Kemi Erik Cederberg Klass 10A 2005-08-23 -> 2005-09-02
Kemins Historia Nio grundämnen var kända sedan urminnes tider av människan. Guld, silver, koppar, bly, tenn, järn och kvicksilver men även kol och svavel. Alkemisterna upptäckte under medeltiden ytterligare fyra, zink, arsenik, antimon och vismut, här är historien om männen som gjorde dom stora upptäckterna: De gamla grekerna Vid denna tid så gjorde man inte kemiska experiment, man filosoferade istället i ämnet för att man trodde att det var fullt möjligt att tänka sig till kunskap på detta sätt. Thales 625-545 fkr Han hade en teori om att det fanns urämnen som allt bestod av och detta urämne var enligt honom vatten. Anaximenes 580 fkr Hade en likande teori som Thales men ansåg att allt var skapat ur förtätad luft i olika stadier. Han ansåg också att eld uppstod på de platser där luften förtunnades. Empedoples 490 430 fkr Han var den förste som introducerade de 4 elementen så som vi känner dem. Elementen jord, luft, eld och vatten. Leukipes ca 400 fkr Han var den förste som hade en atomteori. Hans teori var att om man tog ett silverklot, delade det på hälften, hälften igen och så vidare så måste man tillslut komma till ett stadium där man har en odelbar kropp. Atomos är ett grekiskt ord som betyder odelbar. Platon 428-347 fkr Han hade en teori om att allting i universum bestod av platoniska kroppar vilket var små byggstenar i olika former. Beroende på hur bra dessa former passade mot varandra så skulle det vara olika svårt att sammanfoga olika ämnen. Platon var också den förse med en molekylteori, han ansåg att en vattenmolekyl bestod av 2 stycken luftkroppar och en eldkropp. Medeltidens Alkemister Vid medeltidens hov fanns det många olika sorters människor anställda, allt ifrån narrar till kockar. I hoven anställdes också alkemister som skulle försöka hitta på en metod att skapa guld. Ett av de sätt som alkemisterna använde för att visa att de var nära lösningen var att innan sina förevisningar lösa upp guld i kungsvatten (en blandning av salpeter och saltsyra) och sedan under förevisningarna utvinna guldet ur kungsvattnet. I sitt experimenterande upptäckte de också flera stycken grundämnen tex så upptäckte de år 1669 fosfor under ett försök där det ingick att upphetta urin.
Sjuttonhundratalet och framåt Antonie Larousien 1743 1794 Antonie var den moderna analytiska kemins fader. Han började mäta, väga och noggrant analysera sina experiment. En av sakerna han kom fram till var att eld i sig inte var ett ämne och bevisade syrets roll vid förbränning. John Dalton 1766 1844 John Dalton återupptog atomteorin och lade grunden för den moderna atomläran. Han skapade också det kemiska symbolspråket, det var den tidens motsvarighet till vår tids bokstavsbeteckningar och atom modeller. Symbolerna bestod av en bild för varje atom och flera atomer tillsammans bildar en molekyl. Wilhelm Scheele 1742-1786 Wilhelm Scheele var en berömd svensk vetenskapsman, han har upptäckt flera olika grundämnen tex. Syre. Innan syret var upptäckt så förklarade vetenskapsmännen att allt som inte är kolbaserat blir tyngre när det förbränns genom att det skulle innehålla ett ämne vid namn flogistan som hade en negativ vikt, när flogistanet förbrändes skulle det då bli tyngre, denna teori tog Wilhelm Scheele knäcken av med upptäckten av syret. Jakob Berzelius 1779-1844 Jakob Berzelius var fadern till det Moderna Bokstavssystemet som bygger på att alla ämnen har en eller två bokstäver som på något sätt har en koppling till det latinska namnet på ämnet.
Atomlära Atom Atomen är den minsta ämnesspecifika byggstenen i alla ämnen. En atom är uppbyggd av en kärna och ett elektronhölje som kretsar kring kärnan med ett tomrum mitt emellan. Kärnan i mitten består av Protoner och Neutroner, Protonerna är positivt laddade och Neutronerna är neutrala och fungerar som ett kitt som håller samman atomen. Den Positiva laddningen neutraliseras utåt av elektronerna som kretsar långt utanför kärnan. Protoner och neutroner väger ungefär lika mycket, elektronerna däremot väger mycket mindre, bara en ettusenåttahundrafyrtiondel så mycket som en proton. I en atom finns det nästan alltid lika måna eller fler neutroner än protoner. Elektronerna kretsar rätt långt utanför kärnan, om atomen var stor som en fotbollsplan skulle kärnan bara vara som ett knappnålshuvud.
Isotop Varianter av atomer där antalet neutroner varierar (och därmed masstalet) kallas för Isotoper. Isotoper är oftast instabila och faller sönder i andra ämnen, t.ex. kol-14 har en halveringstid på 5700 år medans den icke-naturliga isotopen tritium har en halveringstid på 12,7 år. Masstal Det som väger i en atom, protonerna och neutronerna. Atommassa Atommassan för väteatomen har beräknats till 1,67*1024g = 1u (u står för unified mass index ) Helium har 2 protoner och 2 neutroner och väger alltså 4u. Atommassa uttrycks i u men tar hänsyn till mängderna av naturliga isotoper i ämnets naturliga form. t.ex. Har 98,1% av alla kolatomer 6st protoner och 6st neutroner (12u) och kallas därför kol-12, dom sista 1,9% är kol-13 och kol-14 som har 7 respektive 8 neutroner och därmed har atommassan 13u respektive 14u. Elektronskal Runt kärnan så kretsar det elektroner i banor runt kärnan, dessa atomer färdas i olika lager, så kallade elektronskal. Dessa elektronskal har fått namnen K till Q skalen och rymmer olika många elektroner, det första som heter K-skalet rymmer bara 2 elektroner samtidigt som det sista som kallas Q-skalet rymmer hela 32 elektroner innan det blir fullt. Dom olika Elektronskalen: K = 2 elektroner L = 8 elektroner M = 8 elektroner N = 18 elektroner O = 18 elektroner P = 32 elektroner Q = 32 elektroner
Aggregationstillstånd Ämnenas Aggregationstillstånd Alla ämnen existerar i 3 former beroende på temperatur och tryck, Fast, Flytande och Gasformigt. Till exempel när man tar en isbit och lägger i en varm stekpanna, först så börjar den smälta och sedan så förångas vattnet till vattenånga som stiger upp och försvinner ur stekpannan. Här nedan ser vi ett schema av aggregationstillstånden.
Olika Bindningar Jonbindningar När en atom har en elektron i det yttersta skalet så vill den gärna ge bort den till en annan atom som har en för lite i sitt yttersta skal (7, 17 eller 31). Båda får då en ädelgasstruktur, atomen har dock ett överskott av positivt laddade protoner respektive negativt laddade elektroner och därför blir atomen en positivt eller negativt laddad jon. I föreningen NaCl (Koksalt) så blir Natriumet positivt laddat och Klor får en negativ laddning. Dessa binds då ihop i en så kallad jonbindning och bildar en koksaltkristall. Jonbindningar är en av dom starkaste bindningarna. Alla Jonbindningar är olika salter och består av en metall och en ickemetall. Om man skulle ta en kolv med en bit natrium i och sedan fylla kolven med klorgas så skulle natriumet reagera med klorgasen och bilda NaCl eller Natriumklorid, Koksalt. Före reaktionen har Natrium 1st elektron i M-Skalet och Klor har 7. Efter reaktionen har Natrium 8st elektroner i L-Skalet och Klor har nu 8 i M-Skalet, båda är nöjda. Alkalimetallerna kan reagera med halogenerna och dom Alkaliska Jordartsmetallerna kan reagera med Syregruppen, dom har 2 för många respektive för få elektroner. Kovalenta bindningar Kovalenta bindningar är svagare än jonbindningar men är desto vanligare. Allt väte i luften runt oss är i form av H2 eller som det också kallas, vätgas. Väteatomerna förenar sig två och två för att dela på sina enda elektroner så att dom tillsammans får 2st, dvs ett fullt K-skal med elektroner. Även kväve gör samma sak, dom binder sig till N2 och delar på 6st av deras totala 14 elektroner, på detta sätt så får varje kväveatom som från början har 7 elektroner 10st och därmed ett fullt K och L-skal med elektroner.
Periodiska Systemet Periodiska systemet uppfanns av den ryske forskaren Dimitrij Mendeljev (1834 1907) år 1869. Dimitri upptäckte att när grundämnena Litium, Natrium och Kalium reagerar med Syre så går det en syreatom på två atomer av dom ämnena. Dimitrij placerade då dessa i en så kallad grupp, i nästa grupp placerade han sedan ämnen som reagerade med syre i förhållandena 1:1. Han fortsatte med detta och placerade in alla ämnen i ett rutnät, för att göra sorterandet lättare så bestämde han sig för att använda ett system med lösa kort där han skrev ner information om ämnet och la i rutnätet. I dom vågräta raderna sorterade han efter atomvikt och i dom lodräta sorterade han efter ämnenas likartade egenskaper. Dimitrij upptäckte på flera ställen i sitt system luckor och förklarade detta med att dessa ämnen inte var upptäckta ännu och började med sitt system att förutsäga hur dessa ämnen borde vara. När Gallium upptäcktes och det hade samma egenskaper som Dimitrij hade förutsagt så förbluffades många av forskarna och insåg att Dimitrij hade lyckats med sitt system, varje gång hans förutsägelser hade rätt så innebar det nya segrar för honom och hans system. Dimitrij har senare fått ett grundämne uppkallat efter sig, detta grundämne är no 101, Mendelevium. Från början bestod periodiska systemet av 8st grupper, dessa har nu kompletterats med ytterligare 10 undergrupper. Huvudgrupperna heter: - Alkalimetaller - Alkaliska Jordartsmetaller - Borgruppen - Kvävegruppen - Syregruppen - Halogenerna - Ädelgaser Vad kan man utläsa ur det periodiska systemet? - Perioder - Grupper - Atomnummer (Proton och neutronantal) - Kemisk symbol - Elektronernas fördelning - Aggregationstillstånd - ev Radioaktivitet - Densitet - Metaller, halvmetaller och ickemetaller
Molvikt Efterhand att mer avancerade beräkningar har krävts så har man skapat ett begrepp i substans, Mol. Ett mol är 6,022 * 1023st Atomer, man räknar ut det genom att ta atomvikten och använda det som gram-siffra, för molekyler gör man samma sak fast med båda ämmnena i dom proportionerna dom finns i molekylen (t.ex. 2st H och 1st O) och adderar, då får man 6,022 * 1023st Molekyler i stället. 1mol Svavel 32,1g 1mol Väte 1g 1mol Syre 16g 1mol Vatten 18g (H2O = 1 + 1 + 16g) 1mol Koksalt 58,5g (NaCl = 23 + 35,5) 1mol Kol 12g Blandningar, Föreningar och Grundämnen Homogena blandningar Homogena Blandningar är jobbiga att dela på, tillexempel kvävet i luften som blandar sig med dom andra gaserna mycket enkelt, även en blandning mellan vatten och socker är en homogen blandning. Alla Metallegeringar och många blandningar med Vätskor och Gaser är homogena. Heterogena blandningar Heterogena är inte lika svåra att dela på, till exempel lervälling som är enkel att separera till vatten och jord/sand/lera genom att filtrera ut vattnet. Alla blandningar som går att dela på relativt enkelt faller under Heterogena blandningar, till exempel mjölk som man kan kärna för att få ut fettet och resten. Föreningar Föreningar är när två eller flera grundämnen har förenat sig och bildat ett nytt ämne. Tillexempel så har vi ju C2H5OH (Etanol) som består av två stycken sammanhängande kolatomer fem väteatomer och en OH-grupp med en väte och en syreatom, Grundämnen Det som kännetecknar grundämnen är just det faktum att dom är ett av dom grundläggande ämnena och inte består av något annat än sig själva.
Experiment Experiment med att bränna magnesium Wilfried tog en tunn remsa av magnesium och antände den. Den brann med en bländande låga som var vit. Vad som blev kvar när remsan brunnit upp var en sträng av aska, det var som om remsan var kvar även fast än den brunnit upp. Man kan säga att det var som aska i remsform. Magnesiumet oxiderade och blev en magnesiumoxid. Experiment med att bränna stålull Wilfried påvisade att stålull blir tyngre när den förbränns. Experimentet började med att Wilfried tog fram en våg som var färdig med en stålull som vägde lika mycket som några kritor. Han tände på stålullen som glödde och gnistrade. Under förbränningen blev stålullen tyngre och tyngre och när den brunnit var det av stålullen bara kvar något som pulveriserades om man nuddade vid det. Anledningen till detta är att i förbränningen så oxiderar stålet och binder då syre, med syrets extra tyngd så blir det tyngre, detta sker i alla ämnen men i dom som innehåller kol så försvinner ofta syret upp i luften med kolet. Experiment med Natriums reaktion i vatten. Wilfried tog fram en burk med natrium som låg i fotogen för att inte komma i kontakt med vatten eller luftens fukt, han plockade upp en bit och la i en provglasskål, skar av en liten bit natrium med en kniv (det såg rätt så mjukt ut) och la tillbaka den stora biten i fotogenet. Sedan tog han den lilla biten och delade i två stycken ärtstora bitar och torkade av en av dom från olja, hällde upp en behållare med vatten, tog upp biten och släppte den i vattnet. Genast när natriumet kom i kontakt med vattnet så smälte det och drog ihop sig till en liten kula som fräsande betedde sig ungefär som en vatten droppe på en varm spisplatta, svävade runt över vattenytan i hög fart till den stötte på en vägg, då bytte den till ett annat håll och fortsatte sedan. Efter en stund så försvann dom sista resterna av dom i en liten rökstrimma. Vi gjorde om experimentet, men den här gången la vi dessutom ett filterpapper i vattnet så att natriumkulan som bildades inte skulle kunna röra sig fritt, denna gång så självantände kulan efter någon sekund och brann med en klargul låga som gav ifrån sig vit rök. När det var slut så avslutades det med en liten puff från natriumet. Experiment med Kaliums reaktion i vatten Wilfried tog fram en burk till, denna gången med kalium och parrafinolja i och skar av en ungefär lika stor bit av kaliumet, bytte vatten och släppte sedan ner kalium-biten i vattnet sedan han hade torkat av den från oljan. Kaliumet självantände direkt och brann med en vit-blå-lila låga och fräste en hel del, röken var denna gång mer åt det gråaktiga hållet än åt det vita och efter en stund så slutade det hela i en liten knall som stänkte brinnande kaliumflisor åt olika håll.
Tabeller Tabell 1 Antal elektroner i ämnenas elektronskal atomnummer 1-36 Nummer Namn Symbol Antal e- Antalet e- Antalet e- Antalet e- i K-skalet i L-skalet i M-skalet i N-skalet 1 Väte H 1 2 Helium He 2 3 Litium Li 2 1 4 Beryllium Be 2 2 5 Bor Be 2 3 6 Kol C 2 4 7 Kväve N 2 5 8 Syre O 2 6 9 Flour F 2 7 10 Neon Ne 2 8 11 Natruium Na 2 8 1 12 Magnesium Mg 2 8 2 13 Aluminium Al 2 8 3 14 Kistel Si 2 8 4 15 Forsfor 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 8 3 22 Titan Ti 2 8 8 4 23 Vanadin V 2 8 8 5 24 Krom Cr 2 8 8 6 25 Mangan Mn 2 8 8 7 26 Järn Fe 2 8 8 8 27 Kobolt Co 2 8 8 9 28 Nickel Ni 2 8 8 10 29 Koppar Cu 2 8 8 11 30 Zink Zn 2 8 8 12 31 Gallium Ga 2 8 8 13 32 Germanium Ge 2 8 8 14 33 Arsenik As 2 8 8 15 34 Selen Se 2 8 8 16 35 Brom Br 2 8 8 17 36 Krypton Kr 2 8 8 18
Tabell 2 Grundämnen upptäckta av svenska forskare Ämne Symbol Upptäcktes år Av Forskaren Kobolt Co 1735 Brandt Nickel Ni 1751 Cronstedt Syre O 1772 Scheele Kväve N 1772 Scheele Klor Cl 1774 Scheele Mangan Mn 1774 Scheele Molybden Mo 1781 Hjelm Tantal Ta 1802 Ekberg Cerium Ce 1804 Berzelius, Hisinger Litium Li 1817 Arfwetsson Selen Se 1817 Berzelius Kisel Si 1823 Berzelius Zirkonium Zr 1824 Berzelius Torium Th 1828 Berzelius Vanadin V 1830 Sefström Lantan La 1839 Mosander Terbium Tb 1843 Mosander Erbium Er 1843 Cleve Holmium Ho 1879 Cleve Skandium Se 1879 Nilson Tulium Tm 1879 Cleve
Lärarens kommentarer Erik Cederberg 2005-09-05 kl 01.06