Kapitel 5 Atomer, joner och kemiska reaktioner Centralt innehåll Kapitlet fokuserar på följande innehåll från kursplanen: Partikelmodell för att beskriva och förklara materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. Gruppering av atomslag ur ett historiskt perspektiv. Kemiska föreningar och hur atomer sätts samman till molekyl-och jonföreningar genom kemiska reaktioner. Kemiska processer vid framställning och återvinning av metaller, papper och plaster. Olika faktorer som gör att material, till exempel järn och plast, bryts ner och hur nedbrytning kan förhindras. Aktuella forskningsområden inom kemi, till exempel materialutveckling och nanoteknik. Fokus på Atommodell elementarpartiklar proton, neutron och elektron Atomnummer och atommassa elektronskal och valenselektroner Isotop Periodiska systemet period och grupp metaller, icke-metaller och halvmetaller Alkalimetaller, halogener och ädelgaser metallers egenskaper metallbindning järnframställning masugn, färskning och stål jon och jonbindning Ädelgasstruktur syra och bas Vätejoner och hydroxidjoner Neutralisation salt och jonförening Kapitlets struktur I detta kapitel knyts säcken ihop. Genom fördjupade kunskaper om atomen, dess uppbyggnad och periodiska systemet i avsnitten I atomens inre, Periodiska systemet och Joner ges eleverna bättre förutsättningar att förstå orsak och verkan inom kemin. Det är viktigt att betona att periodiska systemet inte skall läras in utantill utan det är principerna för hur det är uppbyggt som skall läras. En viktig princip är att all kemi bygger på valenselektronerna, de elektroner som finns i yttersta skalet. Det är dessa elektroner som är tillgängliga för kemiska reaktioner och därför avgör vad som reagerar med vad och vilken typ av kemisk bindning som blir resultatet. Atomer och molekyler vill anta ädelgasstruktur, dvs. få ett fyllt yttersta skal. Periodiska systemet är uppbyggt efter detta så att man inom en period följer hur yttersta skalet byggs på och varje period avlutas med en ädelgas. På plussidor har intresserade elever möjlighet att lära sig mer om kemiska bindningar, oxidation och reduktion och elektrolys. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 374
I avsnittet Metaller tar vi upp metallers typiska egenskaper, nämligen metallglans, böjbarhet, god elektrisk ledningsförmåga och god värmeledningsförmåga. Järnet intar en särställning bland metallerna på grund av dess stora användning, och järnframställning är en av Sveriges stora näringar. I avsnittet Syror och baser 1 i kapitel 2 fick eleverna lära sig om vanliga syror och baser, ph-skalan, indikatorer och hur försurning påverkar luft, vatten och mark. I Syror och baser 2 går vi djupare in på jonernas betydelse i syror och baser. Det är viktigt att eleverna förstår att det är koncentrationen av väte- resp. hydroxidjonerna som orsakar de sura och basiska egenskaperna och deras effekt på oss och vår miljö. Skillnaden mellan en stark syra och en koncentrerad syra är viktig att förstå. I avsnittet Salter presenteras ämnesgruppen salter. Förberedelser, förslag och kommentarer I atomens inre Förberedelser Använd gärna magnetiska atom-och partikelmodeller för att illustrera sambanden. Ta fram ett stort periodiskt system Eleverna behöver ett upptryckt periodiskt system. Börja med Låt eleverna i grupper diskutera i vilka sammanhang de hört ordet atom. Skriv upp alla ord som kommer upp. Låt eleverna ta reda på vad orden står för. Laborationer 5.1 Kol en mittfältare 5.2 Vatten ett annorlunda ämne Uppgifter och övningar 5.29 Atomer eller molekyler? Grundämne eller kemisk förening? 5.30 Vilka partiklar finns i atomen? 5.31 Atomens elektronskal 5.32 Hur bildas en jon? 5.33 Negativa joner 5.34 Hur trodde man förr? Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 375
Periodiska systemet Förberedelser Ta fram så många grundämnen du hittar, t ex olika metaller, kol, svavel, syre och väte i tub till introduktionen. Eleverna behöver ett upptryckt periodiskt system. Börja med Titta gemensamt i klassen på ett stort periodiskt system, gärna ett där ämnena är presenterade i bilder också. Vilka ämnen känner eleverna till? Visa de grundämnen du tagit fram. Var hittar man dessa? Vad används ämnena till? Visa på siffrorna som står där. Vad kan dessa stå för? Uppgifter och övningar 5.35 Periodiska systemet 5.36 Atomnummer 5.37 Atomer är neutrala 5.38 Ordning och reda! 5.39 Även grundämnen bildar grupper 5.40 Isotoper är varianter på samma ämne 5.41 Masstal 5.42 Atommassa 5.43 Vad kan du få reda på genom periodiska systemet? Metaller Förberedelser Klipp till och märk ett antal metallbitar till 5.3. Se till att det finns skyddsskivor på bänkarna. Behövs till ett flertal av laborationerna. Köp silveroxid till 5.9, dyrt men det går åt väldigt småmängder. Börja med Låt eleverna studera ett periodiskt system och upptäcka att de flesta av grundämnena är metaller. Låt eleverna fundera över frågan Vilken betydelse har metallerna för oss? Många elever tänker bara på att metaller finns i marken och används i tekniska produkter. Lyft fram att vi hittar metaller också i maten och i vår kropp, där de spelar en viktig roll för vårt välbefinnande. Framställning av silver 5.9 kan göras som en demonstration. Det räcker med en enkel upphettning (vulkanisk aktivitet) för att det ska bildas rent silver. Ädla metaller som guld och silver kan man därför hitta i ren form i naturen. Dessa ädla metaller var också de första som människan lärde sig tillverka föremål av. Järnframställningen krävde en teknisk utveckling och behärskades därför långt senare av människan. Aluminium som idag är en slit- och slängmetall var en gång mycket svår att framställa och otroligt dyr, men med dagens billiga energiframställning är det ingen som blir imponerad av en läskburk. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 376
Laborationer 5.3 Metallernas egenskaper 5.4 Aluminium 5.5 Järn rostar 5.6 Framställ koppar 5.7 Framställ järn 5.8 Aluminiumtest 5.9 Framställ silver Uppgifter och övningar 5.44 Vilka egenskaper har en metall? Joner Laborationer 5.10 Magnesiumoxid är en jonförening Uppgifter och övningar 5.45 Bilda jonföreningar 5.46 När smälter ett kolväte? 5.47 Inga laddningar får bli över 5.48 Fyll i tabellen 5.49 Flera jonföreningar Syror och baser Förberedelser Förbered material till demonstration Tre starka syror. Testa doppelektroder. Börja med 1. Ett sätt att starta arbetsområdet kan vara att låta eleverna diskutera kring laborationen Ändras ph-värdet på sidan 189 faktaboken, och sen göra laborationen. 2. Demonstration Tre starka syror. Demonstrationen ska visa saltsyrans, svavelsyrans och salpetersyrans egenskaper i koncentrerad form. Låt eleverna se och lukta på syrorna. Alla är färglösa men svavelsyran är mer trögflytande. Notera att salpetersyran förvaras i mörka flaskor. Innan eleverna luktar på syrorna måste de lära sig hur man gör när man luktar på okända ämnen, man viftar till sig ångorna. Håll alltid själv i flaskan och gå lugnt runt i kemisalen. Om man blåser försiktigt över flaskorna ser man en karaktäristisk vit rök över saltsyran. Spänn lite bomullstyg över tre Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 377
stora bägare med hjälp av gummiband. Fukta dem lätt med lite vatten. Det gör det lättare för syrorna att tränga ner i tyget. Droppa några droppar av respektive syra på tyget. Lägg en droppe salpetersyra på en nagel. Skölj bort syran efter någon minut och visa att det uppstått en gul fläck på nageln. Samma sak går att visa med vitt ullgarn eller hår i ett provrör. Visa de tre syrornas förmåga att lösa metaller. Använd små bitar av magnesium, zink, järn och koppar. Arbeta i dragskåp eftersom de bruna nitrösa gaserna som bildas när salpetersyra löser koppar är mycket giftiga! Eleverna säger ofta att det kokar eftersom det bubblar och fräser, men när man tittar närmre så ser de att det bildas en gas vid metallens yta. Vilken gas som bildas kan de själva ta reda på när de gör 5.13. Laborationer 5.11 Har du sur andedräkt? 5.12 Hur ändras ph när en syra späds med vatten? 5.13 Vad har syror gemensamt? 5.14 Undersök rengöringsmedel 5.15 Undersök några baser 5.16 Blanda en syra och en bas 5.17 Gör din egen läsk 5.18 Utspädning Salter Förberedelser Tillverka kristaller i god tid för demonstrationen Kristaller. Testa doppelektroder. Börja med 1. Börja med att låta eleverna räkna upp alla ord de känner till som innehåller salt. Ha gärna i beredskap koksalt och kalciumklorid som exempel på vägsalt. Som exempel på saltvatten kan man göra i ordning lösningar med Östersjöns respektive Västkustens salthalt. Låt eleverna smaka på dessa (man bör ha rena kemikalier men med en droppe är riskerna väldigt små). 2. Demonstration Kristaller Visa olika slags kristaller i lupp, till exempel kopparsulfat, natriumklorid, järnsulfat. Demonstrationen ska visa att det finns olika salter och att salter bildar typiska kristaller. 3. Demonstration Salmiak Luta en öppen flaska koncentrerad saltsyra och en flaska koncentrerad ammoniak mot varandra. Det bildas en vit rök (salmiak) som man kan fånga upp med en ren glasstav eller ett papper. Låt en elev smaka. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 378
Laborationer 5.19 Vad heter koksalt på kemispråk? 5.20 Leder salter ström? 5.21 Testa ett torkmedel 5.22 Vad är kristallvatten? 5.23 Vad är det som bubblar? 5.24 Ett tredje sätt att framställa ett salt 5.25 Odla kristaller med alun 5.26 Två salter ihop vad blir det? 5.27 Var en jondetektiv 5.28 Färggrant fyrverkeri Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 379
Laborationer Metaller 5.1 Kol en mittfältare En del atomer lämnar varken ifrån sig eller tar upp elektroner när de reagerar med varandra. Men genom att de delar på elektroner får de i alla fall fulla skal. Föreningarna som bildas kallas molekylföreningar och är inte elektriskt laddade. Rita en kolatom och sätt ut elektronerna i sina skal. Hur många valenselektroner har den? Varför ger den varken ifrån sig eller tar emot elektroner? Genom att dela elektroner med fyra väteatomer kan den ändå få fulla skal. Rita! Vilket ämne har du fått? Bygg med kulmodeller. Vad betyder egentligen varje pinne? I en molekylförening består varje bindning av två elektroner ett elektronpar. Den kallas molekylbindning eller elektronparbindning. Sådana bindningar är starka, men mellan molekylerna är det svaga krafter eftersom molekylerna är oladdade. I en molekylförening består varje bindning av två elektroner ett elektronpar. Den kallas molekylbindning eller elektronparbindning. Sådana bindningar är starka, men mellan molekylerna är det svaga krafter eftersom molekylerna är oladdade. 5.2 Vatten, ett annorlunda ämne Vatten är en liten molekyl som borde ha låg kokpunkt. Rita av molekylmodellerna för vatten och metan och sätt ut elektronerna. Jämför kokpunkten hos metan och vatten. Försök med hjälp av dina modeller förklara skillnaden i kokpunkter. Om laddningarna är förskjutna i en molekyl säger man att molekylen är polär. Så fungerar vattenmolekylen syret drar till sig lite negativ laddning från vätena så att molekylen får en negativ och en positiv ände. Därför kan olika vattenmolekyler hålla ihop med varandra med krafter som är starkare än vad de borde vara den mer negativa delen (syret) i en molekyl binder till den positiva delen (vätena) i en annan molekyl. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 380
5.3 Metallernas egenskaper Du behöver: Märkta bitar av olika metaller, till exempel koppar, zink, järn, aluminium, tenn, nickel och bly, ledningsprovare, magnet, stålull och pappershandduk Undersök metallernas egenskaper, som färg, hårdhet, blankhet, om de är magnetiska och om de leder ström. Skriv ner dina resultat i en tabell. Vilka egenskaper är gemensamma för alla metaller? Arbeta två och två. Träna tillsammans under fem minuter på att lära er känna igen metallbitarna. Täck sedan över bitarna med en pappershandduk. En av er tar fram en metallbit och håller den dold för kamraten och beskriver den. Kamraten ska sedan gissa vilken metall det är. Turas om att ta fram bitar och att gissa. Undersök metaller som finns i klassrummet kläder, smycken, möbler mm. Vilka metaller är vanligast? 5.4 Aluminium Du behöver: En bit aluminium, degeltång, bägare med vatten, skyddsskiva och brännare. Lägg en skyddsskiva på bordet och ställ bägaren med vatten på skivan. Tänd brännaren och luta den något. Värm aluminiumbiten i lågan tills den smälter. Vad händer, hur ser det ut? Doppa aluminiumbiten i bägaren med vatten så den svalnar och undersök sedan biten. Vad har bildats? Går det att skrapa bort? Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 381
5.5 Järn rostar Spikar är gjorda av järn och järn rostar, men hur fort går det? Du behöver: Järnspik (blank), fem provrör, provrörskork, matolja, kranvatten, kokt kranvatten, havsvatten (eller saltat kranvatten) och vattenfri kalciumklorid. Ställ i ordning sex provrör med var sin spik. Innehållet i provrören ska vara: Provrör Innehåll 1 spik i kranvatten 2 spik i kokt kranvatten + några millimeter matolja ovanpå vattnet 3 spik i havsvatten 4 1 2 centimeter vattenfri kalciumklorid + spik + kork på provröret 5 spik doppad i olja i kranvatten 1 2 3 4 5 Undersök provrören efter 2 3 dagar. Vilka har rostat och vilka har inte gjort det? Kan du förklara resultaten i de olika provrören? Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 382
5.6 Framställ koppar Du behöver: Kopparoxid, kolpulver, bägare, provrör (pyrex), provrörshållare, sked, och brännare. Prov 1 Häll upp en sked kopparoxid i bägaren. Hur ser kopparoxiden ut? Häll kopparoxiden i ett provrör. Värm kopparoxiden en stund över brännaren. Vad händer? Låt provet svalna och undersök innehållet i provröret. Prov 2 Häll en halv sked kopparoxid och en halv sked kolpulver i bägaren. Blanda noga! Häll blandningen i ett nytt provrör och värm över brännaren tills det glöder. Låt provet svalna och undersök innehållet i provröret. Förklara vad som har hänt, och vilka ämnen som har bildats i de två proven. 5.7 Framställ järn Du behöver: Järnoxid, kolpulver, bägare, provrör (pyrex), magnet, brännare och stativ. Vilka egenskaper har järnoxid? Blanda lika delar järnoxid och kolpulver i bägaren. Häll blandningen i provröret. Fäst röret i stativet och värm med brännaren tills blandningen glöder. Låt blandningen svalna. Försök skrapa ut innehållet och prova om det är magnetiskt med en magnet. Om du inte får ut innehållet kan du testa med en magnet på utsidan av provröret Förklara vad som har hänt och vilka ämnen som har bildats. 5.8 Aluminiumtest Du behöver: En bit aluminium, några okända prover, E-kolvar, tratt, filtrerpapper, saltsyra, natriumhydroxidlösning och salmiaklösning. Lös upp aluminiumbiten i lite saltsyra. Vänta tills vätgasutvecklingen upphört. Filtrera sedan lösningen. Tillsätt lite natriumhydroxidlösning. Bildas det en vit fällning kan provet innehålla aluminium. För att vara säker på att provet innehåller aluminium tillsätter du först lite mer natriumhydroxidlösning. Fällningen ska nu lösa sig. Sedan tillsätter du lite salmiaklösning. Bildas det återigen en vit fällning, är det aluminium i provet. Gör aluminiumtestet på de okända proverna. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 383
5.9 Framställ silver Du behöver: Silveroxid, mikroprovrör, provrörshållare, mortel och brännare. Vilka egenskaper har silveroxiden? Lägg en knivsudd silveroxid i provröret. Värm röret tills du ser att något sker med silveroxiden. Låt provröret svalna. Krossa röret i morteln och plocka ut klumpen i provröret. Polera den försiktigt med pistillen i morteln, studera den noga. Vad har hänt med silveroxiden och vilka ämnen har bildats? Joner 5.10 Magnesiumoxid är en jonförening Du behöver: Magnesiumband, urglas och tändstickor. Elda på en bit magnesium och låt det vita pulvret trilla ner på ett urglas. Observera! Titta inte direkt in i lågan! Vilka ämnen reagerar med varandra? Vad heter det ämne som bildas? Hur många valenselektroner har en magnesiumatom? Hur får den på enklaste sätt fullt i yttersta skalet? Hur många valenselektroner har en syreatom? Hur får den på enklaste sätt fullt i yttersta skalet? Rita en bild som visar hur elektronerna går över från magnesium atomen till syreatomen. Vilka joner bildas då? Det som håller ihop den bildade föreningen är alltså laddningarna. Bindningen som bildas kallas jonbindning och föreningen kallas jonförening. En jonförening består alltså av en positiv och en negativ del. Jonbindningen är mycket stark. Därför har jonföreningar ofta höga smältpunkter. Syror och baser 5.11 Har du sur andedräkt? Du behöver: Bägare, BTB och sugrör. Häll lite vatten i en bägare och tillsätt några droppar BTB. Vilken färg får lösningen? Blås sedan ner utandningsluft i bägaren och se vad som händer. Förklara! Vad andas vi ut? Vad heter ämnet som bildats? Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 384
5.12 Hur ändras ph när en syra späds med vatten? Du behöver: En sur lösning, bägare och ph-papper. Stark syra Ta 10 ml sur lösning i en bägare. Mät ph-värdet och anteckna. Häll i 90 ml vatten i bägaren med syran. Mät ph-värdet och anteckna. Ta 10 ml av lösningen och späd med ytterligare 90 ml vatten i en ny bägare. Mät ph-värdet och anteckna. Vad händer med ph-värdet när du späder en syra med vatten? Koncentrerad syra Svag syra Utspädd syra Syror och baser 5.13 Vad har syror gemensamt? Du behöver: Provrör, saltsyra, salpetersyra, svavelsyra, ättiksyra, magnesiumband, glasstav, doppelektrod, BTB, ph-papper och skyddsglasögon. Gör följande undersökningar med alla syrorna. Häll den utspädda syran i ett provrör till en höjd av ungefär 2 centimeter. Smaka på syran genom att ta en droppe på tungan. Ta en ny droppe syra och gnid den mellan tummen och pek fingret hur känns det? Undersök ph, och kontrollera om syran leder ström med doppelektrod. Häll sedan det som är kvar av syran i två nya provrör. Droppa BTB i det ena röret och lägg en bit magnesium i det andra. Gör en tabell och anteckna alla resultat. Sammanfatta syrornas egenskaper. En syra är ett ämne som kan avge vätejoner. Det är vätejonen H + som ger syror deras sura egenskaper. Vätejonen är positivt laddad. Saltsyra HCl H + Cl Salpetersyra 5.14 Undersök rengöringsmedel Du behöver: Maskindiskmedel, handdiskmedel, Ajax, tvättmedel och skyddsglasögon. HNO 3 H+ NO 3 Mät ph på några olika rengöringsmedel. Var försiktig med maskindiskmedlet; Svavelsyra det är starkt frätande. Vilka ph fick du fram? Jämför med innehållsförteckningen på förpackningarna. Stämmer de överens med dina värden? Finns det farosymboler på förpackningarna? Vilka i så fall? Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 385 H 2 SO 4 SO4 2 2H +
Ta reda på varför basiska ämnen är bra rengöringsmedel. Varför är det olika ph i hand- och maskindiskmedel? Förklara! 5.15 Undersök några baser Har baser några gemensamma egenskaper? Gör några under sökningar och se vad du kommer fram till. Du behöver: Utspädda lösningar av Samarin, natriumhydroxid, ammoniak och kalkvatten, doppelektrod och skyddsglasögon. Ta reda på ph! Vilken färg får ämnena i BTB? Leder de ström? Ta lite av varje ämne och gnid mellan fingrarna. Hur känns de? Gör en sammanställning med de egenskaper som baserna har gemensamt. Vad är det som ger baserna deras egenskaper? En bas är ett ämne som kan ta upp vätejoner. Det är hydroxidjonen OH som tar hand om vätejonerna. Hydroxidjonen är negativt laddad. Natriumhydroxid NaOH Na + OH Kaliumhydroxid 5.16 Blanda en syra och en bas Du behöver: Utspädd saltsyra, utspädd natriumhydroxid, BTB, aktivt kol, bägare, dropprör, tratt, filtrerpapper, glasskål och skyddsglasögon. KOH K + OH Häll 25 milliliter saltsyra i en bägare och tillsätt lite BTB. Droppa långsamt ner natriumhydroxiden tills färgen slår om till grönt. Kalciumhydroxid Vilken färg får BTB i syran? Och varför blir det sedan grönt? Vad händer om du tillsätter för mycket natriumhydroxid? Vad kan du göra i så fall? Häll i en sked aktivt kol i den gröna lösningen. Rör om ordentligt och filtrera. Ca(OH) Ca 2+ 2OH 2 Smaka på det som rinner igenom. Vad är det? Låt resten indunsta. Rita av resultatet efter några dagar. När en syra och en bas får reagera bildas vatten och ett salt. Beroende på vilken syra och vilken bas man blandar bildas det olika salter. En sådan reaktion, där en syra och en bas tar ut varandra, kallas en neutralisation. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 386
5.17 Gör din egen läsk Du behöver: Koldioxid från gastub, bägare, smakämne till exempel citronsyra och socker. Häll upp lite vatten i bägaren. Smaksätt det med det smakämne du valt och häll i lite socker. Bubbla i koldioxid från gastub. Smaka! Vilken kemisk reaktion har skett? Varför innehåller riktig läsk mycket mer kolsyra? Ta reda på hur läsktillverkning går till. Gaser breder ut sig och tar stor plats. Man kan pressa ihop dem och förvara dem i en behållare, men då ökar trycket. Det är därför som gasflaskor är gjorda av kraftigt stål annars skulle de inte hålla för gastrycket inifrån. Citrusfrukter som apelsiner och citroner innehåller citronsyra. Citronsyran smakar gott i lagom mängder, speciellt i söta livsmedel. Den används som livsmedelstillsats i allt möjligt från läsk till ost. Dessutom är den en nyttig antioxidant. 5.18 Utspädning Planera och genomför en undersökning som visar vad som händer när man späder en syra med vatten. Salter 5.19 Vad heter koksalt på kemispråk? Du behöver: Kulmodeller. När saltsyra och natriumhydroxid får reagera bildas vanligt koksalt. Ta reda på formlerna för saltsyra och natriumhydroxid. Bygg ämnena med kulmodeller. Försök sätta ihop kulorna så att vatten och saltet bildas. Vad består koksalt av? Vad heter det på kemispråk? Skriv en reaktionsformel med ord. Skriv reaktionsformeln med kemiska tecken. 5.20 Leder salter ström? Du behöver: Kristaller av kopparsulfat, natriumklorid, ammoniumklorid och kaliumnitrat, doppelektrod och bägare. Undersök de olika salterna, ett i taget, genom att hälla lite av saltet i en bägare. Prova med doppelektroden om det leder ström. Lös sedan upp saltet i lite vatten. Prova igen om det leder ström. Anteckna dina resultat i en tabell. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 387
5.21 Testa ett torkmedel Kalciumklorid är ett salt som finns i Torrbollar och som sprids på dammiga grusvägar på sommaren. Du behöver: Kalciumklorid och en glasskål. Lägg lite kalciumklorid i en glasskål och låt den stå några dagar. Vad har hänt? Förklara! Vad händer om man sprider ut kalciumklorid på en torr grusväg på sommaren? 5.22 Vad är kristallvatten? Du behöver: Kopparsulfat, provrör och brännare. Värm lite kopparsulfat i ett provrör. Håll ett urglas ovanför. Vad kan du se? Vad händer med kopparsulfatet? Förklara! 5.23 Vad är det som bubblar? Du behöver: Zinkbitar, utspädd saltsyra, provrör med avledningsrör och kork, glasskål med vatten och ett vattenfyllt provrör. Lägg några bitar zink i ett provrör och sätt ihop utrustningen som figuren visar. Häll i saltsyra så att den täcker zinken och sätt på korken. I det vattenfyllda provröret samlar du upp bubblorna som bildas. Sätt tummen för provrörsmynningen medan den är under ytan. Lyft upp och vänd röret. Tänd eld på gasen i provröret. Vad händer? Prova att samla upp olika mycket gas. Vad har hänt med zinken? Förklara! 5.24 Ett tredje sätt att framställa ett salt Du behöver: Utspädd saltsyra, kopparoxid, bägare och glasstav. Lägg en sked kopparoxid i en bägare och häll i ungefär 50 milliliter saltsyra. Rör om ordentligt. Filtrera lösningen och låt den stå och dunsta in. Vad kan du se? Vad är det som har hänt? Skriv reaktionsformeln med ord. Tre sätt att framställa ett salt: En syra reagerar med en bas neutralisation. En syra reagerar med en metall. En syra reagerar med en metalloxid. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 388
5.25 Odla kristaller med alun Du behöver: Alun, 2 glasbägare, filtrerpapper och sked. Gör i ordning en mättad lösning av alun genom att ta en matsked av saltet i en glasbägare och tillsätt ljummet vatten. Rör om noga med skeden. Om allt salt löst sig är lösningen inte mättad. Tillsätt då lite mera salt. Låt lösningen stå en stund för att svalna och för att småpartiklar ska sjunka till botten. Dekantera sedan över lösningen till en ren bägare som du täcker med ett filtrerpapper för att undvika damm. Spara kristallerna som blivit över. Låt bägaren stå någon dag eller två. För att få stora kristaller sparar du den största, finaste kristallen och rensar bort de övriga. Kristallerna som rensas bort lägger du tillsammans med dem som blivit över från tidigare. Vid behov gör du i ordning mättad lösning och häller den över kristallodlingen. Alun (aluminiumkaliumsulfat) används vid växtfärgning av garner. Det får färgen att binda bättre till fibrerna. Alun används också för vattenrening. Då fungerar det så här: när man löser alun i vatten blir lösningen sur. Om man tillsätter bas för att göra lösningen neutral blir saltet svårlösligt och sjunker till botten. Då tar det samtidigt med sig föroreningarna i vattnet. 5.26 Två salter ihop vad blir det? Du behöver: Bariumkloridlösning, natriumsulfatlösning och provrör. Häll upp lite av lösningarna i varsitt provrör. Hur ser de ut? Blanda lösningarna i ett provrör. Vad händer? Vad heter det ämne som har bildats? Ett lättlösligt salt ger en genomskinlig lösning med vatten. Ett svårlösligt salt löser sig inte i vatten. En fällning bildas om två salter tillsammans ger ett svår lösligt salt. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 389
5.27 Var en jondetektiv Vissa salter är svårlösliga. Om man till exempel tillsätter en silvernitratlösning till en kloridjonlösning bildas det svårlösliga saltet silverklorid. Reaktionen är mycket känslig med det menas att det räcker med väldigt, väldigt lite kloridjoner för att man ska se fällningen. På liknande sätt kan man använda ett bariumsalt för att upptäcka sulfater. Att det finns karbonatjoner i ett fast salt kan man visa genom att det bildas koldioxid med syra. Men kommer du ihåg hur man känner igen koldioxid? Du behöver: Hemliga jonlösningar och en bit marmor, silvernitrat, bariumklorid, saltsyra och provrör. Ta reda på vilka joner som finns i lösningarna och vad marmor består av. 5.28 Färggrant fyrverkeri Många salter används för att ge färg till fyrverkerier. Vilken är din favoritfärg? Du behöver: Kopparsulfat, natriumkarbonat, kaliumklorid, kalciumklorid, metanol, blomspruta och brännare. Gör i ordning metanollösningar av de olika salterna. Tänd brännaren och spreja sedan in lösningarna försiktigt i lågan. Vilka färger får du fram? Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 390
Kommentarer till laborationer Metaller 5.1 Kol en mittfältare Pinnarna i kulmodellerna representerar molekylbindningar (elektronparbindningar, kovalenta bindningar). Säkerhet Riskfritt Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 391
5.2 Vatten, ett annorlunda ämne De höga smält- och kokpunkterna hos vatten beror på att OH-gruppen är starkt polär. Syret drar till sig elektronerna i elektronparbindningen mycket starkare än vätet. Syret får därför en negativ nettoladdning och vätena en positiv. Vattenmolekylen är därför en dipol. Den negativa änden hos en vattenmolekyl attraherar den positiva änden i nästa molekyl och så vidare. Faktum är att bindningen mellan två molekyler är extra stark på grund av att väteatomen är så liten så att syret i nästa molekyl kommer väldigt nära. Denna speciella form av bindning kallas vätebindning. Vätebindningar förekommer i ämnen där väte är bundet till N, O eller F. Säkerhet Riskfritt 5.3 Metallernas egenskaper Egenskaper som man ganska enkelt kan observera är färg, hårdhet, glans, magnetism och elektrisk ledningsförmåga. Alla metaller leder ström. Metallbindningen innebär nämligen att valenselektronerna bildar ett gemensamt elektronmoln för hela metallstycket. Valenselektronerna är alltså fritt rörliga i metallen och kan därför transportera elektrisk ström. Detta elektronmoln är också orsaken till att ljus reflekteras och metallen får glans. I allmänhet är metaller smidbara, vilket beror på att atomlagren kan förskjutas förbi varandra. Det är möjligt tack vare att valenselektronerna inte ingår i bindningar mellan specifika atomer, utan bildar ett gemensamt elektronmoln för hela metallstycket. Magnetism hos metaller är relativt ovanlig, men finns hos järn och nickel. Järn och nickel är paramagnetiska, vilket innebär att de attraheras av yttre magnetfält. Hårdheten har att göra med hur metallen kristalliserar. 5.4 Aluminium Aluminiumet smälter vid 660 C. Det bildas snabbt en seg hinna av aluminiumoxid (Al2O3) som får den smälta metallen att hänga i en påse. Aluminiumoxiden har mycket högre smältpunkt (2 030 C), så hinnan är i fast form. Aluminiumoxid bildas även vid rumstemperatur, men långsammare och oxidskiktet blir inte lika tjockt. Oxidhinnan passiverar metallen, det vill säga skyddar den mot vidare angrepp. Säkerhet Risk att bränna sig. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 392
5.5 Järn rostar Det krävs ett par saker för att järn ska rosta, nämligen syre (oxidationsmedel) fukt (leder ström) När järnet rostar sker två processer: 1. Dels reagerar syret med vatten på järnets yta till hydroxid samtidigt som elektroner tas upp. Reaktionen när elektroner tas upp kallas reduktion. 2. Elektronerna tas från järnatomer någonstans på järnets yta, ofta på ett ställe en bit därifrån. Elektronerna kan vandra genom järnet eftersom järn leder ström. De järnatomer som förlorar elektroner bildar Fe 2+ och går samtidigt i lösning. Metallen löses alltså upp och det blir en grop. Reaktionen när elektroner avges kallas för oxidation. Det kan inte byggas upp några ansamlingar av negativa eller positiva laddningar. Eftersom de negativt laddade elektronerna vandrar måste det ske en motsvarande vandring av joner så att jonerna och elektronerna tillsammans har nettoladdningen noll. Om inte jonerna kan vandra så medför det att inte heller elektronerna kan förflytta sig. Men jonerna (salt) kan bara vandra när de befinner sig i lösning. Därför är vattnet nödvändigt för att rost ska kunna bildas i någon större omfattning. Fe 2+ -jonerna oxideras vidare av luftens syre till Fe 3+. De slår sig samman med de hydroxidjoner som bildas när syret reagerar med vattnet och tillsammans med några extra vattenmolekyler bildas rost, Fe(OH) 3 nh 2 O. Rost har ingen väldefinierad sammansättning, därav n som anger ett okänt antal vatten. Rosten är svårlöslig och faller ut som en orangebrun beläggning på järnytan. 5.6 Framställ koppar Kopparoxid förekommer i två varianter, koppar(ii)oxid med formeln CuO (svart) och koppar(i)oxid med formeln Cu 2 O (röd). Koppar blir mörk med tiden på grund av svart CuO som bildas när kopparen reagerar med luftens syre. När CuO upphettas till över 1 000 C omvandlas den till Cu 2 O och syrgas, men medan den svalnar reagerar den med syre i luften och återgår till CuO. Därför sker ingen nettoreaktion när enbart CuO upphettas i experimentet. Men kopparoxiden kan reduceras till koppar av kol i reaktionen 2 CuO + C > 2 Cu + CO 2 (g) Eftersom koldioxiden avgår som gas återstår endast kopparen efter reaktionen. Säkerhet Risk att bränna sig. Sanoma Utbildning och författarna KEMI Direkt 5 Atomer, joner... 393