l. Atomer - naturens egna byggstenar Ett fåtal atomslag kan bygga upp enormt många ouka ämnen. Man kan likna atomerna vid legobitar eller alfabetet. Ingen liknelse för atomet är perfekt, men idén att små byggstenar kan bygga något stort är viktig för att förstå atomer. Till exempel är din egen kropp uppbyggd av atomer. De vanligaste atomslagen i din kropp är kol, väte och syre. Atomerna ät otroligt små (ca l Om i diameter) och de är ofattbart många. Atomerna upptäcktes (egentligen förutsågs) först av Demokritos ca 400 f kr men det var John Dalton som lyckades bevisa atomernas existens ca år 1800. Demokritos kallade sin upptäckt för atom efter det grekiska ordet för odelbar. 1. 1. Begrepp Atom Atomerna ai byggstenarna som bygger upp världen och allt levande som finas i den. Atomslag Precis som det fuins olika sorters legoklossar finns det olika sorters atomer. Varje sådan sort kallas för ett atomslag. Några exempel på atomslag är kolatomer, väteatomer och syreatomer. 1.2. Exempelfrågor Fråga Svar Ungefär hur många atomslag finns det? Ca 100 (120) Vilka är de tre vanligaste atomslagen i Kolatomer, väteatomer och syreatomer din kropp? Varifrån kommer ordet atom? Vem bevisade att det finns atomer? Ordet "atom" är grekiska från början och betyder "odelbar". Den engelske kemisten John Dalton
2. Molekyler är grupper av atomer Det är väldigt sällan som nian hittar en ensam atom någonstans. Istället sitter de nästan alltid ihop i grupper, som kallas molekyler. En enkel men väldigt viktig molekyl är vattenmolekylen. Den är sammansatt av tra väteatomer och en syreatom. I en enda vatendroppe finns det många miljoner vatenmolekyler. Vattenmolekylen består alltid av tre atomer. Andra molekyler kan ha ett annat antal. Det kan vara aut från två. atomer till flera miljoner. VM«nn»t«k») (H.Of två Atomerna hålls ihop av bindningar. I moiekylmodeuerna vi byggde fanns det "pinnar" av olika längd som hötl ihop kulorna. I verkligheten finns inga pinnar. Men det finns ett slags "klister som håller ihop atomerna. Ett sådant klister kauar vi en molekylbindning. Ofta säger man bara bindning. Varje bindning i en molekyl håller ihop t^å atomer men det kan finnas många bindningar, så en molekyl kan bestå av många atomer. I ett visst ämne sitter atomerna autid ihop i samma ordning l molekylerna. Till exempel ser vattenmolekylen autid ut som i bilden här ovanför. 2.1. Begrepp molekyl vattenmolekyl molekyhnodell molekylbindning I en molekyl är det två eller flera atomer som sitter ihop i en grupp. En vattenmolekyl är en molekyl med tyå väteatomer och en syreatom. MolekyknodeUer är modeller som hjälper oss att förstå hur molekyler ser ut och fungerar. En molekylbindning håller ihop två atomer i en molekyl. 2.2. Exempelfrågor Fråga Hur många atomer brukar det vara i en molekyl? Varför behöver vi molekyhnodeller? Svar Det kan vara allt från två atomet tiu flera miljoner atomer i en molekyl. Molekyler kan vara väldigt ouka stora. Atomer och molekyler är så små att vi inte kan se dem. Därför är det svårt att förstå hur de fungerar. Med modellerna kan vi skapa bilder av hur atomer och molekyler ser ut och fungerar
3. Grundämnen och kemiska föreningar Ett grundämne har bara ett atomslag. TiU exemplen innehåuer de tte ämnena syre, kol och guld bara en enda sorts atomer. Ett ämne som bata innehåller ett atomslag kallas för ett grundämne. Eftersom det finns ca 100 atomslag finnds det också lika många grundämnen. Syre, kol och guld är bara tre exempel. Även om grundämnen bara består av ett atomslag sitter de ändå ofta ihop i molekyler. Syre är ett exempel. Där sitter syreatomerna ihop två. och två l syremolekyler. Grundämnet svavel är ett annat exempel som vi provade på när vi gjorde molekybnodeller. För svavel består molekylerna av åtta avavelatomer som sitter ihop l en ring. De flesta grundämnen är metaller. Mer än tre fjärdedelar av alla grundämnen är metaller. Alla metaller har vissa gemensamma egenskaper. TiU exempel är de blanka och är bra på att leda elektricitet och värme. Icke-metaller, alltså den sista fjärdedelen av alla grundämnen, har väldigt olika egenskaper. Dessa ar autså alla grundämnen som inte är metauer och består av väldigt olika ämnen. Till ickemetallerna hör bland annat gaser som syre, väte och klor men till exempel också kol och svavel. Alla grundämnen har ett kemiskt tecken. Detta är ett internationellt överenskommet sätt att förkorta namnen på grundämnen. Alla kemiska tecken börjar med en stor bokstav och en del av dem har yttetliga-re en eller två bokstäver som ska vara gemena (små). De flesta kemiska beteckningar kan härledas ur ämnenas latinska namn. Den svenske vetenskapsmannen Jöns Jacob Berzelius (som har gett namn åt Berzeli Park i Stockholm) levde 1779-1848 och var den som införde bokstavsbeteckningar som kemiska tecken för grundämnen. Berzelius upptäckte bland annat grundämnena kisel och selen. Exempel på grundämnen och deras kemiska beteckning: Väte Syre Kväve Kol Klor Svavel Järn Kvicksilver Hydrogenium Oxygenium Nitrogenium Carbo Chlorium Sulfur Ferrum Hydrargyrum H o N c Cl Fe ". De latinska namnen är inte något som du måste kunna men dc kanske kan vara till hjälp för att komma ihåg de kemiska beteckningarna.
Det periodiska systemet ät en tabeu där grundämnena, ät sorterade efter sina egenskaper. Discovery Nation 33 Uniled Kingdom (24) [^]UmledStattS(;D Cg SnedM (20) P1Cernuny(19) Franu(17) Russia/USSR (9) Ausiria (3) Q Denmark 12) RR Finland (l) lialy (11 Q Spain (l) L-<1 Ancicni Oiscovery )n BPnECiy mnih» WWffiBHt ICEIMI ITBIoi BHiia rs8iabi9ea6oizafci Ba6;B'B6iE3fc4[ia6 sisa6 6iia67Bafc«iia6taan>i!nn a SHni CTWI EHc MdlMlNolTlUu 11.1 En liten notering om periodiska systemet ovan och er inlämnings uppgift. Som ni ser så är det här periodiska systemet förmoclligt:n gjort av en engelsman. IIdium (nr 2) till exempel som \'i tycker upptäcktes av en svensk ritar de både en svensk och en brittisk flagga på och flera a.v de grundämnen vi hade som "svenska" i ur undersökning är liar engelska. Att fundera pä när det gäller Yttrium (nr 39) är att det upptäcktes nv den "finske" geologen Johan Gadölin (se nr 64) år 1794. Men dft var Finland en del av Sverige så Y hör nog hemma i Sverige i alla fall... En kemisk förening innehåller flera atomslag. Eftersom de ca 100 atomslagen kan kombmeras på oändligt många sätt så finns det väldigt många ämnen som är sammansatta av flera olika atomslag. Sådana ämnen kauas kemiska föreningar. En vattenmolekyl innehåller till exempel två atomskg ~ två väte och en syreatom. Alltså är vaten en kemisk förening. HittiUs känner kemisterna tiu ca 20 nuljoner olika kemiska föreningar. 3.1. Begrepp Ett grundämne är ett ämne som bara innehåller en enda sorts atomer. Någta exempel på grundämnen är väte och syre, men inte vatten. Metaller är en grupp av grundämnen med likadana egenskaper. MetaUema är bland annat blanka och leder elektricitet och värme. Icke-metaUer är en grupp av grundämnen med väldigt olika egenskaper. Det gemensamma för dem är att de inte har samma egenskaper som metaller. Kemiska tecken är internationella förkortningar för namnen på alla de olika grundämne metall icke-metall kemiskt tecken periodiska systemet kemisk förening atomsla^en. Periodiska systemet är en tabeu där grundämnena är sorterade efter sina egenskaper. En kemisk förening är ett ämne som är sammansatt av olika atomslag.
} 3. 2. Exempelfrågor Fråga Nämn några exempel på grundämnen Beskriv hur en syremolekyl är uppbyggd Vilka är de kemiska tecknen för väte, syre, kväve och kol? Beskriv hur vattenmolekylen är uppbyggd Svar Några exempel på grundämnen är syre, kol, guld, väte, svavel, klor och de olika metallerna. En syremolekyl är uppbyggd av två syreatomer som sitter ihop. Väte är H, syre är O, kväve är N och kol är C. I vattenmolekylen är det tre atomer, två väteatomer och en syteatom. Syreätomen sitter mellan de båda väteatomerna och hela molekylen Uknar ett V.
4. Kemiska reaktioner Ämnen kan kombineras och bilda nya ämnen som kan ha helt andra egenskaper än ursprungs ämnena. De båda gaserna väte och syre kan till exempel förvandlas till vätskan vatten. Om vi blandar vätgas och syrgas i en burk händr ingenting. Syrgasmolekylema och vätgas molekylerna rör sig runt i burken, men ingenting förvandlas. Men om vi tänder eld på gasblandningen så händer det något. Det blir en exposion och en knall! Dätför kallas en blandning av syrgäs och vätgas för knaugas. Vad är det då som händer när fcnaugasen exploderar? Jo, först gör vännen från elden att syrgasoch vätgasmolekylerna delar på sig till atomer. Sedan sätts atomerna ihop på ett nytt sätt så att det bildas vattenmolekyler. När vattenmolekylema bildas släpps det loss en massa energi - det är den energm som ger knauen. När atomer reagerar med varandra och bildar nya ämnen kallas det fot att det sker en kemisk reaktion. Atomer kan aldrig försvinna. Kemiska reaktioner gör att ämnen förvandlas ull nya ämnen, men det försvinner aldrig några atomer i processen. Alla atomer som fanns före teakrionen finns kvar efteråt men mgår då i nya molekyler. Atomer kan aldrig försvinna och det kan mte heller badas nya atomer. MALM och MINERALER I västvärlden använder vi mycket råvaror till vår konsumprion. Det talas mycket om resurshushållning, alltså att vi ska spara så mycket som möjligt på resurser och framför allt att vi ska. återvinna så mycket som möjligt. Om nu atomer alldd finns kvar, varföt är det då så viktigt? Bilden här ovanför beskriver järnets kretslopp i vätt samhäue. Järnatomerna kommer in i kretsloppet all vänster genom att man bryter järnmalm (tiu exempel i Kiruna l norra Sverige). Antalet järnatomer i jordskorpan är ju mte oändligt och skulle vi ta alla jämatomer riu de produkter vi ska skapa från järnmakn så skulle den ta slut ganska fort. Därför är det viktigt att vi återvinner så många järnatomer som möjligt. När våra bilar/kylskåp/broar/kugghjul euervad det nu kan vara inte längre behövs är det vikdgt att vi skickar tillbaka dem till stålproducenterna så att de kan användas på nytt. Vi kan vi som vanliga konsumenter i Värmda göra genom att slänga vårt metallskrot på återvinnings centralerna i Brunn eller Hemmesta. Svenskarna är bra på att
'/ ^uln^m^etd ensom_ain7fiicenochv111 veta raer om iäln OA stal kan läsa här: hs^ml3v4e"2komoret,ie^^ S^==^^^=S=^SL 4. 1. Begrepp resurshushällning KnaUgas är enblandnmg avvätgas och syrgas. Om man tänder eld på blandningen blir det en explosio^enknaljoch^ så bm^tvmei : reaktion är det som händer när kemiska ämnen l lema tas isär och sätts iho ResurshushåUmng innebär att man sparar på jordensresutser och gör det atnmcma im>n rill -- i ^. ; att använda atomerna igen, du exempel genom att lämna ackningar och trasiea saker all återvinmn 4. 2. Exempelfråeor Fråga Det kinesiska ordet för kemi betyder "förvandlingslära". Varför är det ett bra ord för kemi? Vad händer om man tänder eld på knallgas? Varför är det viktigt att vi återvinner material nät ändå inga atomer kan försvinna? Svar Kemi handlar om hur ämnen byggs om och förvandlas till nya ämnen. Värmen från elden gör att syrgasmokkylerna och vätgasmokkylema tas isär ull syreatomer och'väteatomer. Sedan sätts atomerna ihop på ett nytt sätt och blir vattenmolekyler. När syreatomerna och väteatomema blirvattenmolekykr släpps det loss en massa energi. Det ar det som ger knallen. Inga atomer försvinner, men det bildas inga nya heuet. Om vi blandar aut avfall när vi slänger det euer bara lämnat det i naturen blir det mycket svårt att använda atomerna till nya saker. Men om vi istäuet sortetar och lämnar avfauet till återvinning kan man ta vara på atomerna och använda dem isen.
5. Fast, Hytande och gas Ämnen kan finnas i tre olika former, så kallade aggregationstillstånd. Det är temperaturen som avgör om ett ämne är i fast form, flytande form eller i gasform. Vatten är ett ämne som vi alla är vana att se i alla tre aggregadonstiustånden. Vatten i fast form kallar vi is. Men is kan smälta till vatten och vatten kan koka och bli en gas. Gasen av vatten kallar vi för vattenånga. Is, vatten och vattenånga innehåller precis samma sorts molekyler. Vattenmolekylema byggs inte om som vid en kemisk reaktion utan ser Ukadana ut hela riden. När vattenångan får svakia bitr den vatten igen och om vi ställer vattnet i ftysea så blir det is. De här omvandlingarna kallar vi för fysikaliska omvandlingar. Det finns särskilda ord för var och en av de fysikaliska omvandlingarna: Omvandling Fast -> Vätska Vätska -^ Gas Gas -> Vätska Vätska -> Fast Namn på omvandlingen smältning kokning (euer förångning) kondensera stehia Namn pä temperaturen då det händer smältpunkt kokpunkt kokpunkt ftyspunkt Smältpunkt och kokpunkt är väldigt olika för olika ämnen. Vatten fryser som vi alla vet vid 0 C och kokar vid 100 C. När vi säger att ett ämne (till exempel järn) är fast, menar vi att det är fast vid rumstemperatur. Vatten är en vätska därför att rumstemperatur ligger meuan O och 100 C. Alla ämnen kan finnas i aua tre aggregationstillstånden (fast, flytande och gas). Det är bara olika svårt att få dem dit. Gaserna måste till exempel kylas ned väldigt mycket för att bli flytande och fasta och vissa metaller som till exempel volfram värmas upp mycket fot att de ska bu flytande eller gas. Vatten är ett speciellt ämne eftersom det finns överallt mnt omkrmg oss och för att vi använder det till så mycket. Därför har vattnets aggtegationstillstånd fått egna unika namn. Vatten i fast form kallas för is och vatten i gasform kallas för ånga men de orden kan man inte använda för andra ämnen. Vi fortsätter att titta på vatten. Om vi Uttal in i en isbit så långt m att vi kan se atomer och molekyler. Då set vi att vattenmolekylerna ligger staplade på varandra i ett bestämt mönster, I ett fast ämne har varje molekyl en bestämd plats. Vi säget att de bildar en kristall. Det som gör att molekylerna håus kvar på sina platser är en sorts bindningar mellan molekylerna, som är mycket svagare än molekylbindningarna inuti molekylerna. När vi värmer isbiten börjar molekylerna röra sig. De vaggat fram och tillbaka kring sin bestämda plats. Ju mer vi värmer, desto fortare rör de sig. Det är just det som värme ar - rörelse hos molekylerna. ^TCt^ l 's!ib6ef vattenrnalekylema nästan hett stflia i ett wdnat mönster, v^ ^Wä SCpåvGk l flytande varrten ror sig moteky tema lite mes. men vill ända hma ihop l gasen vattenänga stxter varje matekylroag pä egen hand
/ Molekylerna rör sig mer och mer. När isen smälter bryter molekylerna sig loss ur det fasta mönstret och börjar glida runt varandra. Isen blir vatten, det fasta ämnet har blivit en vätska. I en vätska kan molekylerna röra sig ganska mycket och glida runt varandra, men de stannar ändå tijlsammans. I vattenånga däremot rör sig molekylerna fritt. När du kokar vatten på spisen så får molekylerna ull slut så mycket fart att de svaga bmdningarna mellan molekyler inte aus kan hålla ihop längre. Varje molekyl är ensam och flyger iväg åt sitt eget håll. Därför har vattenånga och andra gaser ingen bestämd form eller volym. I stäuet brer de ut sig ända rius tnolekylerna stoppas av något. När du kokar vatten kan det vara locket på kastmuen, men om locket sitter för löst kan ångan lyfta bort det också. En vätska kan faktiskt bli gas utan att koka. Då säger vi att den avdunstar. Vatten som avdunstar från havsytan och sjöar bildar tiu exempel mohien på himlen. Förklaringen fiunns i vättnerörelsen hos molekylerna. När två. vattenmolekylet krockar kan det bli så att den ena får lite högre fart och den andra b-romsas. Ibland får en molekyl så hög fart att den kan slita sig loss från vattenytan och bli vattenånga. Precis vid vattenytan kan vattenmolekylerna krocka med gasmolekyler i luften och "stjäla" fart från dem också. Det är därför som allt vatten kan avdunsta ur en skål med vatten om du låter den stå framme länge. 5. 1. Begrepp fast form När ett ämne är i fast form har varje molekyl i ämnet en bestämd plats. Det finns svaga bindningar meuan molekylerna som håuer kvar dem på deras platser. flytande form När ett ämne är i flytande form glider molekylerna runt varandra. Bmdningarna kan inte håua kvar molekylerna på deras bestämda platser, men molekylerna stannar ändå tillsammans. gasform När ett ämne är i gasform är varje molekyl ensam, eftersom bindnmgarna mellan molekylerna inte alls kan hålla ihop dem längre. fysikalisk omvandling smälta koka forångas kondensera stelna smältpunkt kokpunkt avdunsta När det är temperaturen och inte en kemisk reaktion som gör att ett ämne förändras är det en fysikalisk omvandling. Vid en fysikalisk omvandling byggs inte molekylerna om. När vatten fryser och blir is, euer när vatten kokar och blir vattenånga, är det fysikaliska omvandlingar. När ett fast ämne blir vätska smälter ämnet. När ett ämne kokar omvandlas det från vätska till gas. Nar en vätska blir gas förångas ämnet När en gas blir vätska kondenserar ämnet. När en vätska blir ett fast ämne stelnar ämnet. Smältpunkt är den temperatur när ett fast ämne blir vätska. Kokpunkt är den temperatur när en vätska blir ^as. När en vätska blic gas utan att den kokar avdunstar ämnet.
5.2. Exempelfrågor Fråga Varför säger vi att syre är en gas, när det kan vara både en vätska och ett fast ämne också? Förklara vad som händer med molekylerna om vi vänner upp is från -10 C tiu +110 C Vad är värme fot någonting? Svar Syre ar en gas vid rumstemperatur. Det måste vara -183 C för att syre ska bli en vätska och -219 C för att det ska bli ett fast ämne. Vid -10 C är vattenmolekylema is, det vill säga ett fast ämne. Mellan molekylerna finns det svaga bindningai som håller ihop dem i ett bestämt mönster. När vi värmer isen börjar molekylerna att röra sig. Till slut rör de sig så mycket att bindningarna meuan molekylerna inte kan hålla ihop molekylerna i det bestämda mönstret. Vattenmolekylerna glider runt varandra, men de håller fortfarande ihop. Isbiten blir flytande vatten. Det händer vid vattnets smältpunkt (O C). Om vi fortsätter värma vattnet rör sig vattenmolekylerna ännu snabbare. Till slut håller de inte ihop alls utan varje molekyl blir ensam och sticker iväg åt sitt eget håll. Det flytande vattnet blir en gas, som kallas vattenånga. Det börjar hända vid +100 C. När vi fortsätter värma till +110 C händer det inget annat än att vattenmolekylerna fortfarande är ensamma. Värme är rörelse hos molekylerna.
6. Kemiska formler En molekylformel beskriver molekylen. Ett praktiskt sätt att beskriva en molekyl är att skriva en molekylformel. Då använder man de kemiska tecknen för att tala om vuka atomer som finns i molekylen och hur många de är. Vi tar väte som exempel. I vätgas finns inga ensamma väteatomer. IstäUet sitter väteatomema ihop tyå och tra i raolekylei:. Tecknet för en väteatom är H. För att visa att det är två atomer som sitter ihop skriver vi en liten tvåa snett nedanför till höger om H. Molekylfon-neki för väte är autså F-4. På liknande sätt blic molekylformeln för syre O^ och för svavel Sg. Om vi viu tala om att vi har flera likadana molekyler, tiu exempel tre vätemolekyler, sättet vi en trea före molekylformeln. Vi skriver autså ^H^. Om det inte står någon siffra äus framför molekylen betyder det att det bara finns en sån molekyl. Väte, syre och svavel är grundämnen men vi kan naturligtvis skciva molekylformler för kemiska föreningar också. I en vattenmolekyl finns det två väteatomer och en syreatom. Molekylformeln skrivs därför H^O. Eftersom det bara finns en syreatom i molekylen behöver vi inte skriva någon siffra för den. Det af inte så lätt att veta att H^ ska stå före O. Det finns särskilda regler för ordningen på atomslagen i en molekylformel men de behöver du inte lära dig. Däremot kommer du att få lära dig hur några vanliga molekyler skrivs. >'»tni.»!<tl.t^iijiiakh.»..^lr]ilf*a!'^)ilfrti»»w*>t För att beskriva en kemisk reaktion kan vi skriva en reaktions formel. Den ser nästan ut som en ekvation i måtten. Till vänster skriver vi molekylformlerna för de ämnen som fmns från början. Sedan ritar vi en pil som visar att det blir en kemisk reaktion. Efter pilen skriver vi formlerna för de ämnen som bildas vid reaktionen. Så här ser tul exempel reaktions formeki ut när det bildas vatten ur vätgas och syrgas. 2H-. + o. 2H^O 00
När man har skrivit en reakrionsformel ska man alltid kontrollera att det finns lika många atomer före och efter pilen. Inga atomer kan ju försvinna och inga nya kan bildas. Om vi rakar i bilden här ovanför ser vi att det är 4 väteatomei och 2 syreatomer före pilen och exakt lika många efter. Formehi stämtner alltså. 6. 1. Begrepp molekylformel reaktionsfonnel Med en molekylfot mel kan vi visa vilka atomslag som finns i en molekyl, och hur många atomer det finns av varje atomslag. Med en reaktions formel kan vi visa vad som händer i en kemisk reaktion. Vi använder reaktionsfoanler för att tala om vilka ämnen som fanns före reaktionen och vilka ämnen som bildades i reaktionen. 6. 2. Exempelfrågor Fråga Vad betyder siffran 2 i molekylformeki för syre. O;? Vad betyder siffran 3 i 3 H^O? Skriv molekylformlerna för väte och syre? Hur ser reaktions formehi ut när syrgas och vätgas bildar vatten? Förklara, de olika delarna av formeln. Svar Siffran 2 i O'talat om att det fmns 2 syreatomet i sytemolekylen. Sif&an 3 i 3 H.O betyder att det finns 3 vattenmolekyler. Molekylformeln för väte ar Hz och för syre O;. 2 H. + Os-» 2 H'0. Från början har man två vätemolekyler och en syremolekyl (till vänster om pilen). De tas isär och byggs om till två vattenmolekyler (till höger om pilen).
7. Atomens delar Demokritos hittade på namnet atom från grekiskans odelbar. Men atomen ät inte odelbar utan består av mindre delar, nämligen protoner, elektroner och neutroner. I mitten av atla atomer fmns en atomkäma. I den finns protoner och neutroner. Det är antalet protoner som bestämmer vilket atomslag atomen tillhör. En väteatom har aurid en enda proton, en heuumatom har två. En syreatom har åtta protoner och en järnatom 26. Runt atomkärnan kretsar små patriklar i mycket hög hastighet. Dessa kallas elektroner. Det är elektotonema som gör att det över huvud taget kan bli bindningar mellan atomer och att det kan ske kemiska reaktioner. Protoner och elektroner (men inte neutroner) har elektrisk laddning. Protonema är positivt laddade (+) och elektronerna negativt laddade (-). Partiklar med olika laddning dras till varandra medan partiklar med samma laddning stöter bort varandra. Det gör att elektronerna hålls kvar runt kärnan. Men eftersom de har så hög hastighet kan de fakuskt aldrig dras in i atomkärnan. En atom har lika många protoner och elektroner och har därför lika många plus- och minusladdningar. Det gör att laddningarna tar ut varandra och atomen som helhet är elektriskt neutcal (oladdad). Neutronerna finns tillsammans med protonerna i atomtärnan. De behövs för att atomkärnan ska håua ihop. De positivt laddade protonerna bestämmer ensamma vilket atomslag atomen dllhöt men om vi bara hade protoner i atomkärnan skulle deras positiva laddningar göra att de stötte bort varandra och atomkäman splittrades. Genom att "blanda upp" protonema med neutroner undviker naturen att ätomkärnoma går sönder. <? ^t \ Vdle Deuteiiuiii Tiitiuin Atomer av samma atomslag kan innehålla olika många neutroner. Atomslaget bestäms ju enbart av antalet protoner så om det finns olika många neutroner så är det fortfarande samma ämne. Vi tar väte som exempel. Vanligt väte har en kärna med en proton och inga neutroner. Det fmns andra, mer ovanliga, varianter av väte som har en eller två neutroner i kärnan. En väteatomer med en neutron kallas deuterium och med h'å neutroner kallas den tritium. Vi säger att de tre olika tj-perna av väteatomer är olika isotoper av väte. Ordet isotop kommer från grekiskan och betyder "samma plats". Alla de tre isotoperna av väte har en enda proton och därför fmns de på samma plats i periodiska systemet, Alla väteisotoper har också en enda elektron. Därför fungerar de likadant i kemiska teaktioner. Det är ju elektronerna som avgör hur ett atomslag reagerar. På Uknande sätt finns det flera olika isotoper av andra atomslag. Kanske har du hört talas om Kol-14-metoden för att åldersbestämma mycket gamla saker. Kol-14 är en isotop av kol med 8 neutroner i kärnan.
För att en atomkärna ska vara stabil och haua ihop måste den innehålla lagom många neutroner. Om en isotop av ett ämne har "fel" antal neutroner är atomkärnan Inte stabil utan kan falla sönder. En isotop som kan falla sönder av sig själv kallas radioaktiv. När den faller sönder skickar den ut olika sorters strålning. Strålningen ftån radioaktiva ämnen är skadlig för människroppen. Den är väldigt energirik och kan därför slita sönder viktiva molekyler i levande celler, till exempel DNA-molekyler l vår arvsmassa. Det kan bland annat leda du cancer. Men stråkung kan också användas tiu att bota. Radioaktiva isotoper används för att behandla cancer. Samma egenskap som är skadlig används här men då för att skada cancercellerna. Hur listade man då ut att atomen är uppbyggd av protoner, neutroner och elektroner? Det fanns många teorier men 1909 gjorde den engelske kemisten Ernest Rutherford (se atomnr 104) ett viktigt experiment. Han prövade att skicka en stråle av positiva partiklar mot en mycket tunn guldfoue. De flesta partiklarna åkte rätt igenom folien, det mesta av en atoms volym består av tomrummet mellan kärna och elektroner. Men några få partiklar studsade tiubaka från guldfolien. Rutherford gissade då att det måste fmnas en liten positiv kärna i mitten av guldatomerna. Om hans stråle kom rakt emot en guldatomkärna så studsade den tillbaka. Men de allra flesta pattimama hamnade mellan atomkärnan och elektroneiiia och kunde åka rätt igenom. Rutherford drog slutsatsen att elektconema måste vara mycket små och röra sig runt kärnan. Modellen förbättrades några år senare av Rutherfords elev, dansken Niels Bohr. Båda fick Nobelpriset för sina upptäckter. proton 7. 1. Begrepp Protoner är en av de partiklar som atomer är uppbyggda av. Protonerna finns i atomkärnan, i mitten av atomerna. Det är antalet protoner som bestämmer vilket atomslag det är. TiU exempel har alla väteatomer en proton och aua syreatomer har åtta protoner. Protoner är positivt laddade. Elektroner är en av de partiklar som atomer är uppbyggda av. Elektronerna kretsar runt atomkärnan med hög hastighet. Elektronerna är negativt laddade. En atom har auud lika många elekbironer och protoner. Därför är hela atomen oladdad (neutral). Det är elektronerna som gör att det kan bli bindningar mellan atomer och att det kan bli kemiska reaktioner. Neutroner är oladdade partildar som fmns i de flesta atomkärnor. Neutronerna har ingen betydelse för bindningar och kemiska reaktioner. Men de behövs för att hålla ihop atomkäman. De gör att de plusladdade protonerna inte stöter bort varandra. elektron neutron atomkäma isotop radioaktiv Atomkäma är en del av en atom, som finns mitt inne i atomen. Det är i atomkäman som protonerna och neutconerna finns. Isotoper är olika varianter av ett atomslag, med olika många neutroner. Ett exempel är de tre olika isotoperna av väte. I vanligt väte finns det ingen neutron i atomkäman. I deuterium finns det en neuuon, och i tritium finns det två neutroner. Att en isotop är radioaktiv betyder att den kan falla sönder och skicka ut strålning. Anledningen är att isotopen innehåller "fel" antal neutroner, så att atomkäman inte kan håua ihop hur länge som helst. Sttålningen från radioaktiva ämnen är skadlig. Den är väldigt energirik och kan därför slita sönder viktiga molekyler i levande celler, till exempel DNA-molekyler. Det kan bland annat leda till cancer.
7. 2. Exempelfrågor Ftåea Beskriv hur en atom är uppbyggd Vad är det som bestämmer vilket atomsla^ en atom tillhör? Varför är en atom neutral (oladdad)? Rutherford skapade sin atommodell utan att kunna se vare sig protonet eller elektroner. Berätta hur han bar sig åt. Rita ;ärna en skiss som visar vad som hände. Vilken uppgift har neutronerna l atomkäman? Varför är sttåkungen från radioaktiva ämnen farlig? Hur kan man använda strålning frå radioaktiva ämnen för att behandla cancer? Svar I atomkäman finns protonet och neutroner. Ptotonema har positiv laddning medan neutronerna saknar laddning (är neutrala). Elekttonema har negativ laddning och kretsar runt atomkärnan med hög hastighet. Det är antalet protoner som bestämmer vilket atomslag det är. En atom har alltid lika många protoner och elektroner. Därföt tar de positiva och negativa laddningarna ut varandra, så ätt hela atomen blir oladdad (neutral). Rutherford prövade att skicka en sttåk av positiva paiämar mot en mycket tunn folie av guld. De flesta partiklarna åkte tätt igenom folien, men några studsade tillbaka. För att kunna förklara det gissade Rutherford att det fanns en liten positiv kärna i mitten av guldatomerna. Om en partikel från hans stråle kom rakt emot en guldatomkäma, så studsade den tillbaka. Men de auiä flesta partiklarna hämnade mellan atomkärnan och elektronerna och kunde åka rätt igenom. Rutherford drog slutsatsen att elektronerna måste vara mycket små och röra sig runt kärnan. Neutronerna behövs för att hålla ihop atomkärnan. De gör att de plusladdade protonema mte stöter bort varandra. Stråkiingea ät farlig därför att den kan slita sönder viktiga molekyler i levande ceuer, till exempel DNA-molekyler. Det kan leda tiu cancer. Eftersom sttåkiingen kan skada och döda ceuer, kan den även döda cancerceuer. Men det gäller att se till att den bara dödar cancercellerna och inte andra celler.
8. Periodiska systemet Under 1800-talet började kemisterna förstå skillnaden meuan grundämnen och kemiska föreningar. De lärde sig mer och mer om atomer och insåg så småningom att varje grundämne består av ett enda slags atomer. Men det finns ju så många olika grundämnen - hur skuue kemisterna håua reda på aua? Många försökte ordna grundämnena i något slags mönster, men de fick det aldrig att fungera perfekt. En kväll i februari år 1869 satt den tyske kemiprofessorn Dimitrij Mendelejev (se nr 101) och skrev en lärobok. Han tänkte att det kanske skulle vara lättare att lära ut grundämnena om man delade in dem i grupper. Han skrev upp alla kända grundämnen på små kort. Sedan böljade han placera ut korten i ordning eftet hur tunga atomerna var. PlötsUgt gjorde han en upptäckt Om han lade korten i ett slags rutmönstet, hamnade ämnen med liknande egenskaper rakt under varandra. Mendelejev hade skapat det periodiska systemet. Det periodiska systemet ät en tabell över aua grundämnen och atomslag. Varje atomslag har ett nummer. Det kallas för atomnummer och talar om hur många protoner atomslaget har. Väte är det enklaste atomslaget och har bara en proton. Därför har det atomnummer l och kommer först i det periodiska systemet. Sedan har varje nytt atomslag en proton mer än atomslaget innan. De vågräta raderna i systemet kauas perioder och de lodräta för grupper. Grundämnen i samma grupp har Uknande egenskaper. Ett exempel är grupp 18 - ädelgaserna. Där finns bland annat heuum (He) och neon (Ne). Ädelgaserna vill inte bilda föreningar med andra atomer. IstäUet viu varje atom vara för sig själv. Den egenskapen gäller för alla ämnen l ädelgasgruppen. /^ e- /,' <- \ e- M \. \ K '_ e- \ < l 8-./. ' '" '"" / Elektronerna finns i skal. De rör sig Inte hur sotn helst runt atomkärnan utan istäuet finns de på bestämda nivåer utanför kärnan. Nivåerna kallas för elektionskal. AUa skal har plats för mer än en elektron. I det innersta skalet (kauas för k-skalet) får det bara plats två elektroner. I de andra skalen, som ligger längre ut ftån kärnan, finns det plats för fler. Lite förenklat kan man säga att skalen har plats för åtta elekttonet var. Om vi tittar i det priodiska systemet ser vi att atomerna får fler och fler elektroner ju högre atomnummer de har. Först fylls det mnersta skalet på. Nör det är fuut hamna elektronerna i det andra skalet, sedan i det tredje skalet och så vidare. Adelgaserna har fulla elekttonskal. Det kan hjälpa oss att förklara ädelgasernas egenskaper. Det som är gemensamt för alla atomslag i ädelgasgnippen ar nämligen att de har helt fuua elektronskal. Helium finns högst upp i gruppen och har atomnummer 2. Heliumatomen har alltså hrå protoner och tvsi elektroner. Det betyder att det första skalet är fullt. Neon har atomnummer 10 och alltså tio protoner och rio elektroner. Två av elektronerna finns i det första elcktronskalet
och åtta i det andra skalet. Båda skalen är alltså fuua, Om vi fortsätter nedåt i gruppen visar det sig att argon har tre fulla skal, krypton har fyra och så vidate. Det går alltså att förkhta egenskaperna hos ädelgasema - grupp 18 med hjälp av elektronskalen, men gåt det ätt göra samma sak med atomslagen i grupp 17 (kallas halogener)? Högst upp l gruppen finns atomslaget fluor. Fluor har atomnummet 9 och autså nio protoner och nio elektroner. Två av elektronerna finns i det första skalet och de andra sju i det andra skalet. Mn i det andra skalet finns det plats för åtta elekttonet. AUtså är det inte rikugt fullt. Det yttersta skalet på en atom kallas valensskalet och de elektroner som finns där kallas valenselektroner. Om vi räknar efter ser vi att de andra atomslagen i den här gruppen också hat sju valenselekttoner. Det är det som gör att de har liknande egenskaper. På samma sätt är det med de övriga gmppema i det periodiska systemet. Varje grupp har ett visst antal valenselektroner. fal exempel har atomerna i grupp l en valenselektton och de i grupp 2 har två. Halogenerna i grupp 17 reagerar väldigt lätt med många andra ämenen. Nät halogenerna är l sm grundämnesform är de giftiga. Alla grundämnen i gmpp l (utom väte) är metaller. De kallas alkalimetaller. Liriuim, nattium och kalium är några exempel. AlkalimetaUerna reagerat också mycket lätt med anra ämnen. När de reagerat med vatten bitr det en exposion. 8. 1. Begrepp periodiska systemet atomnummer period grupp ädelgasei elektronskal valensskal valenselektronet halogener alkalimetallet atomslag grundämne Periodiska systemet är en tabell över aua grundämnen och atomslag. De är ordnade efter hur tunga atomerna är och vilka egenskaper grundämnena har. Det var den ryske kemisten Mendelejev som skapade periodiska systemet på 1800-talet. Atomnummer är det nummer som varje atomslag har. Det talar om hur många protonet det finns i atomen. En period är en vågrät rad i det periodiska systemet. En grupp är en lodrät kolumn l det periodiska systemet. Grundämnen i samma grupp har liknande egenskaper. Ädelgaserna är en grupp l det periodiska systemet (grupp 18). Där finns bland annat helium och neon. Grundämnena i den gruppen vifl inte buda föreningar med andra atomer. Istället vill varje atom vara för sig själv. Ädeleasatomema har alldd fulla valensskal. Elektronskal är de olika nivåer utanför atomkärnan där elektronerna kan finnas. I det innersta skalet fat det bara plats två elektroner. I de andra skälen kan man säga att det får plats åtta i varje skal. Valensskalet är det yttersta elekttonskalet i en atom. Valenselektroner är de elektroner som finns i valensskalet, alltså i atomens yttersta elektronskal. Halogener är en grupp i det periodiska systemet (grupp 17). Där finns bland annat fluor och klor. Halogenatomerna reagerar väldigt lätt med andra ämnen. Nät halogenema är i sin grundämnesform är de giftiga. AlkaUmetaller är en grupp i det periodiska systemet (grupp l, utom väte). Där finns bland annat natrium och kalium. AlkaUmetaller reagerar mycket lätt med andra ämnen. När de reagerar med vatten blir det en explosion. Ett atomslag ät en bestämd sorts atomer, till exempel svavelatomer eller syreatomer. Ett grundämne är ett ämne som bara innehåuer ett enda atomslag, ull exempel svavel euer sytgas. Ibland använder kemisterna ordet grundämne även nät de menar atomslag.
8.2. Exempelfrågor Fråga Vem. skapade det periodiska systemet? Förklara varför ämnen som tillhör samma grupp l periodiska systemet har liknande egenskaper Skriv ner några grundämnen du känner tiu. Leta upp dem l periodiska systemet och anteckna deras kemiska tecken och atomnummer. Atomslagen i en grupp har lika många valenselektroner. Vad har atomslagen i en period gemensamt? Svar Det var den ryske kemisten Dimitrij Mendelejev som skapade det periodiska systemet år 1869. Alla gmndämnen som står i samma grupp har lika många valenselektroner, alltså Uka många elektroner i sitt yttersta skal. Det är därför de har liknande egenskaper. Här finns det inget bestämt facit. Du hittar mformadon i det periodiska systemet. Det har svaret står inte uttryckligen i tenxten, men du kan Usta ut det med hjälp av det som du har lärt dig. Det som atomslagen i en period har gemensamt är att de hat samma nummer på sitt valensskal. I period nummer l är det första (innersta) elektronskalet valensskalet. I period nummer 2 är det andra elektronskalet valensskal och så \7idare.
^ 12. Blandningar Det finns BllEa'WrtÉiS'blagdomma:, men äua blandningar umehåller flera glika ämnen -^tatu --^B- TT^^SS"^^-^^, ^sssvs-. i. P^^T^^^N'!'.. ^^. o. ;-^.^,-^^.^i. '-^a'?^^*y.. -.A4^* fea. ;_K. [laobkkätoteiitagai eller grundänäiég.f Ett rent äniue ai: däi-éihot bäi^e^es/ä^.agui^ '^ Blandningar kan se ut på mänga olika sätt och vilken sorts blandning vi får beror dels på hur stora bitar ämenna är uppdelade i, dels på hur bra ämnena trivs tillsammans. Om du blandar.ftigs''" sand och vatten l en hink och röt om finns det först sandkorn överallt i vattnet. De löser sig aldrig utan fauer ganska snart ner till botten. Det här ss. ett exempel på en uppslamning. I en uppslamning är bitar av ett fast ämne blandade med en vätska. Men vätskan och de fasta bitarna skiljs alldd åt efter ett tag. Ibland gal det fort, ibland tar det längre tid. Sandkornen är uppbyggda av joner och de håller ihop så starkt att vattnet inte kan ta sig in mellan dem och dra isär dem. Så fungerar det i alla uppslanmingar. Ett annat exempel på en uppskmning är välling. Den består av små kom av stärkelse, som ät uppsktiu-nade i vatten. Stärkelse är det viktigaste ämnet i mjöl. Fastän kornen är små finns det många miljoner stälkelsemolekyler i varje kom, och vattnet kan inte dra isär dem. Det uppslanunade ämnet behöver inte vara ett fast ämne utan kan vara en vätska. Då kallat vi inte blandningen för en uppslamning utan för en emulsion. Om du häller lite matolja i vatten lägger sig oljan ovanpå vattnet. Men om du vispar om ordentligt kan du få en grumlig blandning med små oljedroppar i vattnet. Det är emulsion. Hudkrämet och smink är oftast emulsioner av olp och vatten. Nät du lägger socker i te och rör om ser det ut som om sockret försvinner. Men det gör det inte. Du kan känna att blandningen smakar sött. Blandningen av sockel och te kallas för en lösning. Den är genomskinlig därför ätt sockret har delats upp i ensamma sockennolekylet. De är för små för att synas. Dessutom är varje sockermolekyl inbäddad i vattenmolekyler, så att sockret blii som en del av vätskan. I alla lösningar är de lösta småbitarna enstaka molekyler eller joner. Därför syns de inte. Men även om lösningar är genomskinliga kan de ha olika färger, som till exempel brunt te euei röd jordgubbssaft. Namn Man blandar....l Egenskaper Uppslamning ett fast ämne i ett flytande ämne Det fasta ämnet syns tydligt och skiljer sig från det flytande till slut. Det kan ta lång eller kortad Etnulsion ett flytande ämne i ett flytande ämne De blandade änuiena syns båda men skiljer sig till slut. Det kan ta lång eller kort rid Lösning Ett fast, flytande ämne euer en gas i ett flytande ämne Det inblandade ämnet delar upp sig i molekyler euet joner och löser sig i lösningsmedlet och syns inte längre. En losrung kan vara stabil väldigt länge
Det är ganska vanligt att ta två teskedar socker i en kopp te. Om man häller i mer, märket man så småningom att sockret inte löser sig längre. I stället lägger det sig i en hög på botten av koppen. Teet kan liksom UtspMil iösvas KoRserStwad hsniny ViSaittwrinij inte ta hand om mer socker. Vi säger att lösningen är mättad. En lösning som inte är mättad kallar vi för en omättad lösning. Det är svårare att lösa socker i kallt te än i varmt. Den kalla lösningen blir mättad redan efter ganska Ute socker. Det beror på att varm vätska kan lösa mer av ett fast ämne än vad kall vätska kan. Vi säger att lösligheten ökar näi vätskan blil varmare. När du löser upp socker i vatten fungerar vattnet som lösningsmedel. Det betyder att vattnet kan bryta loss sockermolekyler så att de blandas helt och hållet med vattenmolekylema. Många lösningar är vattenlösningar men vatten kan inte lösa upp alla ämnen. När vi talat om lösningsmedel du vardags menar vi oftast organiska lösningsmedel - vätskoi som aceton och lackaafta. De är speciellt bra på att lösa upp feta ämnen. Den typen av lösningsmedel luktar starkt och är ofta giftiga. Därföt måste du alltid ha bra venrilaäon när du använder dem. Samma sak gäller för blandningar där de ingår, tffl exempel målarfärg, aagellack och starka rengöringsmedel. Saltvattoet i våra hav är den vanligaste lösningen på jorden. Det består riu största delen av vatten och koksalt. Om du badar i havet och sedan soltorkar får du kvar ett tunnt läger salt på huden. Koksalt är en jonförening som är sammansätt av natriumjonei och kloridjoner. När saltet loset sig i vatten, delas det upp i joner och varje jon omges av vattenmolekyler. En del av det koksalt som vi använder i maten kommer &ån havet. Man leder in havsvattnet i grunda utomhusbassänget och låter vattnet avdunsta i solen. Då blir bara saltet kvar. Det är inte bara fasta ämnen som kan lösa sig. I vin är vätskan alkohol löst i vatten, och i läsk är det gasen koldioxid som är löst. I vattnet i sjöai, hav och älvar finns det löst syrgas. Det är den som gör att fiskar och andra vattendjut kan andas. Fasta ämnen och vätskor löser sig bättre u varmare det är. Men med gaser är det tvärtom. De loset sig sämre när det bin varmare. Vi säger att lösligheten för en gas minskar när vätskan blir varmare. Det är därför det blir små bubblor när du värmer vatten på spisen, långt innan det börjat koka. En del av det lösta syret i vattnet får inte plats när vattnet blir varmare. I stället samlas syiemolekylema i bubblor, som sdgei upp till ytan eller sättet sig på insidan av kastrullen. 12.1. Begrepp rent ämne upps lämning emulsion lösning mättad lösning omättad lösning Ett rent ämne är ett ämne som består av ett grundämne eller en enda kemisk förening. Enuppslamnmg är en blandning av bitar av ett fast ämne och en vätska, där det fasta ämnet faller riu botten efter en stund. Sandkorn som rörts om med vatten är ett exempel på en uppslammng. Enemuisionär en blandning av två vätskor där den ena vätskan lägger sig ovanpå den andra efter en stund. En hopvispad blandning av matolja och vatten är ett exempel på en emulsion. Hudktämer och smink är ofta emulsioner. En lösning är en blandning där de lösta småbitarna ar enstaka molekyler eller joner. Det lösta ämnet kan vara ett fast ämne, en vätska ellet en gas. Näi det inte går att lösa mer av ett ämne är lösningen mättad. Nät det går att lösa mer av ett ämne är lösningen omättad.