Kemi handlar om ämnen och deras omvandlingar

Transkript

1 1 Kemi handlar om ämnen och deras omvandlingar Kapitel 1 Ämnena som finns runtomkring oss är exempel på materia. All materia har massa och volym. En del materia kan vi se och röra vid, ja till och med känna lukten av. Men det finns också materia som vi inte ser, t.ex. luften. Den är en blandning av gasformiga ämnen. Marken vi går på består av en mängd ämnen, liksom alla levande organismer. Figur 1.1. En strutsunge kläcks. Den har byggts av atomerna i ägggulan och äggvitan. Det enda som har tillförts är syre och värmeenergi. Syret togs direkt från luften både skalet och hinnorna innanför skalet släpper igenom syrgas, O 2. Värme fick ägget genom ruvningen eller av strålningen från en värmelampa. Byggnadsritningen, dvs. DNAmolekylen, fanns i cellkärnan i det befruktade ägget. Ämnen förändras genom naturliga förlopp Ämnena i vår omgivning förändras hela tiden. Is smälter till vatten. Järn rostar snabbt i salthaltig, fuktig miljö. Atomer kopplas ihop och kopplas isär för att bilda nya ämnen. De levande organismernas celler fungerar som kemiska fabriker i miniatyr. Där byggs ämnen upp och bryts ner med en svindlande hastighet, ofta under medverkan av vatten. Det nyvärpta strutsägget innehåller världens största cell. Innanför äggskalet finns nästan alla atomer som behövs för att bygga en strutsunge av kött och blod. Med hjälp av färgämnet klorofyll fångar växtceller upp solenergi som de utnyttjar i fotosyntesen för att omvandla koldioxid och vatten till energirika föreningar som glukos och stärkelse. På det här sättet lagrar växterna energi som sedan används för att driva alla de kemiska processer som måste ske i växtcellerna för att de ska kunna överleva och dela sig. Omvandlingen av ämnen genom kemiska reaktioner är en förutsättning för livet på jorden.... och genom människans inverkan Så långt är det naturen som står för förändringarna. Men i vårt moderna samhälle framställer och förändrar också vi människor ämnen i stor skala. Ett exempel är oljan. Den blir inte bara bensin, fotogen och eldningsolja. Vi har lärt oss att omvandla och koppla samman oljans byggstenar, kolvätemolekylerna, till jättemolekyler, polymerer, av många olika slag. De ger oss t.ex. tunna, sega plastpåsar men också slitstarka däck till våra bilar. Kemi kapitel 1-5.indd

2 Ett annat exempel är grundämnet titan, det nionde vanligaste atomslaget i jordskorpan. Titanmineralen låg länge outnyttjade. Det behövdes avancerade kunskaper i både kemi och teknik för att vi skulle kunna utvinna titan ur mineralen. Först 1946 hade man funnit en lönsam metod att framställa metallen i stor skala. Nu är titan en av våra viktigare metaller. Figur 1.2. Här skrotas en Jumbojet, Boeing 747. Metaller av olika slag aluminium, järn, titan och koppar utgör ca 70 % av flygplanets massa. Ca 80 % av metallerna kan återvinnas. Man räknar med att flygplan kommer att skrotas under åren Det är huvudsakligen plan som byggdes på och 1980-talen. Ett grundämne består av ett enda slags atomer. En kemisk förening består av atomer från minst två olika grundämnen. + Ett hundratal atomslag bygger upp alla ämnen Idag känner kemisterna till fler än femton miljoner olika ämnen, och nya skapas varje dag. Alla dessa ämnen byggs upp av bara ett hundratal olika atomslag. Hur är det möjligt? Jämför med alfabetet med bara tjugofyra bokstäver kan du skriva vilka ord som helst. Ett hundratal atomer ger ofantligt många fler kombinationsmöjligheter även om långt ifrån alla atomslag kan kombineras med varandra. För att få överblick över alla ämnen delar kemisterna in dem i grundämnen som består av ett enda slags atomer, och kemiska föreningar där atomer från två eller flera olika grundämnen är bundna till varandra. Här bredvid ser du de minsta enheterna i de två grundämnena helium och väte. Båda ämnena är gaser. Helium består av fria heliumatomer. I vätgas däremot utgörs de minsta enheterna av väteatomer som är sammanbundna två och två till molekyler. En molekyl innehåller minst två sammanbundna atomer. Vatten och natriumklorid är exempel på kemiska föreningar. I vattenmolekylen är två väteatomer bundna till en syreatom. Den minsta enheten i natriumklorid utgörs av en natriumjon och en kloridjon tillsammans. En jon är en positivt eller negativt laddad atom eller atomgrupp. Koldioxid, etanol och vanligt socker är andra exempel på kemiska föreningar. Det behövs kunskaper i kemi för att man ska kunna avgöra om ett ämne är ett grundämne eller en kemisk förening. Det syns ju inte utanpå ämnena om de är byggda av ett eller flera atomslag. Kemi kapitel 1-5.indd

3 UTBLICK 1.1 Vår jord är ett undantag i ett universum av väte och helium Vilka slags atomer är det som bygger upp vår värld och allt den innehåller? Var finns de olika atomslagen och i vilka mängder? Se ut i Universum med alla dess miljarder och åter miljarder galaxer. Det är en värld som nästan enbart består av väte, H, och helium, He, de två lättaste atomslagen. Av atomer i Universum är väteatomer och heliumatomer. Det blir tillsammans atomer. Alla andra atomslag får dela på de 100 atomer som återstår 50 av dem är syreatomer, 15 är kväveatomer och 8 kolatomer. De lätta atomslagen dominerar helt i Universum. På webben finns en utförligare tabell som också visar de vanligaste atomslagen i människokroppen, jordskorpan och jordklotet. Figur 1.3. Vatten på Mars! Den europeiska rymdsonden Mars Express har skickat hem denna bild av en krater nära den röda planetens nordpol. Det som syns på kraterns botten är fruset vatten. Tidigare har rymdsonden registrerat vattenmolekyler på Mars sydpol. Också i vårt eget solsystem dominerar de lätta atomslagen. Solen och gasplaneterna, dvs. Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus, består till mycket stor del av väte och helium. På vår jord och på de jordliknande planeterna Merkurius, Venus och Mars finns det däremot gott om tyngre atomer. Här på Jorden är syre det allra vanligaste atomslaget. Hela 49 % av jordklotets atomer är syreatomer! Jordens inre består till största delen av järn och nickel. Det yttersta km tjocka skiktet av jorden kallas jordskorpan. Här är ungefär 60 % av alla atomer syreatomer medan 20 % är kiselatomer. De här atomslagen finns framför allt i bergarterna. En stor del av syreatomerna finns förstås också i världshavens vattenmolekyler. Luften är en gasblandning som till allra största delen består av kväve och syre. Jorden fick mycket tidigt i sin historia en atmosfär av kvävgas, antagligen redan innan det uppstod liv på jorden. Däremot är syret i atmosfären en produkt av livet på jorden. Kapitel 1 Kemi kapitel 1-5.indd

4 Varje grundämne har ett kemiskt tecken som består av en eller två bokstäver. Molekylära ämnen är uppbyggda av molekyler. Ämnen som består av fria atomer räknas också hit. Exempel: H 2, O 2, H 2 O, CO 2, He, Ar. Efter bild i Chemistry for You, Lawrie Ryan, Nelson Thornes (2001) Ett ämne har en egen kemisk beteckning Kemisterna har ett eget alfabet. Det består av kemiska tecken, ett för varje grundämne. Du hittar dem i det periodiska systemet på insidan av bokens omslag. Med hjälp av de kemiska tecknen kan man beskriva uppbyggnaden av vilket ämne som helst. De kemiska tecknen infördes 1813 av den svenske kemisten J. Jakob Berzelius. Vi berättar mer om honom i kapitel 7. Kemins teckenspråk är internationellt och tolkas därför på samma sätt över hela världen. De kemiska tecknen består av en eller två bokstäver. Första bokstaven är alltid en versal, dvs. en stor bokstav. Tecknet för grundämnet helium är He. Tecknet för en heliumatom är också He. Heliumgas består av heliumatomer. Därför har ämnet helium beteckningen He. Tecknet för grundämnet väte är H. Tecknet för en väteatom är också H. Vid rumstemperatur och normalt tryck är väte en gas och de minsta enheterna i vätgas är vätemolekyler. De består av två sammanbundna väteatomer. Ämnet väte i form av vätgas får därför beteckningen H 2. Den minsta enheten i ämnet koldioxid är en koldioxidmolekyl. Den består av en kolatom (C) och två syreatomer (O). Ämnet koldioxid har alltså formeln CO 2. Koldioxid är en kemisk förening därför att koldioxidmolekylerna innehåller atomer från olika grundämnen. Däremot är väte i molekylform inte en kemisk förening: molekylen H 2 består av två atomer av samma slag. Alla ämnen som är uppbyggda av molekyler är molekylära ämnen. De tre ämnena H 2, He och CO 2 är alla gaser men de har egna, typiska egenskaper som skiljer dem åt: Väte är en lätt gas. Den är brännbar och vid antändning hörs ofta en knall det blir en liten explosion när man antänder vätgas som blandats med luft. Därför kallas en blandning av vätgas och luft (eller syrgas) ibland knallgas. Helium är en lätt och mycket reaktionströg gas den reagerar inte med något annat ämne. Man kan alltså inte antända helium. Den är en ädelgas. Koldioxid är en tung gas, betydligt tyngre än luft. Man känner igen koldioxid på att gasen släcker en låga och på att den grumlar kalkvatten som är en vattenlösning av kalciumhydroxid, Ca(OH) 2. Kalkvatten är reagens på koldioxid. Ö Kemi kapitel 1-5.indd

5 När vatten kokar bildas gasbubblor som består av vattenånga. De tre aggregationsformerna Kapitel 1 GAS En gas fyller snabbt ut hela behållaren, saknar yta och är lätt att trycka ihop (komprimera). Partiklarna i en gas är helt fria från varandra och far omkring med hög hastighet. De kommer bara i kontakt med varandra när de kolliderar. kokar VÄTSKA En vätska har en tydlig yta och följer behållarens form. Den är svår att komprimera. kondenserar I en vätska har partiklarna så hög energi att de kan förflytta sig men de kan inte göra sig helt fria från varandra. smälter FAST ÄMNE Behåller sin egen form och är svårt att komprimera. stelnar De minsta partiklarna i ett fast ämne är tätt och regelbundet packade. Partiklarna vibrerar i sina lägen men har inte nog energi för att bryta sig loss. = H 2 O = energi Ämnen kan finnas i tre olika aggregationsformer: som fast ämne, vätska eller gas. Partiklarna i ett ämne utför ständigt rörelser av olika slag. Det är den s.k. värmerörelsen. Partiklarnas rörelseenergi ökar när temperaturen stiger. Ämnen kan förekomma i tre olika aggregationsformer: i fast form, vätskeform eller gasform. Du vet att en isbit smälter om man håller den i handen och att vatten börjar koka om man värmer det ordentligt på spisen. Vad händer egentligen med vattenmolekylerna? Partiklarna i alla ämnen befinner sig alltid i rörelse. I en iskristall svänger vattenmolekylerna fram och tillbaka på sina platser i kristallen. I flytande vatten kan vattenmolekylerna röra sig runt i hela vattenvolymen och i vattenånga far de omkring med stor hastighet, fria från varandra. Den här ständiga rörelsen hos ett ämnes partiklar (atomer, molekyler och joner) kallas för värmerörelsen. När vi tillför värme, dvs. höjer vattnets temperatur, rör sig vattenmolekylerna snabbare. Det betyder att deras rörelseenergi ökar. När vi kyler vattnet tar vi bort värme. Då kan molekylernas rörelseenergi minska så mycket att vattnet stelnar till iskristaller. Det som vi har sagt här om vatten gäller för alla ämnen. Vi ska nu studera några egenskaper som utmärker de olika aggregationsformerna. Kemi kapitel 1-5.indd

6 Fasövergång byte av aggregationsform FAST ÄMNE Fasövergång = byte av aggregationsform Ett rent ämne har en bestämd smältpunkt och en bestämd kokpunkt. sublimering sublimering GAS stelning smältning kondensation ångbildning VÄTSKA Figur 1.4. Fasövergångar mellan de tre aggregationsformerna fast ämne, vätska och gas. Vid sublimering går ett ämne direkt över från fast form till gasform eller tvärtom. I figur 1.4 ser du hur ett ämne kan gå över från en aggregationsform till en annan. Det kallas fasövergång och är en fysikalisk förändring. Ett ämne smälter, dvs. det går över från fast till flytande fas, vid en bestämd temperatur som kallas smältpunkten. En smälta av ämnet stelnar vid samma temperatur den kallas då fryspunkten. Övergången från flytande till gasformigt tillstånd sker också vid en bestämd temperatur, kokpunkten. För ett ämne gäller alltså att det smälter respektive kokar vid en temperatur som är typisk för ämnet. I tabell 1.1 anges smältpunkter och kokpunkter för några ämnen. Kokpunkten varierar med lufttrycket. Värden som anges i tabeller gäller alltid för trycket 101,3 kpa. Tabell 1.1. Smältpunkt, kokpunkt och sublimationspunkt för några rena ämnen. Samtliga värden gäller vid trycket 101,3 kpa. Ämne Smältpunkt Kokpunkt Sublimationspunkt Vatten 0 C 100 C Koldioxid 78,5 C Rörsocker ca 180 C Glykol 16 C 198 C Natriumklorid 801 C C Titan C C Figur 1.4 visar också två andra fasövergångar. Ett fast ämne kan gå direkt över till gas utan att först smälta. Den övergången kallas sublimering. Den motsatta övergången när en gas går direkt över till fast ämne kallas också sublimering. Koldioxid är exempel på ett ämne som sublimerar. Koldioxid i fast form smälter alltså inte till vätska utan går direkt över till gas och om gasen avkyls bildas det fasta ämnet direkt. Man använder ofta fast koldioxid som kylmedel. Den fasta koldioxiden kallas då ibland torris, eftersom isbitarna inte blir våta. Figur 1.5. Vilken fasövergång är det frågan om här? En giraff i Duisburg Zoo smakar på det kyliga höstvädret. Kemi kapitel 1-5.indd

7 Exempel 1.1. Beskriv med kemiska formler a) den fasövergång som anges för koldioxid i tabell 1.1, b) de två fasövergångar som anges för titan i tabell 1.1. Kapitel 1 Ö Lösning En blandning består av två eller flera rena ämnen. Ett rent ämne har konstanta egenskaper. En blandnings egenskaper varierar med sammansättningen. a) CO 2 (s) CO 2 (g) och CO 2 (g) CO 2 (s) b) Ti(s) Ti(l) (vid C) och Ti(l) Ti(g) (vid C) Rena ämnen och blandningar Kemisterna skiljer på ett rent ämne och en blandning av ämnen. Ett rent ämne består av ett enda ämne, som kan vara ett grundämne eller en kemisk förening. En blandning består av två eller flera ämnen. I en blandning behåller ämnena sina typiska egenskaper. En blandning kan ändra aggregationsform om temperaturen eller trycket ändras men den uppför sig då på ett annat sätt än ett rent ämne: En blandnings egenskaper, t.ex. smältpunkt (fryspunkt), kokpunkt och densitet, beror på vilka ämnen som ingår i blandningen och på ämnenas halter. Du vet säkert att man brukar hälla frostskyddsmedlet glykol i bilmotorns kylarvatten för att vattnet inte ska frysa på vintern. En blandning av vatten och glykol har nämligen lägre fryspunkt än rent vatten, men fryspunkten varierar med glykolhalten fryspunkten är lägst ( 47 C) när glykolhalten är ca 40 %. Exempel 1.2. Lösning Vatten och guld är exempel på ämnen. Ange ämnenas kemiska beteckningar. De minsta enheterna i vatten är vattenmolekyler och varje molekyl består av två väteatomer, H, och en syreatom, O. Därför har vatten formeln H 2 O (vatten är en kemisk förening). Ämnet guld består av enbart guldatomer som har beteckningen Au. Därför har ämnet guld också beteckningen Au. En blandning kan vara homogen eller heterogen Luften är en gasformig blandning av framför allt kvävemolekyler, syremolekyler och argonatomer. Socker och vatten är olika ämnen. Om du häller socker i vatten löses sockret och du får en lösning med söt smak. Det söta ämnet socker finns alltså kvar men sockermolekylerna är blandade med vattenmolekyler. Kristaller av vanligt socker (rörsocker) är uppbyggda av molekyler som har formeln C 12 H 22 O 11. I en blandning av socker och vatten kan man inte se skillnad på de olika beståndsdelarna, inte ens om man använder Kemi kapitel 1-5.indd

8 I en homogen blandning kan man inte urskilja de olika beståndsdelarna. En lösning är en homogen blandning. En lösning kan vara fast, flytande eller gasformig. mikroskop. Sockret och vattnet har blandats så väl och delats upp i så små partiklar att blandningen har blivit homogen (grek. homos = samma och genos = slag, art). En sådan blandning kallas lösning. Sockerkristallerna har försvunnit men det söta ämnet finns kvar i vätskan. En kemist anger att det är frågan om en vattenlösning av rörsocker genom att skriva C 12 H 22 O 11 (aq). Det är alltså tillägget (aq) efter ämnets formel som anger att ämnet är löst i vatten (latin aqua = vatten). De minsta enheterna i den här blandningen är av två slag: rörsockermolekyler och vattenmolekyler. Kan vi skilja ämnena i en blandning åt? Ja, det är oftast lätt. Om vi till exempel värmer sockerlösningen så att vattnet avdunstar blir sockret kvar som kristaller. Det är typiskt för blandningar att man enkelt kan skilja ämnena från varandra man separerar ämnena i blandningen. Figur 1.6. Gjutning av plåt till orgelpipor vid Grönlunds orgelbyggeri i Luleå. Plåten består av en tenn-blylegering. I bakgrunden syns färdiga orgelpipor. En legering är en fast lösning av metaller. En bergart är en blandning av olika mineral. Ett mineral är en motståndskraftig kemisk förening som finns i naturen (även fritt grundämne). I en heterogen blandning kan man urskilja beståndsdelarna. Också fasta ämnen kan lösas i varandra och bilda fasta lösningar. Fasta lösningar av metaller kallas legeringar. Många av dem har stor teknisk betydelse, se figur 1.6. Den svenska berggrunden är till stor del uppbyggd av bergarterna gnejs och granit. De här bergarterna består i sin tur av tre mineral. Figur 1.7 visar en bit blankslipad röd granit. Här kan man t.o.m. med blotta ögat urskilja mineralkornen. Därför kan granit inte vara en homogen blandning av de tre mineralen. Både gnejs och granit är heterogena blandningar (grek. heteros = annan). Figur 1.7. När granit slipas så att den får en blank yta kan man lätt se att tre mineral ingår. De bildar vita korn, ljusröda korn respektive mörka fjäll. Ta reda på vilka de tre mineralen är. Kemi kapitel 1-5.indd

9 Exempel 1.3. Vilken av figurerna visar ett rent flytande ämne, en legering respektive en gasblandning? Kapitel 1 a) b) c) Lösning Figurerna visar a) en legering (atomer av två olika slag är ordnade i en kristall), b) en gasblandning (atomer och molekyler av olika slag är fria från varandra), c) ett rent flytande ämne (atomer av samma slag är i kontakt med varandra men ej ordnade i en kristall). Ö Ämnena i en blandning kan separeras med fysikaliska metoder. Ämnen i en blandning kan separeras med fysikaliska metoder Vi ska nu beskriva det experiment som visas i figurerna 1.8 och 1.9. Först blandar vi lite järnpulver och svavelpulver. Om pulvren är finkorniga bildas en grågul blandning som kan verka homogen. Men om blandningen granskas genom ett förstoringsglas syns de svarta järnkornen och de gula svavelkornen, se figur 1.8 a. Blandningen är alltså inte en fast lösning utan en heterogen blandning. Vi påstod nyss att det brukar vara lätt att separera ämnena i en heterogen blandning. Figur 1.8 visar två sätt att skilja järn och svavel åt. I båda fallen använder vi oss av att de två ämnena har olika fysikaliska egenskaper. Först häller vi lite av blandningen i ett provrör med vatten då sjunker järnkornen till botten medan svavelkornen samlas i vattenytan. Järn har högre densitet än vatten. Svavel har också högre densitet än vatten men svavelkornen väts inte av vattnet utan flyter på vattenytan. Densitet är en fysikalisk egenskap. Det är också vattnets förmåga att bilda en hinna på ytan. Hinnan är så stark att den bär svavelkornen. Figur 1.8. Järn och svavel blandas. Sedan håller vi en magnet intill blandningen då dras järnkornen, men inte svavelkornen, till magneten. Magnetism är en fysikalisk egenskap. svavel svavel svavel svavel + järn+ järn vatten vatten järn järn a) I en blandning av järn och svavel kan vi urskilja de två ämnena. Blandningen är heterogen. järn järn svavel svavel b) Vi kan skilja järnet och svavlet i blandningen antingen genom att skaka den med vatten (till vänster) eller med hjälp av en magnet (till höger). Kemi kapitel 1-5.indd

10 svavel svavel vatten järn svavel + järn Figur 1.9. Blandningen av järn och svavel upphettas. Nya ämnen bildas genom kemiska reaktioner Vi fortsätter med experimentet och värmer blandningen av järn och svavel så att den börjar glöda. Då slutar vi att värma men den glödande zonen fortsätter vatten att sprida sig genom hela blandningen, se figur järn1.9 a. Det brukar inte se ut så här när ett ämne smälter, så det måste vara svavel något järn annat som sker. Här måste det ha startat en process som avger värme till omgivningen. Då är det inte bara fråga om en fysikalisk förändring. Här sker också en kemisk reaktion och i just den här reaktionen frigörs alltså energi i form av värme. När reaktionen har stannat av, ser innehållet i provröret helt annorlunda ut än när vi började värma. järn svavel + järn Kemister svavel har kunskaper om ämnenas kemiska egenskaper (dvs. egenskaper som visar sig i en kemisk reaktion). Därför kan de tala om hur olika ämnen reagerar med varandra. De förstår att i den här reaktionen förenar sig de två grundämnena järn och svavel till ett nytt ämne det bildas en kemisk förening som kallas järnsulfid. Det nya ämnet järnsulfid bildar en hård klump som är lätt att stöta sönder till pulver i en mortel. Vi tar lite av pulvret för att ta reda på några egenskaper hos det nya ämnet. Först använder vi samma metoder som när vi undersökte blandningen av järn och svavel, se figur 1.9 b. Men här misslyckas vi det går inte att dela upp järnsulfiden i olika beståndsdelar. Järnsulfid har inte samma egenskaper som blandningen av järn och svavel. Sedan lägger vi lite av pulvret i ett provrör och sätter till ett par droppar saltsyra. Då bildas en gas som luktar mycket illa. Man känner lätt igen gasen det är vätesulfid, H 2 S ( svavelväte ). Gasen luktar som ruttet ägg. Om vi sätter saltsyra till blandningen av järn och svavel i figur 1.8 så bildas också en gas, men den luktar inte illa. Här bildas vätgas. Det bekräftar vår slutsats att järnsulfid har helt andra egenskaper än den ursprungliga blandningen av järn och svavel. vatten järnsulfid vatten järnsulfid järnsulfid järnsulfid järnsulfid järnsulfid a) Vad händer i provröret? Längst ner börjar massan glöda och glöden sprider sig snabbt genom hela blandningen. Järn och svavel reagerar med varandra. b) Efter reaktionen kan vi inte längre påvisa ämnena järn och svavel. Det har bildats ett nytt ämne: järnsulfid. Ö Kemi kapitel 1-5.indd

11 Energi Fe + S Det här experimentet har visat att järn och svavel kan reagera med varandra under utveckling av energi och att det bildas ett nytt ämne, järnsulfid. Reaktionen kan beskrivas så här: Järn förenar sig med svavel till järnsulfid och då frigörs energi. Det blir enklare med en ordformel: Kapitel 1 Järn + svavel järnsulfid + energi FeS I en kemisk reaktion bildas ett eller flera nya ämnen. Utgångsämnena i en kemisk reaktion kallas reaktanter. De bildade ämnena kallas produkter Figur En översikt över materiens indelning och några viktiga begrepp som har införts i detta kapitel. På s. 33 finns en tabell där du kan se om ett visst grundämne är metall, halvmetall eller ickemetall. Här har två grundämnen bildat en kemisk förening. Kemister använder ju särskilda beteckningar för de olika ämnena och beskriver därför reaktionen med en teckenformel: Fe + S FeS + energi reaktanter produkt Utgångsämnena i en kemisk reaktion är ämnena som står till vänster om pilen. De kallas reaktanter. När reaktanterna reagerar omvandlas de till produkter. Det är ämnena till höger om pilen. I den här reaktionen är alltså järn och svavel reaktanter och järnsulfid är produkt. I så gott som alla kemiska reaktioner sker också energiförändringar. I en del reaktioner frigörs energi till omgivningen, i andra tas det upp energi från omgivningen. I reaktionen mellan järn och svavel frigörs energi. Materiens indelning en sammanfattning Vi har sett att man kan separera ämnena i en blandning med fysikaliska metoder. Då har man nytta av sina kunskaper om ämnenas olika fysikaliska egenskaper. I tabell 1.2 ser du exempel på några blandningar där ämnena skiljer sig avsevärt i någon (fysikalisk) egenskap. För varje blandning anges en lämplig metod att skilja ämnena åt. Där anges också den olikhet i fysikalisk egenskap som gör att ämnena går att separera. Figur 1.10 visar hur man brukar dela in materien. Begreppen metall, halvmetall och ickemetall förklaras i kapitel 3 och begreppen jonförening och molekylförening i kapitel 4. M A T E R I A Blandning Rent ämne Homogen blandning Heterogen blandning Kemisk förening Grundämne Jonförening Molekylärt ämne Metall Halvmetall Ickemetall 11 Kemi kapitel 1-5.indd

12 Tabell 1.2. Några exempel på blandningar och separationsmetoder. I kolumnen längst till höger anges den skillnad i fysikalisk egenskap som utnyttjas vid separationen. Exempel Exempel på Olikhet i ämnenas fysikaliska på blandning separationsmetod egenskaper Alkohol/vatten Destillation, figur 1.11 Kokpunkterna skiljer sig åt. Sand/vatten Dekantering (vattnet hälls Densiteterna är olika. av) eller filtrering. Olika aggregationsformer Olja/vatten Med hjälp av skiljetratt Ämnena löser sig obetydligt (två vätskeskikt), figur 1.12 i varandra och densiteterna är olika. Koksalt/vatten Indunstning Olika ångtryck (mycket olika kokpunkter) Liebigkylare värmemantel kylvatten Figur Med hjälp av en skiljetratt (separertratt) kan man separera två vätskor som inte är lösliga i varandra. Det undre skiktet tappas av. Reaktionströga grundämnen har svårt för att bilda kemiska föreningar. Ädelgaser och ädelmetaller är särskilt reaktionströga. Syre är exempel på ett reaktivt grundämne. Ö Figur Destillation av en vätskeblandning. Fria grundämnen är sällsynta i naturen Grundämnena är de enklast byggda ämnena de består ju av bara ett atomslag. Endast ett litet antal grundämnen finns i fri form i naturen och man kan dela in dem i två grupper: Reaktionströga grundämnen som har svårt att bilda kemiska föreningar. Reaktiva grundämnen som har lätt att bilda föreningar. Till de reaktionströga ämnena hör metallerna silver, guld och platina. De kallas sedan länge ädelmetaller just för att de påverkas så lite av luft och vatten. Gaserna helium, neon, argon, krypton och xenon är också mycket reaktionströga och kallas därför ädelgaser. De finns alla i fri form i luften. De reaktiva grundämnena förbrukas hela tiden men de nybildas också i ungefär samma takt. Syre tillhör den här gruppen. Det förbrukas syre när organismerna andas och när organiskt material förbränns eller bryts ner i naturen. Omvänt bildas syre genom algers och växters fotosyntes. Syre finns ju i luften, men också löst i vattnet i sjöar, floder och hav. Luftens halt av syre är konstant volymhalten är ca 21 %. Det visar att förbrukningen och nybildningen sker i samma takt. 12 Kemi kapitel 1-5.indd

13 Varför har en del grundämnen lätt för att reagera, andra svårt? De grundämnen som är mycket reaktionsbenägna finns i allmänhet inte i fri form i naturen. Exempel på sådana grundämnen är natrium och klor en metall och en ickemetall. Föreningen mellan dem, natriumklorid, är däremot ett kemiskt stabilt ämne. Det förekommer i naturen i stora mängder, dels löst i havsvatten, dels som mineral i rester efter forna tiders hav. Mineralet kallas stensalt eller bergsalt. Figur 1.13 visar utvinning av salt ur havsvatten. Varför reagerar en del ämnen, t.ex. natrium och klor, så lätt med varandra och varför har andra ämnen så svårt för att reagera? För att få svar på de här frågorna måste man känna till hur de olika ämnenas atomer är byggda. Det får du lära dig i nästa kapitel. Kapitel 1 Figur Utvinning av salt ur havsvatten i Guerande på Frankrikes atlantkust. Figur Koksaltkristaller. Na + - och Cl -jonerna ordnar sig själva så att det bildas vackra, regelbundet byggda kristaller. I en kristall är byggstenarna ordnade i ett bestämt mönster som upprepas genom hela kristallen. 13 Kemi kapitel 1-5.indd

14 Övningsuppgifter 1.1. Namnge följande grundämnen: a) O b) Ne c) C d) Ag 1.2. Vilket kemiskt tecken har följande grundämnen: a) järn c) fosfor b) magnesium d) mendelevium? 1.3. a) Vilket eller vilka av begreppen kemisk förening, grundämne och molekylärt ämne passar in på följande ämnen: N 2, NO, Ne respektive SO 2? b) Hur många atomer innehåller varje enhet av ämnena som anges av formlerna i a)? 1.4. Förklara varför det är lättare att pressa samman ett ämne i gasform än ett ämne i vätskeform Vilka är de tre aggregationsformerna? I vilken av formerna har ämnet högst energiinnehåll? 1.6. Du lägger isbitar i ett glas vatten. Har du då ett rent ämne eller en blandning? 1.7. Läs igenom och ange de ord som fattas på platserna A C. a) Ett ämne går över från fast till flytande form vid en temperatur som kallas A b) Ett ämne går över från flytande form till gasform vid en temperatur som kallas B c) I det fasta ämnet har partiklarna bestämda platser men de kan C 1.8. Ange för var och en av följande blandningar om den är homogen eller heterogen: a) sand och koksalt b) vatten och koksalt c) socker och koksalt d) etanol och vatten e) matolja och vatten f) mässing Vilka av följande ämnen är rena ämnen och vilka är blandningar? a) bensin d) T-sprit b) syre e) kranvatten c) cocacola f) zink Placera följande ord i rätt mening: legering, löses, smälter, sublimerar. a) Mässing är en fast lösning av zink i koppar. En sådan lösning kallas A b) När man lägger en isbit i ett glas läsk B isbiten. c) När man lägger en sockerbit i en kopp kaffe C sockerbiten. d) När man håller en bit fast koldioxid i handen D koldioxiden I vilka av fallen a) e) sker en fysikalisk förändring * och i vilka sker en kemisk reaktion? a) Isbitar smälter i en kall läsk. b) Mjölk surnar. c) Vatten fryser till iskuber. d) Bensin förbränns i en bilmotor. e) Etanol avdunstar från huden Namnge fasövergångarna i a) c) samt ange för var och en om det tas upp eller avges energi. a) fast stearinsyra flytande stearinsyra, b) vatten is, c) vattenånga vatten, d) jodkristaller jodånga Ange om följande ämnen är en homogen blandning, heterogen blandning, kemisk förening eller grundämne, se rad 3 i figur 1.10 sidan 11: koppar, luft, koksalt, järnsulfid, svavel, gnejs, kisel och väte Silveroxid är ett fast ämne som har svart färg. Det sönderdelas vid upphettning till en färglös gas och ett metallglänsande ämne. Skriv en ordformel för sönderdelningen. Bilden visar vad som händer när man vill identifiera den gas som bildas. På webben får du se hur man gör Anta att man vill skilja de ämnen åt som ingår i blandningarna a, d och e i uppgift 1.8. a) Hur gör man för att skilja sanden från koksaltet i blandning a? Man vill alltså ha den rena sanden kvar. b) Hur gör man för att avskilja etanolen från vattnet i blandning d? c) Hur gör man för att avskilja matoljan från vattnet i blandning e? Elever frågar 1. Hejsan! Jag läser kemi A och har en liten fundering. Jag undrar vad knallgas har för strukturformel. Alltså inte 2H 2 O utan hur bindningarna sitter ihop. 2. Hej! Jag har en fråga: Vad är skillnaden mellan en kemisk förening och en blandning? 3. Hej! jag undrar vad är egentligen en atom? 14 Kemi kapitel 1-5.indd