Kapitel 1. Kemiska grundvalar

Transkript

1 Kapitel 1 Kemiska grundvalar

2 Kapitel 1 Innehåll 1.1 Kemi: en översikt 1.2 Den vetenskapliga metoden 1.3 Storheter och enheter 1.4 Osäkerheter i mätningar 1.5 Signifikanta siffror och beräkningar 1.6 Enhetskonvertering 1.7 Temperatur 1.8 Densitet 1.9 Materians indelning

3 Avsnitt 1.1 Kemi: en översikt Utmaningen med kemistudier är att förstå sambandet mellan den makroskopiska världen vi kan se och känna och den mikroskopiska världen av atomer och molekyler. Att lära sig tänka på atomnivå.

4 Avsnitt 1.1 Kemi: en översikt Atomer och molekyler Materia består av pyttesmå partiklar som kallas atomer. Atom: den minsta enheten av ett grundämne. Molekyl: Två eller flera atomer bundna till en enhet. syreatom vattenmolekyl väteatom

5 Avsnitt 1.1 Kemi: en översikt Kemisk formel Använd nedsänkt siffra vid fler än en atom i molekylen. syremolekyl skrivs O 2 vätemolekyl skrivs H 2

6 Avsnitt 1.1 Kemi: en översikt En kemisk reaktion Ett ämne ändras till ett annat genom en omorganisation i sättet som atomerna är bundna till varandra. två vattenmolekyler skrivs 2 H 2 O elektrisk ström en syremolekyl skrivs O 2 två vätemolekyler skrivs 2 H 2

7 Avsnitt 1.2 Den vetenskapliga metoden Vetenskap är en struktur för att samla och organisera kunskap. är en handlingsplan en procedur för att behandla och förstå en viss slags information. Vetenskapsmän utmanar ständigt den rådande övertygelsen, ställer frågor, och experimenterar för att erhålla ny kunskap. Det behövs en vetenskaplig metod.

8 Avsnitt 1.2 Den vetenskapliga metoden Fundamentala delar av den vetenskapliga metoden Process som är central i den vetenskapliga undersökningen.

9 Avsnitt 1.2 Den vetenskapliga metoden Vetenskapliga modeller Lag Summerar vad som händer vid upprepade observationer Hypotes En möjlig förklaring till en observation. Teori (Modell) Ett försök att förklara varför det händer. En samling testade hypoteser som ger en övergripande förklaring till naturliga fenomen.

10 Avsnitt 1.2 Den vetenskapliga metoden Kreationisterna motsätter sig vetenskapliga teorier om evolution och jordens ålder: orsaken är olikheter i undersökningsmetoden.

11 Avsnitt 1.3 Storheter och enheter Kvantitativ observation: mäta Mäta En kvantitativ observation som består av två delar. En siffra (storhet) En skala (enhet) Exempel 20 gram joule sekunder

12 Avsnitt 1.3 Storheter och enheter SI grundenheter Storhet Massa Längd Tid Temperatur Elektrisk ström Substansmängd Enhet kilogram meter sekund kelvin ampere mol Förkortning kg m s K A mol

13 Avsnitt 1.3 Storheter och enheter Prefix som används i SI-systemet

14 Avsnitt 1.4 Osäkerhet i mätningar Osäkra mätningar En siffra som måste uppskattas kallas osäker. En mätning innehåller alltid ett mått av osäkerhet. Notera de säkra siffrorna och den första osäkra siffran (den uppskattade).

15 Avsnitt 1.4 Osäkerhet i mätningar Avläsning av vätskevolym i en byrett Volymen avläses vid den nedre delen av den krökta kontaktytan mellan vätskan och luft (menisken). Volymen avläses till ml. Säkra siffror: Osäkra siffror: 20.15

16 Avsnitt 1.4 Osäkerhet i mätningar Precision och Noggrannhet Noggrannhet Överensstämmelse mellan det uppmätta värdet och det verkliga värdet Precision Samstämmighet mellan fler på varandra följande mätningar av samma kvantitet.

17 Avsnitt 1.4 Osäkerhet i mätningar Precision och Noggrannhet

18 Avsnitt 1.5 Signifikanta siffror och beräkningar Regler för antal signifikanta siffror 1. Icke-nollor i tal är ALLTID signifikanta har 4 signifikanta siffror.

19 Avsnitt 1.5 Signifikanta siffror och beräkningar Regler för antal signifikanta siffror 2. Det finns tre olika slags nollor. a. Inledande nollor är ALDRIG signifikanta har 2 signifikanta siffror. b. Mellanliggande nollor är ALLTID signifikanta har 4 signifikanta siffror. c. Avslutande nollor är BARA signifikanta OM talet innehåller ett decimaltecken har 4 signifikanta siffror. 150 har 2 signifikanta siffror.

20 Avsnitt 1.5 Signifikanta siffror och beräkningar Regler för antal signifikanta siffror 3. Exakta tal har ett oändligt antal signifikanta siffror. 1 tum = 2.54 cm, exakt. 9 pennor (räknade). 2 atomer

21 Avsnitt 1.5 Signifikanta siffror och beräkningar Exponentform Exempel 300. kan skrivas som Båda formerna har tre signifikanta siffror. Två fördelar med exponentformen Antalet signifikanta siffror framgår klart. Färre antal nollor behövs för att skriva väldigt små eller väldigt stora tal.

22 Avsnitt 1.5 Signifikanta siffror och beräkningar Signifikanta siffror i beräkningar 1. Vid multiplikation och division skall svaret avrundas till antalet signifikanta siffror som den minst signifikanta termen i beräkningen = Vid addition och subtraktion skall svaret avrundas till samma antal decimaler som den term i beräkningen med minst antal decimaler Corrected 31.28

23 Avsnitt 1.5 Signifikanta siffror och beräkningar Begreppskoll Du har vatten i de graderade cylindrarna här intill. Du sammanblandar båda innehållen till en bägare (och antar att all vätska kommer med). Hur skulle du skriva siffran som anger den totala volymen? 3.1 ml Vad begränsar precisionen av den totala volymen?

24 Avsnitt 1.6 Enhetskonvertering Metod för enhetskonvertering Lär dig ett idiotsäkert sätt att räkna om från enhet till en annan. Börja med att söka upp och skriva ned ekvationen som relaterar de båda enheterna till varandra. Erhåll den önskade omräkningsfaktorn genom att dividera ekvationen med termen med den oönskade enheten (så att den oönskade enheten elimineras). Multiplicera kvantiteten som skall omvandlas med enhetsfaktorn som du erhållit i föregående steg varpå kvantiteten ändras till önskad enhet.

25 Avsnitt 1.6 Enhetskonvertering Exempel 1 En golfare puttar en golfboll 6.8 fot (ft) över en green. Hur många tum (in) motsvarar detta? 1. Utgå från enhetsekvationen: 1 ft = 12 in 2. Dividera med den oönskade enheten: 12 in 1 ft 3. Multiplicera enhetsfaktorn med kvantiteten som skall omvandlas 12 in 6.8 ft = 82 in 1 ft

26 Avsnitt 1.6 Enhetskonvertering Exempel 2 Ett järnprov har massan 4.50 lbs (pund). Vad är järnets massa i gram? (1 kg = lbs; 1 kg = 1000 g) 4.50 lbs 1 kg lbs 1000 g 1 kg 3 = g

27 Avsnitt 1.6 Enhetskonvertering Begreppskoll Vilken data behöver du för att estimera hur mycket pengar du behöver för att köpa bensin till en bilresa mellan Åbo och Helsingfors? Gör en uppskattning på enhetsfaktorer och utför en kostnadsberäkning.

28 Avsnitt 1.7 Temperatur Tre temperaturskalor Celsiusskalan = C Kelvinskalan = K Fahrenheitskalan = F

29 Avsnitt 1.7 Temperatur

30 Avsnitt 1.7 Temperatur Konvertering mellan skalorna T = T T = T K C C K o ( o ) 5C 9F o TC = TF 32 F TF = TC + 32 F o o 9F 5C o

31 Avsnitt 1.7 Temperatur Övning Vid vilken temperatur är C = F?

32 Avsnitt 1.7 Temperatur Lösningsförslag Använd ekvationen som beskriver förhållandet mellan de båda skalorna: Eftersom C = F, borde båda ha samma värde (ges det okända värdet x). Lös värdet på x m.h.a. algebra T C 5C 32 F 9F o ( o T ) F = ( o x ) 5C x = x = 40 o o 32 F 9F o So 40 C = 40 F

33 Avsnitt 1.8 Densitet Ett ämnes täthet Massan per volymsenhet av ämnet. Vanliga enheter är g/cm 3 = g/ml SI-enheten är kg/m 3. densitet = massa volym [ kg] [ 3 m ]

34 Avsnitt 1.8 Densitet De tre tillstånden hos vatten

35 Avsnitt 1.8 Densitet

36 Avsnitt 1.9 Materians indelning Fasta faser Har bestämd form och bestämd volym Antar ej formen eller volymen av en behållare Vätskor Har bestämd volym men obestämd form. Antar formen av en behållare men inte dess volym. Gaser Har varken bestämd form eller volym. Antar formen och volymen av dess behållare.

37 Avsnitt 1.9 Materians indelning Materia Vad som helst som upptar en volym och innehar en massa. Materia förekommer i tre tillstånd. Fast Flytande Gas

38 Avsnitt 1.9 Materians indelning Vattnets tre aggregationstillstånd

39 Avsnitt 1.9 Materians indelning

40 Avsnitt 1.9 Materians indelning Ett rent ämne är antingen en förening: ämne med konstant sammansättning som kan neddelas till grundämnen genom kemiska processer. eller ett grundämne: ämne som inte kan neddelas vidare med kemiska metoder.

41 Avsnitt 1.9 Kvicksilver (Hg) Materians indelning Jod (I) Kvicksilverjodid (HgI)

42 Avsnitt 1.9 Materians indelning Blandningar Har variabel sammansättning Homogen blandning Med icke-urskiljbara delar; en lösning. Heterogen blandning Med klart urskiljbara delar.

43 Avsnitt 1.9 Materians indelning Begreppskoll Vilken av följande är en homogen blandning? Rent vatten Bensin Skål med godis Jord Kopparmetall

44 Avsnitt 1.9 Materians indelning Fysisk förändring Förändring i ett ämnes form, inte i kemisk sammansättning. exempel: kokande vatten eller smältande is Kan även användas för att separera rena ämnen ur en blandning, men inte för att spjälka upp ämnen i dess grundämnen. Filtrering Destillering Kromatografi

45 Avsnitt 1.9 Materians indelning Filtrering

46 Avsnitt 1.9 Materians indelning Destillering

47 Avsnitt 1.9 Materians indelning Kromatografi

48 Avsnitt 1.9 Materians indelning Kemisk förändring Ett givet ämne blir till ett nytt ämne eller flera ämnen med annorlunda sammansättning och helt skilda egenskaper. Exempel: något rostar (metall, t.ex. järn, reagerar med syre och bildar rost, d.v.s. metalloxid)

49 Avsnitt 1.9 Materians indelning Begreppskoll Vilka av nedanstående processer är exempel på en kemisk förändring? Grovt salt mals i en saltkvarn Ved förbränns i en bastuugn En sockerbit löses i vatten En isglass smälter en varm sommardag

50 Kapitel 1 Innehåll Kemi - växelverkan mellan atomer Metod den vetenskapliga Mätningar signifikans, enheter Materia klassificering, tillstånd