Atomernas byggnad Om en 2400 år gammal idé Jonas Arvidsson, 2012 1
Mål med avsnittet När vi är färdiga med detta avsnitt skall du kunna: förklara och använda begreppen proton, neutron och elektron, samt masstal, isotop, excitering och joniseringsenergi beskriva elektronkonfigurationen med hjälp av periodiska systemet förklara valenselektronernas och oktettregelns betydelse för kemiska reaktioner förklara begreppen aggregationsformer och olika typer av materia Jonas Arvidsson, 2012 2
Atomernas byggstenar Elementarpartikel Symbol Massa/kg Massa/u Laddning Elektron e 9,10910-31 0,000549 1 Proton p + 1,67310-27 1,0073 1 Neutron n 1,67510-27 1,0087 0 Jonas Arvidsson, 2012 3
Masstalet Följande gäller för alla atomer Masstalet är summan av antalet protoner och neutroner, alltså ett heltal Mätetalet för massan, uttryckt i enheten 1 u, är ungefär lika med masstalet Kärnans laddning är lika med antalet protoner Antalet elektroner runt kärnan är lika med antalet protoner i kärnan Atomens massa är nästan helt koncentrerad till kärnan 27 13 Al Jonas Arvidsson, 2012 4
Kapitel 2 Isotoper För ett visst grundämne är alltid antalet protoner givet Atomnumme r Symbol % 1 1H 99,895 2H 0,015 3H 0,00013 6 12C 98,9 13C 1,1 8 16O 99,8 17O 0,037 Ett och samma grundämne kan dock ha olika antal neutroner Iso = lika, topos = plats Många isotoper är instabila (radioaktiva) 18O 0,2 12 24Mg 78,6 25Mg 10,1 26Mg 11,3 13 27Al 100 16 32S 95 33S 0,76 34S 4,2 36S 0,021 17 35Cl 75,5 37Cl 24,5 26 54Fe 5,8 56Fe 91,6 57Fe 2,2 Jonas Arvidsson, 2012 58Fe 0,33 5
Elektronerna Atomkärnan är omgiven av ett elektronmoln Elektronerna har både lägesenergi och rörelseenergi Om man tillför energi får elektronen större lägesenergi O N e - M e - e - L Jonas Arvidsson, 2012 6 K
Elektronkonfiguration Elektronerna i en atom är fördelade på olika skal runt kärnan N Elektroner som tillhör samma skal har samma medelavstånd till kärnan K L M Jonas Arvidsson, 2012 7
Elektronkonfiguration K K L K L M K L M N Väte 1H 1e - Litium 3Li 1e - Natrium 11Na 1e - Kalium 19K 1e - Beryllium 4Be Magnesium 12Mg Kalcium 20Ca Bor 5B 3e - Aluminium 13Al 3e - Kol 6C 4e - Kisel 14Si 4e - Kväve 7N 5e - Fosfor 15P 5e - Syre 8Li 6e - Svavel 16S 6e - Fluor 9F 7e - Klor 17Cl 7e - Helium 2He Neon 10Ne Argon 18Ar Jonas Arvidsson, 2012 8
Elektronkonfiguration N (max 32 e-) M (max 18 e-) L (max 8 e-) K (max 2 e-) f f f f f f f d d d d d p p p d d d d d s p p p s p p p s s Atomnummer Grundämne Tecken Antal elektroner 1 Väte H 1 2 Helium He 2 3 Litium Li 2 1 4 Beryllium Be 2 2 5 Bor B 2 3 6 Kol C 2 4 7 Kväve N 2 5 8 Syre O 2 6 9 Fluor F 2 7 10 Neon Ne 2 8 K (2) L (8) M (18) N (32) 11 Natrium Na 2 8 1 12 Magnesium Mg 2 8 2 13 Aluminium Al 2 8 3 14 Kisel Si 2 8 4 15 Fosfor P 2 8 5 16 Svavel S 2 8 6 17 Klor Cl 2 8 7 18 Argon Ar 2 8 8 19 Kalium K 2 8 8 1 20 Kalcium Ca 2 8 8 2 21 Skandium Sc 2 8 9 2 22 Titan Ti 2 8 10 2 Jonas Arvidsson, 2012 9
Valenselektroner Elektronerna i det yttersta skalet kallas för valenselektroner De har stor inverkan på grundämnets kemiska egenskaper I elektronformeln för en atom anges atomens beteckning och antalet valenselektroner H He Li Be B C N O Cl Ne Jonas Arvidsson, 2012 10
Jonas Arvidsson, 2012 11 PERIODISKA SYSTEMET Radioaktiv ( ) Atomvikt för den mest stabila isotopen Ädelgaser Halogener Icke-metaller Metalloider Metaller Aktinoider Lantanoider Övergångsmetaller Alkaliska jordartsmetaller Alkalimetaller IA 1 2 3 4 5 6 7 6 7 1 VIIIA 18 IIA 2 IIIA 13 IVA 14 VA 15 VIA 16 VIIA 17 IIIB 3 IVB VIB 6 4 6 VIIB 7 8 9 10 4 VB 5 IB 11 IIB 12 Atomnummer Symbol Namn Atomvikt 2 IVA 14 La-Lu Ac-Lw Xe gas Si fast Br flytande Pm syntetiskt vid 20 C och 101 kpa VIIIB Elektronkonfiguration Grupp Period 2-8-2 12 Mg Magnesium 24.3050 1 1 H Väte 1.0079 2-1 3 Li Litium 6.941 2-8-1 11 Na Natrium 22.9898 2-8-8-1 19 K Kalium 39.0983 2-8-8-2 20 Ca Kalcium 40.078 2-8-18-8-1 37 Rb Rubidium 85.4678 2-8-18-8-2 38 Sr Strontium 87.62 2-2 4 Be Beryllium 9.01218 2-8-18-18-8-1 55 Cs Cesium 132.9054 2-8-18-18-8-2 56 Ba Barium 137.327 2-8-18-32-18-8-1 87 Fr Frankium (223) 2-8-18-32-18-8-2 88 Ra Radium 2 2 He Helium 4.00206 2-7 9 F Fluor 18.9984 2-8 10 Ne Neon 20.1797 2-6 8 O Syre 15.9994 2-5 7 N Kväve 14.0067 2-4 6 C Kol 12.011 2-3 5 B Bor 10.811 2-4 6 C Kol 12.011 2-8-3 13 Al Aluminium 26.9815 2-8-4 14 Si Kisel 28.0855 2-8-5 15 P Fosfor 30.9738 2-8-6 16 S Svavel 32.065 2-8-8 18 Ar Argon 39.948 2-8-7 17 Cl Klor 35.453 2-8-18-8 36 Kr Krypton 83.80 2-8-18-18-8 54 Xe Xenon 131.29 2-8-18-32-18-8 86 Rd Radon (222) 2-8-18-1 29 Cu Koppar 63.546 2-8-18-2 30 Zn Zink 65.39 2-8-18-3 31 Ga Gallium 69.723 2-8-18-4 32 Ge Germanium 72.64 2-8-18-5 33 As Arsenik 74.9216 2-8-18-6 34 Se Selen 78.96 2-8-18-7 35 Br Brom 79.904 2-8-18-18-1 47 Ag Silver 107.868 2-8-18-18-2 48 Cd Kadmium 112.411 2-8-18-18-3 49 In Indium 114.818 2-8-18-18-4 50 Sn Tenn 118.710 2-8-18-18-5 51 Sb Antimon 121.760 2-8-18-18-6 52 Te Tellur 127.60 2-8-18-18-7 53 I Jod 126.9045 2-8-18-32-18-1 79 Au Guld 196.9665 2-8-18-32-18-2 80 Hg Kvicksilver 200.59 2-8-18-32-18-3 81 Tl Tallium 204.383 2-8-18-32-18-4 82 Pb Bly 207.2 2-8-18-32-18-5 83 Bi Vismut 208.980 2-8-18-32-18-6 84 Po Polonium (209) 2-8-18-32-18-7 85 At Astat (210) 2-8-13-2 25 Mn Mangan 54.9308 2-8-14-2 26 Fe Järn 55.845 2-8-15-2 27 Co Kobolt 58.9332 2-8-16-2 28 Ni Nickel 58.6934 2-8-18-13-2 43 Tc Teknetium (98) 2-8-18-15-1 44 Ru Rutenium 101.07 2-8-18-16-1 45 Rh Rodium 102.905 2-8-18-18-0 46 Pd Palladium 106.42 2-8-18-32-13-2 75 Re Rhenium 186.207 2-8-18-32-14-2 76 Os Osmium 190.23 2-8-18-32-15-2 77 Ir Iridium 192.217 2-8-18-32-16-2 78 Pt Platina 195.078 2-8-9-2 21 Sc Skandium 44.956 2-8-10-2 22 Ti Titan 47.867 2-8-11-2 23 V Vanadin 50.942 2-8-13-1 24 Cr Krom 51.996 2-8-18-9-2 39 Y Yttrium 88.906 2-8-18-10-2 40 Zr Zirkonium 91.224 2-8-18-11-2 41 Nb Niob 92.906 2-8-18-13-1 42 Mo Molybden 95.94 2-8-18-32-10-2 72 Hf Hafnium 178.49 2-8-18-32-11-2 73 Ta Tantal 180.948 2-8-18-32-12-2 74 W Wolfram 183.84 2-8-18-18-9-2 57 La Lantan 2-8-18-20-8-2 58 Ce Cerium 2-8-18-21-8-2 59 Pr Praseodym 2-8-18-22-8-2 60 Nd Neodym 2-8-18-23-8-2 61 Pm Prometium 2-8-18-24-8-2 62 Sm Samarium 2-8-18-25-8-2 63 Eu Europium 2-8-18-25-9-2 64 Gd Gadolinium 2-8-18-27-8-2 65 Tb Terbium 2-8-18-28-8-2 66 Dy Dysprosium 2-8-18-29-8-2 67 Ho Holmium 2-8-18-30-8-2 68 Er Erbium 2-8-18-31-8-2 69 Tm Tulium 2-8-18-32-8-2 70 Yb Ytterbium 2-8-18-32-9-2 71 Lu Lutetium 2-8-18-32-18-9-2 89 Ac Aktinium (227) 2-8-18-32-18-10-2 90 Th Thorium 232.0381 2-8-18-32-20-9-2 91 Pa Protaktinium 231.0359 2-8-18-32-21-9-2 92 U Uran 238.0289 2-8-18-32-22-9-2 93 Np Neptunium 237.048 2-8-18-32-24-8-2 94 Pu Plutonium (244) 2-8-18-32-25-8-2 95 Am Americum (243) 2-8-18-25-9-2 96 Cm Curium (247) 2-8-18-32-27-8-2 97 Bk Berkelium (247) 2-8-18-32-28-8-2 98 Cf Californium (251) 2-8-18-32-29-8-2 99 Es Einsteinium (252) 2-8-18-32-30-8-2 100 Fm Fermium (257) 2-8-18-32-31-8-2 101 Md Mendelevium (258) 2-8-18-32-32-8-2 102 Nd Nobelium (259) 2-8-18-32-32-9-2 103 Lw Lawrencium (260)
Radioaktivitet ALFASTRÅLNING (Protoner och neutroner) BETASTRÅLNING (elektroner) GAMMASTRÅLNING OCH RÖNTGENSTRÅLING (fotoner) Papper Plexiglas, 1 cm Bly, 10 cm
Halveringstid Uran-238 Plutonium-239 Kol-14 Cesium-137 Thorium-234 Radon-222 Astat-211 Polonium-214 4,5 miljarder år 24 000 år 5 730 år 30 år 24 dagar 4 dagar 7,2 timmar 0,00016 sekunder 6,25% 3,12% 1,56% 50% 25% 12,5%
Aggregationsformer Fast, flytande eller gas Rena ämnen har bestämd smält- och kokpunkt Övergångar och karaktärer är fysikaliska egenskaper Fast ämne sublimering stelning sublimering Gas (ånga) ångbildning (kokning) kondensering smältning Vätska Jonas Arvidsson, 2012 12
Kemiska reaktioner Nya ämnen (produkter) bildas av reaktanterna Två eller fler grundämnen bildar en kemisk förening Järn + svavel järnsulfid Fe + S FeS Järn + syre + vatten rost Fe + O + H2O FeOOH Jonas Arvidsson, 2012 13
Olika typer av ämnen M A T E R I A Blandning Rent ämne Homogen blandning Heterogen blandning Kemisk förening Grundämne Metall Halvmetall Icke-metall Jonförening Molekylförening Jonas Arvidsson, 2012 14
Sammanfattning En atom består av protoner, neutroner och elektroner Elektronerna är fördelade i olika skal runt kärnan Valenselektronerna har störst inverkan på grundämnets kemiska egenskaper Alla ämnen kan finnas i olika aggregationsformer och det finns olika typer av materia Jonas Arvidsson, 2012 15