Transkript

1

2

3

4

5

6

7 Minns du? 1 Kol som grundämne kan som exempel förekomma som grafit, diamant och grafen. 2 Så gott som alla kolföreningar hör till den organiska kemin. 3 Fossila bränslen som lagras i berggrunden är stenkol, olja och naturgas. 4 En kolatom har fyra bindningsmöjligheter. 5 Alla kolväten består av kol och väte. 6 Ju större molekylen är, desto högre är ämnets kokpunkt. 7 Exempel på kolväten som är i gasform är propan och butan (gasol), i flytande form bensin och fotogen, i fast form paraffin, vaselin och asfalt. 8 Naturgas består mest av metan. 9 Ett mättat kolväte har enkla bindningar mellan kolatomerna. Ett omättat kolväte har dubbeleller trippelbindningar mellan kolatomerna. 10 Beståndsdelarna skiljs åt genom fraktionerad destillation. Genom uppvärmning förgasas råoljan och leds in i ett destillationstorn. Kolväten med korta kolvätekedjor och låga kokpunkter kondenserar i tornets övre del, kolväten med längre kolkedjor kondenserar i tornets nedre del. 11 Alkoholmolekyler har en kortare eller längre

8 kolkedja med en eller några få OH-grupper. 12 Metanol används bland annat som lösningsmedel, som bränsle och som råvara inom den kemiska industrin. 13 Vid liten mängd kan man bli blind, vid något större mängd dör man. 14 Etanol framställs genom jäsning av socker, varefter ren etanol framställs genom destillation. 15 Etanol används som lösningsmedel och råvara inom kemiska industrin, bland annat för att framställa ättiksyra. Etanol finns även i spritdrycker och används som motorbränsle. 16 Denaturerad sprit är etanol som blandats med giftiga och illasmakande ämnen. 17 Gruppen kallas karboxylgrupp. 18 En fleromättad syra har två eller flera dubbelbindningar i sin kolkedja. Ett exempel är linolsyra. 19 Natriumstearat (tvål) är ett exempel på ett karboxylsyrasalt. 20 En fettemulsion i vatten består av mycket små fettdroppar svävande i vattnet. Färgen är vit. 21 En tensidmolekyl har en polär (laddad) vattenvänlig del och en lång opolär vattenavvisande del. 22 Välluktande estrar finns i många frukter, i glass, karameller och läskedrycker m m. Vissa estrar kan användas som lösningsmedel. Förstår du? 1 Följ numrering på s men använd egna ord. 2 Kolföreningarna är så många därför att varje kolatom har fyra bindningsmöjligheter med andra atomer och de kan binda varandra i långa kedjor eller ringar. 3 Att kolväten är olösliga i vatten beror på att kolvätenas molekyler är opolära och inte polära som vattenmolekylerna. Regeln lika löser lika gäller. 4 Uppvärmningsändamål: eldningsolja, naturgas och gasol. Motorbränsle: bensin, fotogen och dieselolja. Smörjmedel: smörjoljor. Vägbeläggning och fuktisolering: asfalt. Som viktiga råvaror inom kemiska industrin: plaster, färger, lösningsmedel m m. 5 Alkoholerna får namn genom att till motsvarande kolvätes namn sätts slutändelsen -ol. 6 Karboxylsyror avger vätejoner när de löses i vatten. Ett stort antal vätejoner frigörs, vilket betyder att lösningen får lågt ph-värde. 7 Ättiksyrans polära, vattenvänliga del, karboxylgruppen, gör att ättiksyramolekylerna löser sig. Den vattenavvisande, opolära kolvätekedjan är kort. Stearinsyrans vattenavvisande, långa och opolära del dominerar över den vattenvänliga karboxylgruppen, vilket gör att stearinsyran inte löser sig. 8 Fettdropparna har ett laddat hölje, som gör att de stöter bort varandra. En stabil fettemulsion bildas. 9 De ytaktiva tensidmolekylernas fettvänliga kolvätekedjor i tvättmedlet löser sig i den

9 feta smutsen. Tensidmolekylerna lägger sig runt fettfläcken så att en fettdroppe bildas. När fettdroppen lossnat och kommer ut i tvättvattnet stöter den bort andra fettdroppar genom att dropparna har ett laddat hölje. Den stabila emulsion som nu har bildats, sköljs bort med tvättvattnet. Kommentarer till: Utmaningen 1 Grafen har fått bli inledningsbild till kapitlet Kolets kemi. Detta formbara, starka och ledande material som det ställs så stora förhoppningar på. Sök på Internet eller i andra källor för att hitta exempel på vad man skulle kunna använda grafen till i framtiden. 2 Både alkoholen och karboxylsyran är lösliga i vatten. De har korta kolkedjor och polära grupper; alkoholen OH-grupp och syran karboxylgrupp. När estern bildas försvinner de polära, vattenvänliga grupperna och estern blir olöslig i vatten. Se s 118, 120 och 123 i grundboken. 3 När natriumhydroxid löser sig i vatten delar den upp sig fullständigt i joner: NaOH Na+ + OH. Se s 70 i grundboken. Koncentrationen OH -joner blir mycket stor och lösningen starkt basisk. När metanol löser sig i vatten frigörs inte OHgrupperna. Koncentrationen av OH -joner ökar därför inte och lösningen förblir neutral. Kommentarer till: Utmaningen 1 Grafen har fått bli inledningsbild till kapitlet Kolets kemi. Detta formbara, starka och ledande material som det ställs så stora förhoppningar på. Sök på Internet eller i andra källor för att hitta exempel på vad man skulle kunna använda grafen till i framtiden. 2 Både alkoholen och karboxylsyran är lösliga i vatten. De har korta kolkedjor och polära grupper; alkoholen OH-grupp och syran karboxylgrupp. När estern bildas försvinner de polära, vattenvänliga grupperna och estern blir olöslig i vatten. Se s 118, 120 och 123 i grundboken. 3 När natriumhydroxid löser sig i vatten delar den upp sig fullständigt i joner: NaOH Na+ + OH. Se s 70 i grundboken. Koncentrationen OH -joner blir mycket stor och lösningen starkt basisk. När metanol löser sig i vatten frigörs inte OHgrupperna. Koncentrationen av OH -joner ökar därför inte och lösningen förblir neutral. 1 Krossa och finfördela, extrahera (lös ut) med vatten, dekantera och filtrera, koka bort vattnet (indunsta). 2 Fetter är nästan dubbelt så energirika som kolhydrater. Det skulle vara både tungt och skrymmande för en människa eller ett lejon att släpa på kolhydrater som reservnäring. 3 Exempel på metaller i kroppen: Järn finns t ex i bönor, lever, blodpudding, berikade flingor, nötter och gröna grönsaker. Järn är bra för de röda blodkropparna, cellernas avgiftning och produktionen av DNA. Kalcium finns i t ex nypon, nässlor, spenat, bönor, nötter, frön och mjölkprodukter. Kalcium är bra för skelettet, musklernas

10 funktion, blodets koagulation, blodtryck och blodfetter. Kalium finns i t ex nypon, bönor, nötter och rotfrukter. Kalium är bra för vattenbalansen, musklernas funktion och blodtryck. Koppar finns i t ex lever, skaldjur, champinjoner och fullkornsprodukter. Koppar är bra för omsättningen av järn och syre, bildandet av blod, mot så kallade fria radikaler. Krom finns i t ex skaldjur, kött, fullkorn och ost. Krom är bra för omsättningen av blodsocker och kolhydratomsättningen. Magnesium finns i t ex sojabönor, nötter, fisk, kött och gröna grönsaker. Magnesium är bra för benstommen, levern, immunförsvaret och matsmältningen. Mangan finns i t ex ris, fullkornsprodukter, nötter och bär. Mangan är bra för cellernas försvar mot fria radikaler. Molybden finns i t ex sojabönor, lever, ägg och bönor. Molybden skyddar mot karies. Natrium finns i t ex koksalt (natriumklorid) och i de flesta livsmedel. Natrium är bra för vattenoch syra/basbalansen. Ett för stort intag leder till förhöjt blodtryck. Selen finns i t ex fisk, skaldjur, kött och ägg. Selen är en kraftfull antioxidant och skyddar mot fria radikaler, och är bra för immunförsvaret och bra för avgiftande processer. Skyddar mot gifter som kvicksilver och kadmium. Tillskott av selen rekommenderas eftersom vi inte äter så mycket mat som innehåller selen. Zink finns i t ex ostron, krabba, kött, mjölkprodukter. Zink är bra för immunförsvaret och ämnesomsättningen. 4 Vitamin är ju ett ämne som kroppen behöver men som den inte kan bilda själv. D-vitamin kan betecknas som ett hormon, eftersom det bara är under förhållanden med för lite solljus som D-vitamin behöver tas in med maten. Det bildas i huden och påverkar kalciumjonomsättningen i hela kroppen Minns du? 1 Socker, stärkelse, cellulosa, fett och bensin är energirika ämnen. 2 Kemisk energi finns i ämnena. 3 Kemisk energi kan frigöras ur ett energirikt ämne genom att du antänder det, t ex tänder ett stearinljus. 4 Vi lagrar energi i fett. 5 Växternas reservnäring är stärkelse men ibland även fett. 6 Den ena sorten är reaktioner då kemisk energi frigörs och den andra sortens reaktioner är då energi måste tillföras. 7 Växterna använder koldioxid och vatten och tillförd energi är solljusenergi. Druvsocker tillverkas. 8 Vid förbränning frigörs den kemiska energin i t ex födan. Formel finns på s 148 i grundboken. Svar till: Förstår du? 1 Mat och bränsle består av energirika organiska föreningar. 2 En reaktionsformel är balanserad när det finns lika många atomer eller joner av varje slag på

11 båda sidor om pilen. 3 Vi lagrar fett därför att det är dubbelt så energirikt som kolhydrater eller protein. Fettlagren blir inte så tunga och skrymmande. 4 Likheter: Organiska energirika ämnen förbränns i båda fallen. Slutprodukterna koldioxid, vatten och energi är de samma. Olikheter: I cellerna frigörs den kemiska energin stegvis (sakta) vid låg temperatur i motsats till förbränningen i gaslågan som sker snabbt och vid hög temperatur. 5 När en gasollåga brinner frigörs och omvandlas kemisk energi till värme och ljusenergi. 6 Se rutan på s 150 i grundboken. Utmaningen 3 När människan lärde sig att göra upp eld för ca år sedan (troligen genom att gno trä mot trä) fick hon större möjlighet att få värme och ljus när hon behövde det och var inte beroende av att ta tillvara elden vid blixtnedslag eller eldsvådor. Hon har i större utsträckning fått möjlighet att tillaga sin mat med mindre sjukdomar som följd. Elden har också varit ett effektivt skydd mot vilda djur. Människan har kunnat utforska världen snabbare, genom att hon kunde ta med sig verktyg och skapa eld på plats. Människan kan med elden styra mer över sin egen situation och i förlängningen blivit mindre avhängig av elementen omkring sig vilket klart har förbättrat chanserna för överlevnad. 4 Om vi kan ta till vara koldioxiden som bildas vid förbränningen, kan vi påvisa den genom att använda oss av kalkvatten. Kalkvatten grumlas av koldioxid. Ett sätt kan vara en variant på uppgift 8 Hur bildas koldioxid? från kapitlet Luften och att då använda trä i stället för kol. En möjlig variant att bevisa att det bildas vatten är att hålla en torr, men kall bägare en bit ovanför lågan. Vattnet som bildas i reaktionen avsätter sig då som vattenånga eller imma på undersidan av bägaren. Problemet är att imman nästan omedelbart förångas vilket gör det svårt att hinna uppfatta. Ett annat problem kan vara att lågan sotar vilket också gör det svårt att se. Det eleverna behöver inse är att vattnet som bildas är i gasform och att det är endast i flytande form vi kan se det, vi behöver alltså sänka temperaturen på ångan som bildas till: Minns du? 1 Aluminium framställs ur mineralet bauxit och ur aluminiumskrot i eldrivna smältverk. 2 En malm är rik på metall och ofta värd att bryta. 3 I masugnen frigörs järnet ur malmen (järnoxiden) med hjälp av kol. Slagg bildas genom att kalk och kvarts förenas. Råjärn och slagg tappas av från ugnen. 4 Med hjälp av syre minskas kolhalten till mindre än 2 % genom att kolet oxideras och försvinner i gasform. 5 Skillnaden är att fibrerna i lumppapper kommer från finfördelat linnetyg och fibrerna i vanligt papper från trä. 6 Returpapper finfördelas och rensas och blandas med vanlig pappersmassa. 60

12 procent av pappersmassan som används vid papperstillverkning kommer från returpapper. Returpapper används främst för tillverkning av hushållspapper, toalettpapper, tidningspapper och wellpapp. 7 Papyrus tillverkades av märgen hos ett gräs. Huvudbeståndsdel är cellulosa. Pergament tillverkades av skinn av bland annat kalv. Huvudbeståndsdel är protein. 8 Plasternas två huvudgrupper är termoplaster och härdplaster. 9 I en plast finns förutom en polymer ofta ett tillsatsämne som fungerar som ett mjukmedel eller fyllmedel. 10 Eftersom plast inte ruttnar blir den kvar och skräpar ner när den sprids i naturen. Vid förbränning av plast kan skadliga ämnen spridas med rökgaserna. Förstår du? 1 Det krävs mycket elenergi för att tillverka aluminium ur bauxit. Att tillverka aluminium ur aluminiumskrot, som burkar, kräver betydligt mindre energi, därför är det lönsamt att återanvända burkar och annan skrot. Man slipper också de långa malmtransporterna från andra sidan jorden. Återanvändning ger alltså både miljömässiga och ekonomiska vinster. 2 Termoplasterna har svaga bindningar mellan molekylerna. Det gör att de mjuknar och smälter vid upphettning. Härdplasterna har starka bindningar mellan molekylerna som bildar ett sammanhållande nätverk av molekyler. Härdplasterna är därför hårda och spröda och de förkolnar vid upphettning. Kommentarer till: Utmaningen 1 Antingen började aluminiumatomerna i en annan läskburk eller så fanns de nere i marken i bergarten bauxit. Atomerna kanske grävdes upp i Australien, och de fraktades sedan till ett aluminiumsmältverk. Efter det fick de vara med om att valsas till tunn plåt innan de blev burkar och hamnade på ett bryggeri för att fyllas med läsk. Därefter transporterades de till en affär där du handlade dem för att släcka din törst. Minns du? 1 Atomkärnan består av protoner och elektroner. Runt atomkärnan kretsar elektroner. 2 Kärnan innehåller 13 positivt laddade protoner. De 13 elektronerna fördelas på tre olika skal. I K-skalet finns det 2 stycken elektroner, i L-skalet 8 stycken och i M-skalet finns det 3 stycken elektroner. Atomslag nummer 13, aluminium, är en metall. 3 Det är elektronerna i det yttersta skalet. De så kallade valenselektronerna är viktigast för ämnets kemiska egenskaper. 4 a Litium och kalium (grupp 1) har båda 1 valenselektron. b Syre och svavel (grupp 16) har båda 6 valenselektroner. 5 Ädelgaserna har ett fullt ytterskal, det vill säga helium har två elektroner ytterst medan alla övriga ädelgaser har åtta elektroner i sina ytterskal. 6 Metallatomer, som har få valenselektroner,

13 avger sina yttersta elektroner till andra ämnens atomer och blir då själva positivt laddade joner. Jonen får ett fullt yttersta elektronskal, vilket ger en stabil ädelgasstruktur. 7 Icke-metaller har många valenselektroner. De uppnår ädelgasstruktur genom att ta upp så många elektroner att de får ett fullt ytterskal. Eftersom elektroner har negativ laddning kommer jonen som bildas att vara negativ. 8 a Na+ b O2 c Cl 9 Saltkristaller hålls ihop av att de positivt och negativt laddade jonerna dras till varandra. Denna typ av bindning kallas jonbindning och är mycket stark. 10 I en molekyl delar de ingående atomerna elektroner med varandra. Syreatomen har 6 valenselektroner och behöver alltså ytterligare 2 elektroner för att få ett fullt ytterskal. Väteatomen har endast en elektron och behöver ytterligare en elektron för att få ett fullt skal. En syreatom får de två elektroner den saknar genom att använda elektroner gemensamt med två väteatomer. Vardera väteatomen fyller då också sitt behov av ytterligare en elektron. På så sätt uppstår två elektronparbindningar som binder ihop molekylen. Därför består en vattenmolekyl av en syreatom och två väteatomer, H2O. 11 Metallatomernas valenselektroner rör sig fritt i ett gemensamt elektronmoln och ger upphov till den så kallade metallbindningen. 12 a Oädla metaller som zink och järn oxideras lätt genom att avge elektroner. b Halogener som fluor och klor reduceras lätt, men även syre och svavel tar också lätt upp elektroner. 13 Metallerna är ordnade allt efter sin ädelhet, det vill säga sin förmåga att avge elektroner och bilda joner. 14 Oädla metaller bildar lätt joner och reagerar häftigt med utspädda syror. Ädla metaller bildar ogärna joner och påverkas inte av utspädda syror. 15 Ett galvaniskt element är uppbyggt av två olika sorters metallbleck och en elektrolyt (jonlösning). 16 Batterier samlar vi in för att undvika att tungmetaller som bly, kvicksilver och kadmium sprids i naturen. 17 Rost kan motverkas genom att fukt och syre utestängs från järnets yta. Det kan man göra genom att slipa och täcka över med t ex målarfärg. Korrosion kan också motverkas av ett skikt av oädlare metall på järnet, t ex zink. 18 Elektrolys används för ytbehandling av metaller vid exempelvis förkromning, förnickling och försilvring och vid renframställning av koppar och aluminium i stor skala. 19 Ett laddningsbart batteri kallas ackumulator. 20 En lösning som innehåller joner leder ström, men det gör inte en lösning med molekyler. 21 Med hjälp av färgen på lågan kan man känna igen olika metalljoner, t ex natrium-, kalium-, kalcium- och kopparjoner. Genom att använda lackmuspapper avslöjar man om det finns

14 vätejoner eller hydroxidjoner i lösningen. Med hjälp av silverjoner hittar man kloridjoner och bariumjoner avslöjar sulfatjoner. Genom att använda en syra kan man se om en lösning innehåller karbonatjoner, det bubblar. Förstår du? 1 En Na2+-jon skulle inte ha fullt yttersta skal. (Det krävs tre gånger så mycket energi för natriumatomen att bilda en tvåvärd jon jämfört med en envärd. Det är därför troligare att flera natriumatomer bildar envärda joner än att enstaka natriumatomer bildar tvåvärda joner.) 2 Litium har en valenselektron och är en metall. Fluor har sju valenselektroner och är en ickemetall. När litium reagerar med fluor avger litiumatomen sin enda valenselektron till fluoratomen. Båda får därmed fulla ytterskal. Litiumatomen oxideras till en litiumjon, Li+, och fluoratomen reduceras till en fluoridjon, F. 3 Kolatomen har fyra valenselektroner och behöver ytterligare fyra elektroner för att få ett fullt ytterskal. Genom att dela elektroner med andra atomer kan kolatomen uppnå den stabila ädelgasstrukturen. Eftersom kolatomen behöver fyra elektroner, kan högst fyra andra atomer bindas till en kolatom. Den molekyl som bildas hålls samman av fyra gemensamma elektronpar, elektronparbindningar. 4 Väteatomen har endast en elektron i sitt enda skal, K-skalet. K-skalet är fullt då det innehåller två elektroner. En väteatom behöver alltså ytterligare en elektron för att uppnå ädelgasstruktur. Då två väteatomer slår sig samman och delar på de två elektronerna uppstår en vätemolekyl, som hålls ihop med en elektronparbindning. 5 Metallatomen har få valenselektroner som avges då en metalljon bildas. Det uppstår ett underskott av elektroner och jonen får en positiv laddning; en plusladdning för varje elektron som avges. 6 En oädel metall, t ex zink, avger elektroner och bildar joner, som lossnar och lämnar metallen som därmed korroderar (fräts). I surt regnvatten finns vätejoner som tar emot elektroner. 7 Föremålet får ett skikt av koppar på sin yta. Det oädlare järnet avger elektroner (oxideras) och bildar joner. När kopparjoner kolliderar med järnbiten tar de upp elektroner och bildar oladdade atomer (reduceras). Kopparatomer avsätter sig på järnbiten. 8 Den kemiska energin i det galvaniska elementet omvandlas till ljus och värme i glödlampan. Det sker genom att energi förs över från elektronerna i den elektriska strömmen till metallatomerna i lampans glödtråd. Kommentarer till: Utmaningen 1 Det går att finna uppgifter i uppslagsverk och på Internet. Den moderna atomteorin utvecklades under 1800-talet, och kring sekelskiftet följde upptäckten av elektronen (1897 av britten J.J. Thomson) och atomkärnan (upptäckt av Ernest Rutherford) upptäckte James Chadwick neutronen. 2 Krafterna mellan vattenmolekylerna i is är svaga

15 medan krafterna som binder samman atomerna i vattenmolekylen, elektronparbindningarna, är mycket starkare. 9 Hela tiden som elektroner ger sig i väg genom strömkretsen bildar minuspolen nya joner och elektroner avges. Då joner bildas och lossnar från blecket fräts det och blir allt tunnare. Så småningom tar elementet slut. 10 Kopparjonerna tar upp elektroner vid minuselektroden (katoden) och bildar oladdade atomer. De reduceras till kopparatomer, som avsätter sig som koppar på minuselektroden. 11 a Den gulorange lågfärgen beror på natriumjonen Na+ och fällningen med silvernitrat avslöjar att det finns kloridjoner Cl. b Provet måste innehålla natriumklorid. 12 Rödorange lågfärg beror på kalciumjoner Ca2+ och gasutvecklingen med saltsyra visar på karbonatjoner CO3 2. I lösningen finns alltså kalciumkarbonat CaCO3.