvad hästi arvutusülesanded, milles arvutustulemuste põhjal tuleb hinnata protsesside majanduslikku efektiivsust (protsessi saagise ja kao arvestamine olenevalt reaktsiooni tingimustest).
Rasvade ja detergentide teema on kahtlemata vajalik teema, kuid seda võib käsitleda ühes kontekstis toitumisega seotud probleemidega (vt allpool).
10. Polümeerid
10.1. Polümeer ja polümerisatsioon. Polümeersed materjalid, nende olemus ja omadused.
10.2. Liitumispolümeerid.
10.3. Kondensatsioonipolümeerid: polüestrid, polüamiidid, silikoonid.
11. Sahhariidid
Monosahhariidid, disahhariidid, polüsahhariidid. Polüsahhariididest tulenevad tehiskiudained.
12. Valgud
12.1. Peptiidid ja valgud.
12.2. Toitumisega seotud probleemid: toidu toiteväärtus ja kalorsus, toidu lisaained, transrasvad, E-ained jne.
13. Nafta ja keemiatööstus
13.1. Kütused, nafta ja poliitika.
13.2. Autokütused.
13.3. Keemiatööstuse kujunemine.
13.4. Keemiatööstus ja majandus.
13.5. Keemiatööstus ja keskkond.
NB! Vanas õpikus on need teemad antud lisalugemiseks, kuid uus ainekava omistab neile põhimõttelist tähtsust. Uues õpikus on mõnda neist teemadest käsitletud pikemalt.
III. Anorgaaniline keemia
1. Perioodilisustabel ja elementide omadused
1.1. Keemiliste elementide perioodilisustabel (seos elektronvalemitega).
1.2. Metallilised ja mittemetallilised elemendid perioodilisustabelis (perioodilised trendid omadustes, vastavalt aatomi ehitusele).
1.3. Keemiliste elementide iseloomulikud oksüdatsiooniastmed (lähtudes nende aatomite elektronstruktuurist).
NB! Oluline on oskus seostada elementide aatomite väliskihi (siirdemetallidel ka eelviimase kihi d-alakihi) ehitust elektronide arvuga, mida aatom saab siduda või loovutada keemilistes reaktsioonides, st elemendi tüüpiliste oksüdatsiooniastmetega.
2. Metallid, nende keemilised omadused
2.1. Metallide keemiline aktiivsus, reageerimine mittemetallidega (metallide võrdlev iseloomustus).
2.2. Metallide reageerimine vee, hapete ja soolade lahustega, metallide pingerida (ja järeldused selle põhjal).
2.3. Reaktsiooni kiirus ja seda mõjutavad tegurid (metallide reaktsioonide näitel).
2.4. Metallide reageerimine tugevalt oksüdeerivate hapetega (lämmastikhape ja kontsentreeritud väävelhape), redoksreaktsioonide võrrandite tasakaalustamise põhimõtted.
NB! Kindlasti tuleb metalle käsitledes rõhutada metallilise sideme iseärasusi ja selle seost metallidele iseloomulike füüsikaliste omadustega. Seejuures tuleb vältida levinud väärarusaama, nagu koosneks metallivõre metalliioonidest, mida hoiavad koos nende vahel vabalt liikuvad elektronid (nn elektrongaas). Tegelikult moodustavad metallivõre metalliaatomid, mille väliskihi orbitaalide osalise kattumise tõttu saavad nende väliskihi elektronid minna kergesti ühe aatomi juurest teise juurde ja nii üle terve metallikristalli.
Metallide pingerida käsitledes võib tutvustada ka metallide elektrokeemilist aktiivsust (vesilahustes) iseloomustavat suurust – elektroodipotentsiaali, mis võimaldab kvantitatiivselt iseloomustada metallide järjestust pingereas. Metallide erinevat keemilist vastupidavust väliskeskkonna mõjule (õhu, vee, elektrolüütide lahuste toimele) aga ka erinevaid füüsikalisi omadusi (tihedust, plastilisust, kõvadust, kulumiskindlust jmt) tuleb seostada nende metallide rakendusvõimalustega praktikas. See teema sobib hästi ühiseks aruteluks, milles õpilased saavad tuua mitmesuguseid igapäevaeluga seotud näiteid ning teha vastavaid järeldusi. Tähelepanu pööratakse metalliühendite esinemisele looduses ja tähtsusele elusorganismides, samuti raskmetalliühendite keskkonnaohtlikkusele.
Metallide happelahustega reageerimise teema võimaldab põhjalikumalt käsitleda reaktsiooni kiirust mõjutavaid tegureid (temperatuur, lahuse kontsentratsioon, tahke aine peenestusaste) ja seda mõju põhjendada. Oluline on saavutada, et õpilased õpiksid eristama vaadeldud tegurite mõju reaktsiooni kiirusele ja reaktsiooni tasakaalule. Teemast arusaamise süvendamiseks võiks lahendada ka lihtsamaid reaktsiooni kiirusega seotud probleem- ja arvutusülesandeid.
Redoksreaktsioonide tasakaalustamise põhimõtete käsitlemisel pole eesmärk mitte drillida oskust rakendada keeruliste redoksreaktsioonide võrrandite tasakaalustamiseks elektronbilansi meetodit, vaid jõuda arusaamisele, et redoksreaktsioonis peab oksüdeerija poolt liidetavate ja redutseerija poolt loovutatavate elektronide arv olema võrdne.
3. Metallid praktikas
3.1. Metallide korrosioon (energeetiline põhjendus, protsessi olemuse selgitus raua näitel, korrosiooni mõjutavad tegurid, korrosioonitõrje võimalused).
3.2. Metallide saamine maagist (protsessi põhimõte, selgitus raua ja alumiiniumi näitel), elektrolüüs (kui üks metallide saamisvõimalusi).
3.3. Metallisulamid (tuntumaid näiteid, praktilisi rakendusi).
3.4. Keemilised vooluallikad (tööpõhimõte, rakendused praktikas).
Selle teema korral tuleb suurt tähelepanu pöörata keemia rakendusvõimalustele praktikas ja nendega seotud majanduslikele aspektidele. Selle teemaga on tihedalt seotud keemiatööstuses või igapäevaelus kasutatavate keemiliste protsesside majandusliku efektiivsuse hindamist nõudvad probleem- ja arvutusülesanded.
Tuleb rõhutada, et metalli saamine maagist ja metalli korrosioon on põhimõtteliselt vastassuunalised protsessid (kui väärismetallid vaatluse alt kõrvale jätta), millest üks (korrosioon) on eksotermiline ja kulgeb iseenesest, teine (metalli saamine) aga endotermiline ja iseenesest ei kulge, selle teostamiseks on vaja kulutada energiat.
Isevooluliselt kulgevad protsessid ka keemilistes vooluallikates, kus protsessis vabanev keemiline energia muudetakse vahetult elektrienergiaks (erinevalt soojuselektrijaamadest, milles põlemisprotsessis vabanev energia muudetakse vaheetapina kõigepealt soojusenergiaks ja alles seejärel elektrienergiaks, mistõttu esinevad paratamatult üsna suured energiakaod).
4. Mittemetallide üldiseloomustus
4.1. Mittemetallilised elemendid looduses.
4.2. Mittemetalliliste elementide aatomi ehituse iseärasused.
4.3. Mittemetallide füüsikalised omadused.
5. Tähtsamaid mittemetallilisi elemente ja nende ühendeid
5.1. Vesinik.
5.2. VII-A rühma elemendid, halogeenid.
5.3. VI-A rühma elemendid, hapnik ja väävel.
5.4. V-A rühma elemendid, lämmastik ja fosfor.
5.5. IV-A rühma elemendid, süsinik ja räni.
Tähelepanu pööratakse mittemetallide ja nende ühendite omaduste võrdlevale iseloomustusele ja erinevuste põhjendamisele (sh vastavate elementide ja nende ühendite omaduste muutumisel rühmas ülevalt alla). Selgitatakse mittemetallide ja nende ühendite rolli looduses, sh elusorganismides, ning tähtsamate mittemetalliliste elementide ringkäiku looduses.