KEMI Direkt
Kapitel Fokus på 5 Atommodell Elementarpartiklar – proton, neutron och elektron Atomer, joner och kemiska reaktioner Atomnummer och atommassa Elektronskal och valenselektroner Isotop Periodiska systemet – period och grupp Metaller, icke-metaller och halvmetaller Alkalimetaller, halogener och ädelgaser 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. 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. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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? KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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 KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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 KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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, m agnet, 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? KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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: ProvrörInnehåll 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 2 345 • Undersök provrören efter 2–3 dagar. Vilka har rostat och vilka har inte gjort det? Kan du förklara resultaten i de olika provrören? KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 382 5.6 Framställ koppar Du behöver: Kopparoxid, kolpulver, bägare, provrör (pyrex), p rovrörshållare, 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. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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 magnesiumatomen 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? KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 384 Stark syra Svag syra 5.12 Hur ändras pH när en syra späds med vatten? Du behöver: En sur lösning, bägare och pH-papper. • 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 Utspädd syra Syror och baser 5.13 Vad har syror gemensamt? Du behöver: Provrör, saltsyra, salpetersyra, svavelsyra, ä ttiksyra, 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 pekfingret – 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 H+ HCl Cl– Salpetersyra 5.14 Undersök rengöringsmedel Du behöver: Maskindiskmedel, handdiskmedel, Ajax, tvättmedel och skyddsglasögon. HNO3 H+ NO3– • Mät pH på några olika rengöringsmedel. Var försiktig med Svavelsyra maskindiskmedlet; 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? KEMIH SO Direkt 2 4 ©Sanoma Utbildning och författarna 2H+ SO42– 5 Atomer, joner... 385 • 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 undersökningar 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 hydroxid jonen 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, OH– KOH tratt, filtrerpapper, glasskål K+ och skyddsglasögon. • 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)2 Ca2+ 2OH– • 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. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 386 ➢5.17 Gör din egen läsk Du behöver: Koldioxid från gastub, bägare, smakämne till e xempel 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, a mmoniumklorid 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. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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 svårlösligt salt. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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, k alciumklorid, 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? KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 390 Kommentarer till laborationer Metaller 5.1 Kol – en mittfältare Pinnarna i kulmodellerna representerar molekylbindningar (elektronparbindningar, kovalenta bindningar). Säkerhet Riskfritt KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 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 Fe2+ 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. Fe2+-jonerna oxideras vidare av luftens syre till Fe3+. 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 · nH2O. 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 Cu2O (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 Cu2O 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 + CO2(g) Eftersom koldioxiden avgår som gas återstår endast kopparen efter reaktionen. Säkerhet Risk att bränna sig. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 393 5.7 Framställ järn Järnoxid finns i olika former: FeO (svart), Fe2O3 (hematit, röd) och Fe3O4 (magnetit, svart). FeO antänds lätt och kan ge dammexplosioner. Hematit kallas även engelskt rött och används om pigment i till exempel läppstift. Det är hematit som ger Falu rödfärg dess kulör. Pigmentet framställs genom upphettning av järnsulfat som finns i slagghögar av kopparfattig malm, rester från kopparframställningen en gång i tiden i Falun. Magnetit är som namnet antyder magnetiskt och är den malm som bryts i Malmberget och i Kiruna. Järnoxid kan, på samma sätt som kopparoxid, reduceras till järn om den upphettas tillsamman med kol i reaktionen 2 FeO + C — > 2 Fe + CO2(g) Efter reaktionen återstår järn när koldioxiden avgått som gas. Säkerhet Risk att bränna sig. ➢5.8 Aluminiumtest Aluminium är en oädel metall som lätt löses upp av syra under vätgasutveckling: 2 Al + 6 HCl — > 2 Al3+ + 6 Cl + 3 H2(g) – Aluminiumjoner i lösning bildar komplex med hydroxid. Beroende på tillgången på hydroxidjoner kan en rad olika komplex bildas. pH-värdet i tabellen anger när halten av komplexet är som störst: Al3+ pH < 4 Al(OH)3+ pH 5,0 Al(OH)22+ pH 5,8 Al(OH)3(s) pH 6,3 Al(OH)22+ pH > 7 Lösligheten är lägst när komplexet är oladdat, vilket är Al(OH)3(s) kring pH 6,3. Aluminium är ett problem i samband med försurningen av naturen som leder till att aluminiumjoner lakas ur marken. När jonerna sedan hamnar i en miljö kring pH 6–7, så faller aluminiumhydroxid ut i form av en gel som kan täppa till de fina rothåren på växter och gälarna hos fiskar. Tillsatsen av salmiak (NH4Cl) neutraliserar hydroxiden, så att pH sänks och Al(OH)3(s) åter fälls ut. Säkerhet Risk för stänk av frätande natriumhydroxid. Använd skyddsglasögon. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 394 ➢ 5.9 Framställ silver Silveroxid, Ag2O, smälter vid några hundra grader Celsius och sönderdelas då till silver och syrgas. Att det sker så lätt är ett tecken på att bindningarna mellan silver och syre inte är så starka. Silver är inte heller något typiskt salt, utan bindningen har stort kovalent inslag. Silveroxid används i silveroxid-zinkbatterier. Där nyttjas energin som avges när silveroxid reduceras till silver av zink i en elektrolyt med KOH eller NaOH. Säkerhet Risk att bränna sig. Joner 5.10 Magnesiumoxid är en jonförening Magnesiumatomen har två valenselektroner som avges till syret. Både magnesiumet och syret får ädelgasstruktur. Både Mg2+ och O2– har samma antal elektroner som neon. Reaktionen kan skrivas Mg + O → Mg2+ + O2–. Jonerna bildar saltet Mg2+ + O2– eller helt enkelt MgO. På ett förenklat sätt kan reaktionen sammanfattas Mg + O → MgO. En mer korrekt formel tar hänsyn till att syrgasen är tvåatomig och reaktionsformeln blir därför Mg + ½O2 → MgO eller 2 Mg + O2 → 2 MgO Säkerhet Risk att bränna sig. Uppmana eleverna att inte titta in i lågan eftersom det kan skada synen. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 395 Syror och baser 5.11 Har du sur andedräkt? Vanligt kranvatten är svagt basiskt. Därför blir vattnet blått när BTB tillsätts. När man blåser utandningsluft genom lösningen löser sig koldioxiden och följande reaktioner sker: CO2 (g) + H2O (l) —>H2CO3 (aq) H2CO3 + H2O (l) —> H3O+ + HCO3– Oxoniumjonerna, H3O+, i den andra reaktionsformeln färgar BTB gul. Enligt dricksvattenkungörelsen ska pH-värdet i kommunalt dricksvatten ligga mellan 7,5 och 9. Om surt vatten släpps ut i ledningarna leder kan det leda till korrosionsproblem med angrepp på cementrör och metaller som zink, koppar och bly kan lösas ut. Ett lågt pH-värde ger också vattnet en ”sur” smak på grund av löst koldioxid (kolsyra). pH kan höjas i vattenverket genom tillsatser av små mängder natriumhydroxid eller kalk. Säkerhet Riskfritt 5.12 Hur ändras pH när en syra späds med vatten? pH anger halten vätejoner i en vattenlösning. Höga halter av vätejoner motsvarar låga pH-värden. Vid spädning 2 ggr av syran ökar pH med 0,3 enheter, och spädning 10 ggr ger ökning av pH med 1 steg. Säkerhet Risk för stänk i ögonen och på kläder av stark syra, men den görs lämpligen relativt utspädd. 5.13 Vad har syror gemensamt? När vi talar om syrornas egenskaper, så handlar det mest om vätejonerna som bildas i vattenlösningar. Den syrliga smaken, den gula färgen hos BTB och vätgasutvecklingen med magnesium är alla resultat av kemiska reaktioner där vätejonen är aktiv. Även syralösningens elektriska ledningsförmåga beror till största delen på vätejonerna, som är mycket lättrörliga i vatten. Till jonledningen bidrar även den negativa jonen som återstår när syran avgivit sin vätejon till vattnet. Ska man vara riktigt noga är det inte fria vätjoner i vattnet, utan oxoniumjoner, H3O+, som bildas när en vätejon tas upp av en vattenmolekyl. Säkerhet Risk för stänk i ögonen och på kläder av starka syror, men de görs lämpligen relativt utspädda. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 396 5.14 Undersök rengöringsmedel Många kraftiga rengöringsmedel har ett högt pH. pH ligger i allmänhet mellan 11–13. Ammoniak är en vanlig ingrediens. Starka baser angriper fetter så att de förtvålas och kan sköljas bort. Starka baser är också frätande och förpackningarna är därför märkta med farosymbolen för frätande. Svagare rengöringsmedel kan vara märkta med symbolen för hälsoskadlig/irriterande. Handdiskmedlen måste vara skonsamma mot händerna och får därför inte ha för högt pH. Maskindiskmedel är däremot gjorda för att vara så effektiva som möjligt och har därför högre pH. Säkerhet Risk för stänk i ögonen och på kläder av basiska ämnen. 5.15 Undersök några baser Alla baserna ger blå färg med BTB vilket betyder att pH ligger över 7. I Samarin finns en blandning av svaga baser och syror som dock sammanlagt ligger på den basiska sidan. Kalkvatten är en lösning av kalciumhydroxid i vatten. Lösligheten är låg varför pH inte blir lika högt som i natriumhydroxid. Ammoniak är en gas, en relativt svag bas som är lättlöslig i vatten. Alla basiska lösningar leder ström, men om basen är svag eller lösningen utspädd kan ledningsförmågan vara låg. Alla bäst leder natriumhydroxidlösningen. Ett kännetecken på basiska lösningar är att de känns hala. Den hala känslan beror till stor del på att basen bildar tvål tillsammans med hudens fetter. Sammanfattningsvis gäller att baser i vattenlösning känns igen på att de färgar BTB blå, känns hala och leder ström. – Det är hydroxidjonen, OH , som ger den basiska lösningen dess egenskaper. I vissa basiska ämnen, till exempel natriumhydroxid, finns hydroxidjonerna i själva ämnet. För andra baser, till exempel ammoniak, bildas hydroxidjonerna först när basen löser sig i vattnet. Säkerhet Risk för stänk i ögonen och på kläder av basiska ämnen. Risk för chockartad luktupplevelse av ammoniak. 5.16 Blanda en syra och en bas Saltsyra är en stark syra och natriumhydroxid en stark bas. Därmed är båda ämnen mycket reaktiva. Vid reaktionen mellan dem förloras mycket energi. Det ämne som bildas, natriumklorid, är därför energifattigt och mycket stabilt. För att få ren natriumklorid måste mängderna (antal mol) syra och bas vara precis lika stora. Reaktionen mellan syra och bas kallas neutralisation. När koksalt bildas blir resultatet faktiskt neutralt med pH 7. Begreppet neutralisation får dock inte tolkas så att reaktionsprodukten har neutralt pH, utan den är själva principen att syra och bas förbrukar varandra som avses. Till exempel ger neutralisation av natriumhydroxid med ättiksyra saltet natriumacetat, som har basisk reaktion. I experimentet kan 0,1 mol dm–3 vara en lämplig koncentration för HCl och NaOH. Det är viktigt att BTB verkligen blir grön. I annat fall innehåller lös- KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 397 ningen rester av syra eller bas. Aktivt kol binder organiska ämnen som BTB, men inte salter. Tillsatsen av aktivt kol med följande filtrering är därmed en effektiv metod att rena saltlösningen. Säkerhet Risk för stänk av hydroxid eller syra ögonen och på kläder. Lösningarna är dock utspädda. ➢5.17 Gör din egen läsk Koldioxiden löser sig i vattnet och bildar kolsyra. Läskedrycksfabrikanterna tillsätter koldioxiden under högt tryck vilket gör att större mängder koldioxid löser sig i vattnet. Ett annat sätt att få kolsyra i läsken är att tillsätta bikarbonat och lagom mycket syra, lämpligen citronsyra. Citronsyran avger vätejoner till bikarbonatet som då bildar kolsyra. Man kan bereda en färdig blandning av bikarbonat, citronsyra och socker (gärna fruktsocker eller druvsocker) som man förvarar i en försluten plastpåse så att den inte tar upp fukt. Vid behov löser man blandningen i vatten för att få en sportdryck. Säkerhet Liten risk. ➢5.18 Utspädning Enligt definitionen(*) är pH = –log [H+] <–– [H+] = 10–pH. Omsatt i ord betyder det att varje pH-steg motsvarar en ökning eller minskning med 10 gånger av halten vätejoner i lösningen. Denna definition är bra när man ska ange de väldigt olika surhetsgrader som man stöter på i naturen och på labb. Dessutom ger pH-elektroder (glaselektroder) en signal som varierar som pH-värdet snarare än vätejonhalten, vilket är praktiskt. En spädning av en stark syra till det dubbla ger enligt formeln ovan en pHökning med 0,3 enheter. På motsvarande sätt får man en minskning med 0,3 pH-enheter när man späder en stark bas till dubbla volymen. (Svaga syror och baser ändrar inte sitt pH lika mycket vid spädning vilket beror på att jämvikten med vattnet förskjuts). (*) En strikt vetenskaplig definition baseras på ”aktiviteten” hos jonerna i stället för koncentrationen. Säkerhet Risk för syrastänk i ögonen och på kläder. Salter 5.19 Vad heter koksalt på kemispråk? Saltsyra + natriumhydroxid —> natriumklorid HCl(aq) + NaOH(aq) —> NaCl(aq) Saltsyra betecknar en vattenlösning av väteklorid. En mättad lösning av HCl i KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 398 vatten är 38 %-ig, har densiteten 1,19 g cm–3 och betecknas koncentrerad HCl. I vattenlösning förekommer inte HCl som molekyler. Syran reagerar med – + vattnet och bildar H3O+ och Cl . Man skriver ofta H för vätejoner i vattenmiljö, men det innebär underförstått H3O+. Natriumhydroxid kan också heta natronlut eller kaustiksoda och natriumklorid kallas ofta koksalt. Intressant kan vara att veta att saltsyra förr tillverkades nästan uteslutande genom uppvärmning av koksalt tillsammans med koncentrerad svavelsyra. Vid reaktionen bildas HCl som avges i form av gas. Numera är det vanligare att man låter vätgas reagera med klorgas för att bilda HCl. Säkerhet Riskfritt 5.20 Leder salter ström? För att ett ämne ska leda ström krävs två saker. Det ska finnas laddade partiklar och de måste vara rörliga. I metaller är elektronerna de partiklar som leder strömmen. I salter är det joner. I ett salt i fast form är emellertid jonerna bundna till fixa positioner. När saltet går i lösning blir jonerna rörliga och kan leda ström. Man skulle kunna tro att elektronerna i elektroden fortsätter att vandra genom lösningen, men det sker inte. Elektronerna kan inte förekomma fria i en lösning. Därför måste laddningen överföras till (reduktion) eller tas från (oxidation) en molekyl i kontaktytan mellan lösningen och elektroden. Elektronerna i ledningen och jonerna i lösningen avlöser varandra i ett strömmens stafettlopp genom den slutna strömkretsen. Som en liten parentes kan nämnas att det finns joner som innehåller både positiva och negativa laddningar, till exempel en i varsin ände. Visserligen utsätts jonerna för dragningskrafter i spänningsfältet i lösningen, men åt olika håll. Jonen vandrar därför inte trots att den innehåller laddningar. Säkerhet Liten risk. Kopparsulfat är dock något giftigt varför man bör tvätta händerna efteråt. Fast kaliumnitrat får inte komma i kontakt med organiska ämnen, eftersom det finns risk för antändning. 5.21 Testa ett torkmedel Observera att luftfuktigheten varierar över året. Vintertid är luften torrare inomhus. Den låga temperaturen ute gör att mängden vatten räknat i gram per kubikmeter är liten. När uteluften sugs in i huset och värms upp sjunker den relativa luftfuktigheten. Det kan då bli så pass torrt att kalciumkloriden inte tar upp vatten. Sommartid när den relativa luftfuktigheten är högre tar kalciumkloriden så småningom upp så mycket vatten att den blir flytande (delikvescerar). Vill du ändå göra experimentet på vintern kan det löna sig att ställa skålen med kalciumklorid i badrummet. Säkerhet Liten risk. Kalciumklorid är dock något irriterande på huden. Den utvecklar värme vid tillsats av vatten. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 399 5.22 Vad är kristallvatten? De flesta salter innehåller kristallvatten. Många salter kan bilda former med olika mycket vatten. En formelenhet kopparsulfat kan binda 0, 1, 3 eller 5 vattenmolekyler. Vilken av formerna som är stabil beror på den relativa luftfuktigheten och temperaturen. Genom uppvärmning kan man driva ut kristallvattnet. Den kristallform som bildas vid indunstning av kopparsulfat är det vackert klarblå pentahydratet, CuSO4· 5H2O. Vid kraftig upphettning sönderfaller det till vattenfritt kopparsulfat. Säkerhet Risk att bränna sig. Kopparsulfat är något giftigt varför man bör tvätta händerna efter laborationen. 5.23 Vad är det som bubblar? Reaktionen med zinken är 2HCl(aq) + Zn(s) —> Zn2+ + 2Cl– + H2(g) Vätgasen som antänds reagerar enligt H2(g) + 1/2O2(g) —> H2O(g) Reaktionen kan ibland vara rätt långsam. Zinkpulver reagerar snabbare än massiva zinkbitar därför att kontaktytan med syran är större. En höjning av temperaturen ökar också hastigheten. En intressant egenhet är att en kopparbit i kontakt med zinken ökar reaktionshastigheten. Kopparen reagerar inte själv men gör att reduktionen (bildandet av vätgas) kan ske på en annan plats är oxidationen (upplösningen av zinken). Dessa samtidiga reaktioner går lättare när de sker på olika ställen. Kopparen fungerar som katalysator. Säkerhet Risk för syrastänk i ögonen och på kläder. Man kan skära sig på glas som går sönder när man ska trä gummislangen på avledningsröret. . Kasta inte zinkpulver i papperskorgen! Fuktigt zinkpulver i kontakt med papper kan självantända. 5.24 Ett tredje sätt att framställa ett salt Reaktionen är + – CuO(s) + 2H + 2Cl– —> Cu2+ + 2Cl + H2O eller enklare skrivet CuO(s) + 2HCl(aq) —> CuCl2(aq) + H2O Allmänt reagerar metalloxider med syror enligt metalloxid + syra salt + vatten. Detta är en form av neutralisation. Metalloxider är basiska oxider. Om det finns överskott av kopparoxid förbrukas syran och efter filtreringen återstår endast vattenlösningen av saltet. Vid indunstningen bildas koppar(II)kloriddihydrat, CuCl2·2H2O, som grön-blå kristaller. Säkerhet Risk för stänk av stark syra i ögonen och på kläder. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 400 ➢5.25 Odla kristaller med alun Alun är ett salt som lätt bildar vackra, stora kristaller. Vanligast är kalialun (aluminiumkaliumsulfat). En annan variant är kromalun (aluminiumkromsulfat). Kalialun bildar hållbara kristaller. Kromalun däremot vittrar lätt i luften därför att kristallvattnet avdunstar. Det råkar vara så att kalialun och kromalun kristalliserar med nästan precis samma bindningsavstånd. Det gör det möjligt att först odla en vackert mörk rödviolett kristall av kromalun. När den vuxit till lämplig storlek för man över den till en lösning av kalialun. Då fortsätter kristallen växa men ett ofärgat, genomskinligt lager av kalialun utanpå som skyddar kristallen mot uttorkning. Om man ska utföra detta experiment är det bäst att låta kristallen växa på en sytråd. Tänk på att krom är allergiframkallande och bör hanteras med varsamhet, inget experiment för eleverna alltså. Alun används som flockningsmedel i vattenverk för att få kolloidala partiklar att sjunka till botten. Alun används också för vitgarvning av läder och som betmedel vid växtfärgning. Medicinskt kan det användas som adstringerande (sammandragande) medel. Säkerhet Riskfritt. Alun är dock surt och något irriterande på huden. ➢5.26 Två salter ihop – vad blir det? Lösligheten hos ämnen anges ofta med kvalitativa uttryck. Gränsdragningen är flytande, men följande tabell bör ge en ungefärlig uppfattning av vad uttrycken betyder: Lösligheter i gram löst ämne per 100 g lösningsmedel < 0,01 0,01–0,1 svårlösligt mycket svårlösligt 0,1–1 1–10 tämligen tämligen svårlösligt lättlösligt > 10 lättlösligt Följande salter är vanligtvis lättlösliga • salter av alkalimetallerna (Li+, Na+, K+ och så vidare) och av ammonium (NH4+) • nitrater (NO3–) • halogeniderna (Cl–, Br–, I–) med undantag för salter av Pb2+, Ag+, Hg22+ • sulfater (SO42–) med undantag för salter av Sr2+, Ba2+, Pb2+, Hg22+ Följande salter är vanligtvis svårlösliga • karbonater (CO32–) med undantag för salter av alkalimetallerna • hydroxider (OH–) med undantag för salter av alkalimetallerna. Hydroxider av Ca2+, Sr2+ och Ba2+ är något lösliga. • sulfider (S2–) är med undantag för salter av alkalimetallerna. Hydroxider av Ca2+, Sr2+ och Ba2+ är något lösliga. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 401 Experimentet Natriumklorid är en klorid som normalt är lättlöslig. Även natriumsulfat är lättlösligt därför att det är ett salt av alkalimetallen natrium. Men just kombinationen bariumjoner + sulfatjoner är mycket svårlöslig. Bariumsulfat faller ut och fällningen känns igen på att lösningen inte längre är klar. Bariumsulfat Bariumsulfat är extremt svårlösligt. Trots att barium är giftigt kan bariumsulfat användas som kontrastmedel när man tar Röntgenbilder av mag-tarmkanalen. Den gröt av bariumsulfat och vatten man får äta löser sig så dåligt att den i praktiken inte tas upp av kroppen utan bara passerar genom matsmältningsapparaten. Reagens Att sulfater är lättlösliga, men med några få undantag, kan man utnyttja för att känna igen dessa joner. Förekomsten av bariumjoner kan påvisas med hjälp av sulfatlösning. Vad som är reagens på vad är en definitionsfråga. Man kan också påvisa sulfatjoner med en lösning av ett bariumsalt. Eftersom bariumsulfat har så extremt låg löslighet krävs endast lite sulfat för att man ska få en fällning. På motsvarande sätt används en lösning av ett silversalt för att påvisa förekomsten av klorid. Inverkan av temperatur och lösningsmedel Vanligtvis ökar lösligheten med temperaturen, men exempel på motsatsen finns. Vanligt koksalt ändrar inte sin löslighet särskilt mycket med temperaturen. Lösningsmedlets polaritet inverkar på lösligheten. Enligt principen ”lika löser lika” är salterna mer lösliga i starkt polära lösningsmedel, som till exempel vatten. Etanol är exempel på ett lösningsmedel med lägre polaritet än vatten. Ibland kan man fälla ut en vattenlösning av saltet genom tillsats av etanol (till exempel i form av T-sprit). Säkerhet Bariumklorid är giftigt och får hanteras på högstadiet endast under lärarens tillsyn. Tvätta händerna efter hantering. Riskerna är dock små tack vare att bariumkloridlösningen är utspädd, lämpligen 0,1 %. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 402 ➢5.27 Var en jondetektiv Detta är en rent kvalitativ undersökning. Testa gärna olika vattentyper, till exempel kranvatten, destillerat vatten, sjövatten, havsvatten. Bered följande lösningar: 0,1 M saltsyra, 0,1 M svavelsyra, 0,1 M salpetersyra, 0,1 M natriumhydroxid. Till de övriga lösningarna är det lämpligt med en laboratoriesked av varje ämne i 250 ml destillerat vatten. Ta till exempel natriumsulfat, kopparsulfat, kopparklorid, kopparnitrat, natriumkarbonat(soda), blynitrat Bered följande lösningar ... Silvernitrat är reagens på klorid. Det bildas en vit fällning av AgCl. Syra är reagens på karbonat. Vid surgörningen av karbonatet utvecklas koldioxid, CO2(g). Säkerhet Blynitrat och silvernitrat (< 5 %) får hanteras på högstadiet endast under lärarens tillsyn. Silvernitrat ska förvaras mörkt. Kopparsalter är något giftiga. Tvätta händerna efter laborationen. Risk för stänk av stark syra och bas i ögonen och på kläder. ➢5.28 Färggrant fyrverkeri När salterna upphettas tillförs energi. Atomerna i saltet gör sig av med denna energi delvis i form av ljus. Det är metalljonerna som ger de vackra färgerna. Varje metall har sin egen karakteristiska färg. Färgerna är följande: Kalcium – gul, kalium – violett, koppar – blågrön eller grön, natrium – varmgul. Andra lågfärger som kan nämnas är litium – röd, barium – blekt grön. Lågfärgerna används för att identifiera metallerna. Vid noggrann analys delar man upp ljuset i dess spektrum och kan då se de enskilda spektrallinjerna. Då kan man skilja metaller som ger samma lågfärg, till exempel cesium och rubidium som ser ut som kalium. Säkerhet Risk för att bränna sig och brand i till exempel hår. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 403 Uppgifter och övningar I atomens inre 5.29 Atomer eller molekyler? Grundämne eller kemisk förening? • Fyll i rutorna som är tomma. Namn Modell Kemiskt Väte Beskrivning med ord tecken H en väteatom VäteH2 en vätemolekyl Väte två vätemolekyler SyreO Syre en syremolekyl Kväve en kväveatom N2 Kväve en kvävemolekyl Kväve två kvävemolekyler SvavelS KoloxidCO KoldioxidCO2 Koldioxid två koldioxidmolekyler Vatten en vattenmolekyl 2 H2O Vatten • Vilka ämnen är grundämnen, och hur kan du se det? • Vilka ämnen är kemiska föreningar, och hur kan du se det? KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 404 5.30 Vilka partiklar finns i atomen? • Fyll i tabellen. Partikelns namn Laddning Beteckning Var finns den? proton neutron elektron • Rita en atom och sätt ut de olika partiklarnas namn och laddning. En oladdad atom har alltid lika många protoner och elektroner. Eftersom neutronerna inte har någon laddning, och inte deltar i reaktioner, talar vi inte så ofta om dem. Men kom ihåg att alla atomer utom den vanliga väteatomen innehåller neutroner. 5.31 Atomens elektronskal Elektronerna snurrar runt kärnan i olika elektronskal. Det första skalet inifrån kärnan räknat kallas K-skalet och rymmer högst 2 elektroner. Utanför K-skalet finns L-, M-, N-skalen och så vidare. L-skalet kan innehålla högst 8 elektroner. De elektroner som finns i yttersta skalet kallas valenselektroner. • Rita en atom med tre protoner i kärnan. Hur många elektroner ska den ha? Rita dem i sina skal. Hur många är valenselektroner? Vilket grundämne är det? • Rita en atom med nio protoner och sätt också ut elektronerna. Hur många är valenselektroner? Vilket grundämne är det? KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 405 5.32 Hur bildas en jon? • Rita en atom med en proton. Vilken laddning har protonen? Hur många elektroner har den atomen? • Vad händer om atomen tappar en elektron? • Det som bildas kallas en jon. Vad menas alltså med en jon? Vilken laddning får din jon? • Rita en atom med fyra protoner. Hur många elektroner har den? • Vad händer om den tappar två elektroner? Vilken laddning får jonen som bildas? En jon som har färre elektroner än protoner blir positiv. En jon som har två plusladdningar för mycket kallas tvåvärd. Kalciumatomen kan bli en tvåvärd jon och skrivs då Ca2+. Aluminiumatomen kan bli en trevärd jon och skrivs Al3+. 5.33 Negativa joner • Rita en atom med sju protoner. Hur många elektroner ska atomen ha? • Rita till en extra elektron. • Vilken laddning får jonen? Vad heter jonen? En jon som har fler elektroner än protoner blir negativ. Den kan vara en-, två- eller trevärt negativ. Klor kan bli en envärd jon och skrivs då Cl–. Syre kan bli en tvåvärd jon och skrivs O2–. ➢5.34 Hur trodde man förr? Det var greken Demokritos som först talade om att alla ämnen består av små delar som han kallade atomer. Han hade inga bevis, och det dröjde ända till 1808 innan engelsmannen Dalton visade sin teori om atomer, som han bevisade med experiment. I slutet på 1800-talet upptäckte man att atomen inte var odelbar utan innehöll mindre så kallade elementarpartiklar. • Redogör för Thomsons, Rutherfords och Bohrs atommodeller. • Vad vet man i dag? KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 406 Periodiska systemet 5.35 Periodiska systemet • Titta på ett periodiskt system och skriv ner vilka ämnen du känner till. Ta gärna reda på vad de används till. • Var hittar du gaser? Fasta ämnen? Flytande? • Hur många grundämnen finns det? 5.36 Atomnummer • Det är antalet protoner som avgör vilket grundämne det är. Ett grundämne som har en enda proton har atomnumret 1. Det är det lättaste ämnet. Vilket ämne är det? • Var hittar du ämne nummer två? Vad heter det ämnet? • Ta reda på atomnummer för några grundämnen som du känner till. 5.37 Atomer är neutrala • En atom av ett ämne är alltid neutral. Om man vet atomnumret, vet man också antalet elektroner. Förklara! • Hur många elektroner har ämne nummer 3? Vad heter det? • Hur många elektroner har en kloratom? ➢5.38 Ordning och reda! Grundämnena står i en alldeles bestämd ordning i periodiska systemet. • Hur många grundämnen har elektroner bara i K-skalet (det första skalet inifrån kärnan räknat)? Vilka är det? Se efter var de finns i periodiska systemet. • I vilka grundämnen är det L-skalet som fylls på med elektroner? Var finns de i periodiska systemet? • I vilka ämnen fylls M-skalet på? • När ett nytt skal börjar fyllas börjar en ny vågrät rad – en ny period. Vad kallas de ämnen som avslutar varje period? Varför kallas de så? ➢5.39 Även grundämnen bildar grupper När grundämnen reagerar med varandra ”vill” de att atomerna ska få ädelgasstruktur, det vill säga få fullt med elektroner i sitt y ttersta skal. Det kan ske på olika sätt. Antingen lämnar en atom ifrån sig elektroner som tas upp av en annan atom, eller också delar den elektroner med en eller flera andra atomer. För att elektroner ska kunna flyttas helt och hållet mellan atomer får de inte vara för många – upp till tre går bra. Observera att det bara är elektronerna som kan flyttas! Om man börjar flytta partiklar i kärnan handlar det bland annat om kärnkraft och kärnvapen och KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 407 det hör inte till vardagskemin. • Rita upp eller skriv hur elektronerna är placerade i litium, natrium och kalium. Vad har de gemensamt? • Hur kan de här grundämnena få fulla skal? Vilken laddning får jonerna som bildas? Grundämnena tillhör grupp 1 i periodiska systemet och står i en lodrät kolumn under varandra. • Undersök grundämnena i grupp 2 på samma sätt. Skriv ner din slutsats. • Be din lärare demonstrera hur litium, natrium och kalium reagerar med vatten. ➢5.40 Isotoper är varianter på samma ämne Oftast nämner vi bara elektroner och protoner när vi pratar om grundämnena, trots att atomer av alla grundämnen utom vanligt väte har neutroner i kärnorna också. Vi ska undersöka detta lite närmare. • Rita en vanlig väteatom. Sätt ut vilka partiklar den innehåller. • Rita nu en väteatom som dessutom har en neutron i kärnan. Vad är det som säger att det fortfarande är en väteatom? Detta väte kallas tungt väte eller deuterium. • Rita en väteatom med två neutroner i kärnan. Det är fortfarande väte, men kallas supertungt väte eller tritium. Vanligt väte, tungt väte och supertungt väte kallas isotoper av väte.En del isotoper av ett ämne är instabila, det vill säga de faller sönder och skickar ut strålning – de är radioaktiva. Om det kan du läsa mer i atomfysiken. ➢5.41 Masstal Masstalet för ett ämne är summan av protonerna och neutronerna i kärnan. • Vilka masstal har vanligt väte, tungt väte och supertungt väte? • Ta reda på vilka olika masstal uranisotoperna har. I vilka sammanhang används uranisotoper? • Vad menas med 12C, 13C och 14C? KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 408 ➢5.42 Atommassa En atom har väldigt liten massa. Genom b eräkningar har man kommit fram till att en väteatom väger 0,000 000 000 000 000 000 000 00167 gram. För att inte behöva skriva ut alla nollorna i decimaltalet har man valt en annan enhet än gram. Den kallas den universella massenheten och betecknas med u. Man har bestämt att u ska vara så stor att den vanligaste kolisotopen 12C får massan exakt 12u. Protonen har massan 1 u och det har neutronen också, men elektronens massa är så liten jämfört med dem att den inte brukar räknas med. När man bestämmer atommassan för ett grundämne tar man medelvärdet av atommassorna för de olika isotoperna av grundämnet. Väte får till exempel atommassan ungefär 1 u. • Ta reda på atommassan för några vanliga grundämnen. • Vilket atomnummer har syre? Vilken atommassa har det? Vad kan du säga om antalet partiklar i kärnan och hur många av varje sort det finns? • Gör samma undersökning med några andra grundämnen. ➢5.43 Vad kan du få reda på genom periodiska systemet? Gör en sammanfattning av allt som du kan ta reda på genom att läsa periodiska systemet. Metaller 5.44 Vilka egenskaper har en metall? I en metallbit kan valenselektronerna röra sig fritt mellan atomerna. Man kan alltså inte säga att de tillhör en särskild atom. Detta ger metallerna speciella egenskaper. • Försök visa hur valenselektronerna påverkar vilka egenskaper metaller har. • Sammanfatta metallernas egenskaper. Joner 5.45 Bilda jonföreningar Genom att ”läsa” periodiska systemet kan man räkna ut hur jonföreningar bildas och vilka formler de har. • Vad händer när en natriumatom och en kloratom reagerar med varandra? • Skriv formlerna för jonerna som bildas och hur de sätts ihop. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 409 ➢ 5.46 När smälter ett kolväte? • Ta reda på smältpunkt/kokpunkt för några molekylföreningar. • Jämför med smältpunkterna för några jonföreningar. Förklara skillnaden! ➢5.47 Inga laddningar får bli över När jonföreningar bildas måste det alltid avges lika många elektroner som det tas upp. • Tänk dig att magnesium får brinna i klorgas. Hur många valenselektroner har magnesium? Vad händer med dem? Vilken jon bildas? • Hur många valenselektroner har klor? Vad händer? Vilken jon bildas? Hur kan det ”gå jämnt ut”? • Skriv formeln för magnesiumdiklorid. ➢5.48 Fyll i tabellen Ta med hjälp av periodiska systemet reda på vilka joner de olika ämnena i tabellen bildar. Rita av tabellen i dina anteckningar och fyll sedan i formlerna för jonföreningarna som bildas. Du får hjälp med den första. O2–S Cl Na+Na2O Mg Al ➢5.49 Flera jonföreningar Även sammansatta joner kan bilda jonföreningar. • Ta reda på vilka formler och laddningar följande joner har: hydroxidjonen, sulfatjonen, karbonatjonen. • Låt jonerna bilda föreningar tillsammans med plusladdade joner. Välj vilka joner du vill använda själv! Skriv ner vad föreningarna heter. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 410 Kommentarer till uppgifter och övningar I atomens inre 5.29 Atomer eller molekyler? Grundämne eller kemisk förening? För många elever är begreppen atom, molekyl, grundämne och kemisk förening mycket svåra att förstå. Det är viktigt att de kan göra sig en egen bild av dessa begrepp. Den vanligaste bilden och den, som brukar vara någorlunda lättillgänglig, är den som finns på kopieringsunderlaget. Observera att storleksförhållandet mellan de olika atomslagen inte är riktiga. Eleverna ska rita modeller där det är tomma fält och skriva med ord där det är prickade rader. Låt gärna eleverna med lärobokens hjälp göra egna liknande tabeller, som kan lösas av andra elever. Det är lämpligt att färglägga modellerna. De oftast vedertagna färgerna för de olika grundämnena är: syre = röd, väte = vit, kol = svart, svavel = gul, klor = grön, kväve = blå, metaller = grå. Säkerhet Riskfritt 5.30 Vilka partiklar finns i atomen? Atomen är uppbyggd av kärna och skal. I kärnan finns protoner (p+) och neutroner (n). I skalet finns elektroner (e–). I den neutrala atomen är antalet elektroner lika stort som antalet protoner. Största massan finns i atomkärnan. Protonen och neutronen väger ungefär lika mycket (1,7·10–27 kg). Elektronen väger 9,1·10–37 kg, det vill säga cirka 1/1 800 av en kärnpartikel. Säkerhet Riskfritt KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 411 5.31 Atomens elektronskal Beteckningen ”elektronskal” är en tankemässig modell som introducerades av dansken och Nobelpristagaren Niels Bohr, där man placerar in elektronerna på olika energinivåer runt kärnan. Den centrala idén hos Bohr var att elektronerna bara kan ha vissa bestämda energier. Man tänkte sig att elektronerna cirklar runt atomkärnan som planeterna cirklar runt solen. Modellen har varit till mycket stor hjälp för att utveckla förståelsen kring atomen även om den är enkel. Man måste komma ihåg att alla modeller är förenklingar av verkligheten. Vilken modell som är bäst beror på vilken aspekt man vill belysa. I verkligheten rör sig elektronerna i ”orbitaler” runt kärnan. Elektronens verkliga bana kan inte fastställas, men sannolikheten att finna den i en viss punkt kan beräknas med kvantteori. Varje orbital svarar mot en bestämd energi och kvanttillstånd. Ju högre energi och kvanttillstånd, desto mer komplicerad är orbitalens form (se bilden). Säkerhet Riskfritt 5.32 Hur bildas en jon? Joner är atomer eller molekyler med en nettoladdning som kan vara positiv (katjoner) eller negativ (anjoner). Nettoladdningen är skillnaden mellan plusladdningarna hos atomkärnans/kärnornas protoner och minusladdningarna hos alla elektronerna i jonen. En positiv jon bildas när en atom/molekyl avger elektron(er) och en negativ jon när den tar upp elektron(er). Exempel är när en natriumatom avger en elektron till en kloratom och man får natriumklorid. e– Na + Cl — > Na+Cl– När ett grundämne avger eller tar upp elektroner bildas ofta en jon med fyllt yttersta elektronskal, det vill säga med samma antal elektroner som någon av ädelgaserna (He 2 st, Ne 2 + 8 = 10 st, Ar 2 + 8 + 8 =18 st och så vidare). Både Na+ och Cl– liknar argon med 2 + 8 elektroner. Magnesium bildar Mg2+ (som argon) och syre O2– (som neon). Undantag från regeln – om fyllt yttersta elektronskal är joner av grundämnen från mittersta delen av periodiska systemet. Säkerhet Riskfritt KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 412 5.33 Negativa joner Grundämnet med 9 protoner heter fluor, F. Flouridjonen betecknas F–. Säkerhet Riskfritt ➢5.34 Hur trodde man förr? Sir Joseph John Thomson (1856–1940) fick Nobelpriset i fysik 1906. Han studerade elektriska urladdningar genom gaser under lågt tryck. Man kunde följa den elektriska urladdningens bana eftersom den fick gasen att lysa. Han studerade hur banan påverkades av elektriska och magnetiska fält och såg att vissa partiklar var negativt laddade (elektroner) och andra var positivt laddade (alfapartiklar = heliumkärnor). Han kunde fastställa kvoten mellan laddning och massa för partiklarna. Thomson gav namnet elektroner åt de negativa partiklarna och drog slutsatsen att de finns i alla atomer. Thomsons atommodell var en laddad sfär som innehöll elektronerna, inbakade som russin i en kaka. Lord Ernest Rutherford (1871–1937) fick Nobelpriset i fysik 1908. Rutherford insåg att atomen hade en kärna av koncentrerad massa medan resten i huvudsak var tomrum. Hans upptäckt ledde till en revolutionerande modell som hade stora likheter med ett planetsystem. Den positiva kärnan låg i centrum och negativa elektroner kretsande i banor runtomkring. År 1920 förutspådde Rutherford existensen av neutronen, vilket kollegan Sir James Chadwick också kunde visa experimentellt 1932. Rutherford publicerade också verk om radioaktivitet. Dansken Niels Bohr (1885–1962) fick Nobelpriset i fysik 1922. Bohr studerade i England tillsammans med Thomson och flyttade till Manchester 1912 för att arbeta i Rutherfords forskarlag. Bohrs bidrag till vetenskapen var att inse att elektronernas energier var kvantiserade, det vill säga bara kunde anta bestämda värden. Han kunde förklara vätets spektrum med hjälp av sin atommodell och gick sedan vidare till spektra hos tyngre atomer. Säkerhet Riskfritt KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 413 Periodiska systemet 5.35 Periodiska systemet Ni kan använda det periodiska systemet som finns längst bak i faktaboken. Ädelgaserna och N, O, F, Cl och H är gaser. Alla dessa är icke-metaller. Bara Hg och Br är flytande. Resten, dvs de flesta av grundämnena, är fasta vid rumstemperatur. Säkerhet Riskfritt 5.36 Atomnummer Atomnumret anger antal protoner i kärnan, det vill säga är unikt för varje grundämne. Periodiska systemet visar grundämnena i ordning efter atomnumren, radvis. GrundämneAtomnummer väte1 helium2 litium3 . . . . .... klor17 . . . . .... Säkerhet Riskfritt 5.37 Atomer är neutrala För att atomens totala laddning ska bli noll måste antalet elektroner i skalet vara lika stort som antalet protoner i kärnan (atomnumret). Grundämne med atomnummer 3 är litium (Li) Klor har atomnummer 17. Antalet elektroner är därför 17 i den neutrala atomen. Obs! Benämningen ”atom” anger den neutrala partikeln av grundämnet. Benämningen ”atomslag” anger att partikeln härrör från ett visst grundämne, men säger inget om laddningen eller om partikeln ingår i en kemisk förening. Till exempel är både Na och Na+ av atomslaget natrium. Säkerhet Riskfritt KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 414 ➢5.38 Ordning och reda! K-skalet (det innersta skalet) rymmer bara två elektroner. Det finns alltså två grundämnen med elektroner i bara K-skalet. Grundämnen med elektroner i enbart första skalet ligger i period 1 (första raden) i periodiska systemet. L-skalet (andra skalet) fylls på i period 2 (andra raden i periodiska systemet). M-skalet (tredje skalet) fylls på i period 3 (tredje raden i periodiska systemet). Det sista grundämnet i varje period har ett fyllt yttersta skal. Dessa grundämnen är som är särskilt stabila och binder inte gärna till andra atomer kallas ädelgaser. Säkerhet Riskfritt ➢5.39 Även grundämnen bildar grupper Grundämnen med lika många elektroner i sitt yttersta skal (valenselektroner) hamnar i samma grupp, det vill säga ligger under varandra i periodiska systemet. Periodiska systemet är indelat i 18 grupper. Eftersom de kemiska egenskaperna bestäms av valenselektronerna liknar grundämnena inom en grupp varandra. Gruppernas ämnen har fått egna namn: NamnGrupp(er) alkalimetaller1 alkaliska jordartsmetaller 2 övergångselement3–12 (borgruppen)13 (kolgruppen)14 (kvävegruppen)15 kalkogener16 halogener17 ädelgaser18 Säkerhet Riskfritt KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 415 ➢5.40 Isotoper är varianter på samma ämne I stabila grundämnen är antalet neutroner ungefär lika eller något större än antalet protoner. Om antalet neutroner avviker för mycket blir atomkärnan instabil och tenderar att falla sönder. I naturen är grundämnenas fördelning på isotoper ganska konstant. Man kan därför beräkna medelvärden för atommassorna baserade på isotopfördelningen. Det är dessa medelvärden man finner i det periodiska systemet. Till exempel har klor molmassan 35,5 därför att klor består till 75,53 % av klor-35 och till 24,47 % av klor-37 (0,7553·35 + 0,2447·37 = 35,5). Säkerhet Riskfritt ➢5.41 Masstal Säkerhet Riskfritt ➢5.42 Atommassa Beroende på bindningsenergierna mellan partiklarna i kärnan väger kärnpartiklarna inte exakt lika mycket i olika grundämnen. Detta har att göra med ekvivalensen mellan massa och energi som Einsteins relativitetsteori förutsäger. Skillnaderna är dock små. För att ändå få en så väldefinierad massenhet som möjligt har man valt 12C-isotopen (utläses ”kol-tolv”). Den innehåller 12 kärnpartiklar (6 protoner och 6 neutroner) och 6 elektroner. Man har definierat dess massa till exakt 12 universella massenheter (u). Det experimentellt bestämda värdet på u är (1, 660538782·10–27 ±0,00000083·10–27) kg. Säkerhet Riskfritt KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 416 ➢5.43 Vad kan du få reda på genom periodiska systemet? Periodiska systemet i faktaboken innehåller information om • namn • symbol • atomnummer • molmassa • grupp • period • aggregationsform • metall, halvmetall, icke-metall Säkerhet Riskfritt Metaller 5.44 Vilka egenskaper har en metall? Metallernas valenselektroner sitter så pass löst att de inte är bundna till specifika atomer, utan ingår i ett gemensamt elektronmoln för hela metallstycket. Det gör att metallen leder ström mycket bra. Elektronernas rörlighet är också orsaken till metallernas glans och deras goda värmeledningsförmåga, men förklaringen till detta är mer avancerad. Att metallerna kan böjas utan att brista beror på att atomlagren kan glida över varandra utan att förlora kontakten. Säkerhet Riskfritt Joner 5.45 Bilda jonföreningar Natriumatomen avger sin enda valenselektron för att likna neon. Kloratomen tar emot en elektron för att likna argon. Na + Cl → Na+Cl– (eller 2Na + Cl2 → 2Na+Cl–) Säkerhet Riskfritt 5.46 När smälter ett kolväte? Två likadana atomer delar på elektronerna i en molekylbindning lika mellan sig (till exempel kol-kol). Bindningen har ingen laddningsförskjutning åt någondera hållet. Om det är två olika atomer, som till exempel kol och väte, fås en viss laddningsförskjutning. Kväve (N), syre (O) och fluor (F) har särskilt stor förmåga att dra till sig elektroner, men i molekyler som saknar N, O och F är polariteten ganska låg. Typiska molekyler med låg polaritet är de organiska KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 417 lösningsmedlen som i huvudsak består av långa kolvätekedjor. Kolväten är opolära ämnen. Mellan molekylerna verkar Van der Waalsbindningar som finns mellan alla atomer. Ju längre molekylerna är, desto starkare blir Van der Waals-bindningarna (per molekyl). Därför ökar smältpunkterna och kokpunkterna med storleken på molekylerna. Om molekylen innehåller en polär grupp, till exempel –OH eller –COOH, får man förutom Van der Waals-bindningar också bindningar som beror på att motsatta laddningar i de polära grupperna attraherar varandra. Smält- och kokpunkterna blir därför extra hög när polära grupper finns med. Allra högst blir smält- och kokpunkterna i salter. Jonbindningarna är mycket starka och finns i stort antal. Säkerhet Riskfritt ➢5.47 Inga laddningar får bli över • När magnesium brinner i klorgas bildas magnesiumdiklorid. • Magnesium har 2 valenselektroner (elektronerna i det yttersta skalet). Enklaste sättet att få ett fyllt yttersta skal är att göra sig av med de två valenselektronerna. Skalet innanför blir då yttersta skal. • Klor har 7 valenselektroner. Enklaste sättet att få ett fullt yttersta skal är att ta upp en elektron som fattas. För att lika många elektroner ska avges och tas upp måste en magnesiumatom reagera med två kloratomer. Saltet får formeln MgCl2. Säkerhet Riskfritt ➢5.48 Fyll i tabellen O2– S2– Cl– Na+ Na2ONa2SNaCl Mg2+ MgO MgSMgCl2 Al3+ Al2O3 Al2S3 AlCl3 Säkerhet Riskfritt KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 418 ➢5.49 Flera jonföreningar NamnFormel hydroxidOH– sulfatSO42– karbonatCO32– KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 419 Facit till Uppslaget 5b FUNDERA MERA 1. Atommassa är enligt NE: massan av en atom av ett grundämne. Den anges antingen i kg eller i atommassenheten u. Om grundämnet är en blandning av flera isotoper är atommassan den genomsnittliga massan per atom. 2. Ja, ett ämne med 2 protoner har ungefär samma masstal som ett ämne med 1 proton och 1 neutron. 3. Påsen runt aluminiumbiten består av aluminiumoxid som bildar en tät och seg hinna. 4. Aluminium rostar väldigt lätt, men aluminiumoxid bildar en tät gråaktig hinna som skyddar det rena aluminiumet som finns under hinnan. 5. Rost orsakas av elektrokemiska reaktioner, men rent vatten är en dålig elektrisk ledare. Ju mer lösta salter vattnet innehåller, desto bättre blir ledningsförmågan vilket leder till ökad korrosion. 6. Det beror på sjöns egenskaper. Om vattnet i sjön till exempel är stillastående, sker det en lokal försurning på den plats man släpper ut syran, som skadar sjön. I ett sådant fall är det bättre att spä ut syran innan den släpps ut. NÄT OCH BIBLIOTEK 1. Se www.landskapsgrundamnen.se 2. Av ett 90-tal naturliga grundämnen har 23 upptäckts av svenskar, till exempel klor, molybden, erbium, selen, tantal, terbium och torium. 3. Einsteinium – Alfred Einstein, Nobelium – Alfred Nobel, Rhutherfordium – Ernst Rutherford, Bohrium – Niels Bohr och Curium – Marie Curie. 4. Krypton är ett grekiskt ord som betyder gömd. 5. Nordic gold består av 89 % koppar, 5 % aluminium, 5 % zink, och 1 % tenn. 6. När stål härdas ökar ytskiktets hårdhet och slitstyrka. 7. Det finns många olika salter, men det salt vi har mest av i kroppen är natriumklorid. Salthalten varierar men är normalt 7,8–8,4 gram per liter kroppsvätska. Inne i cellerna är salthalten betydligt lägre. 8. Syror, baser och salter har E-nummer 500–530. 9. Zinkvitt består av zinkoxid. GÖR ETT FÖRSÖK Socker innehåller visserligen OH-grupper, men det är molekylgrupper som är bundna till den ringformiga kolkedjan. Dessa OH-grupper saknar de basiska egenskaper som hydroxidjonerna, OH–, har. Sockret påverkar därför inte pHvärdet. Man får inte heller blanda ihop smakskalan sur <––––>söt med pH-skalan sur <––––> basisk. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 420 VEM HAR RÄTT? • Järn och stål är samma: är på sätt och vis rätt. Skillnaden är renheten på metallen. Järn med låg halt av kol kallas stål. • Stål innehåller mer kol: är fel. • Järn rostar men det gör inte stål: stämmer inte. Rostfritt stål, som är en legering med andra metaller, rostar inte men rent stål rostar precis som järn. • Stål är hårdare än järn: stämmer bra. • Järn innehåller mer kol: är helt rätt. VAD TYCKER DU? Frågeställningarna ska leda till samtal och diskussion, det finns inte något rätt svar. Eleverna ska träna sig i att uttrycka en egen åsikt som grundar sig (bortse ifrån) både fakta och känslor, och kunna lyssna och visa respekt för andras åsikter. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 421 Laborationer för utskrift På följande sidor finns kapitlets laborationer ännu en gång. Den här gången ligger varje laboration på en egen sida, för att det ska vara enkelt att skriva ut laborationen till eleven. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 422 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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 423 ➢ 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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 424 5.3 Metallernas egenskaper Du behöver: Märkta bitar av olika metaller, till exempel koppar, zink, järn, aluminium, tenn, nickel och bly, ledningsprovare, m agnet, 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? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 425 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? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 426 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: ProvrörInnehåll 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 2 345 • Undersök provrören efter 2–3 dagar. Vilka har rostat och vilka har inte gjort det? Kan du förklara resultaten i de olika provrören? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 427 5.6 Framställ koppar Du behöver: Kopparoxid, kolpulver, bägare, provrör (pyrex), p rovrörshållare, 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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 428 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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 429 ➢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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 430 ➢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? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 431 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 magnesiumatomen 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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 432 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? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 433 Stark syra Svag syra 5.12 Hur ändras pH när en syra späds med vatten? Du behöver: En sur lösning, bägare och pH-papper. • 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 KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna Utspädd syra 5 Atomer, joner... 434 5.13 Vad har syror gemensamt? Du behöver: Provrör, saltsyra, salpetersyra, svavelsyra, ä ttiksyra, 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 pekfingret – 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 HNO3 H+ NO3– Svavelsyra H2SO4 KEMI Direkt 2H+ SO42– Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 435 5.14 Undersök rengöringsmedel Du behöver: Maskindiskmedel, handdiskmedel, Ajax, tvättmedel och skyddsglasögon. • Mät pH på några olika rengöringsmedel. Var försiktig med maskindiskmedlet; 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? • Ta reda på varför basiska ämnen är bra rengöringsmedel. • Varför är det olika pH i hand- och maskindiskmedel? Förklara! KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 436 5.15 Undersök några baser Har baser några gemensamma egenskaper? Gör några undersökningar 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 hydroxid jonen OH– som tar hand om vätejonerna. Hydroxidjonen är negativt laddad. Natriumhydroxid NaOH Na+ OH– K+ OH– Kaliumhydroxid KOH Kalciumhydroxid Ca(OH)2 KEMI Direkt Ca2+ 2OH– Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 437 5.16 Blanda en syra och en bas Du behöver: Utspädd saltsyra, utspädd natriumhydroxid, BTB, aktivt kol, bägare, dropprör, tratt, filtrerpapper, glasskål och skyddsglasögon. • Häll 25 milliliter saltsyra i en bägare och tillsätt lite BTB. • Droppa långsamt ner natriumhydroxiden tills färgen slår om till grönt. • 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. • 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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 438 ➢5.17 Gör din egen läsk Du behöver: Koldioxid från gastub, bägare, smakämne till e xempel 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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 439 ➢5.18 Utspädning • Planera och genomför en undersökning som visar vad som händer när man späder en syra med vatten. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 440 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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 441 5.20 Leder salter ström? Du behöver: Kristaller av kopparsulfat, natriumklorid, a mmoniumklorid 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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 442 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? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 443 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! KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 444 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! KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 445 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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 446 ➢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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 447 ➢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 svårlösligt salt. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 448 ➢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. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 449 ➢5.28 Färggrant fyrverkeri Många salter används för att ge färg till fyrverkerier. Vilken är din favoritfärg? Du behöver: Kopparsulfat, natriumkarbonat, kaliumklorid, k alciumklorid, 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? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 450 Uppgifter och övningar för utskrift På följande sidor finns kapitlets uppgifter och övningar ännu en gång. Den här gången ligger varje uppgift och övning på en egen sida, för att det ska vara enkelt att skriva ut laborationen till eleven. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 451 5.29 Atomer eller molekyler? Grundämne eller kemisk förening? • Fyll i rutorna som är tomma. Namn Modell Väte Kemiskt Beskrivning med ord tecken H en väteatom VäteH2 en vätemolekyl Väte två vätemolekyler SyreO Syre en syremolekyl Kväve en kväveatom N2 Kväve en kvävemolekyl två kvävemolekyler Kväve SvavelS KoloxidCO KoldioxidCO2 Koldioxid två koldioxidmolekyler Vatten en vattenmolekyl 2 H2O Vatten • Vilka ämnen är grundämnen, och hur kan du se det? • Vilka ämnen är kemiska föreningar, och hur kan du se det? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 452 5.30 Vilka partiklar finns i atomen? • Fyll i tabellen. Partikelns namn Laddning Beteckning Var finns den? proton neutron elektron • Rita en atom och sätt ut de olika partiklarnas namn och laddning. En oladdad atom har alltid lika många protoner och elektroner. Eftersom neutronerna inte har någon laddning, och inte deltar i reaktioner, talar vi inte så ofta om dem. Men kom ihåg att alla atomer utom den vanliga väteatomen innehåller neutroner. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 453 5.31 Atomens elektronskal Elektronerna snurrar runt kärnan i olika elektronskal. Det första skalet inifrån kärnan räknat kallas K-skalet och rymmer högst 2 elektroner. Utanför K-skalet finns L-, M-, N-skalen och så vidare. L-skalet kan innehålla högst 8 elektroner. De elektroner som finns i yttersta skalet kallas valenselektroner. • Rita en atom med tre protoner i kärnan. Hur många elektroner ska den ha? Rita dem i sina skal. Hur många är valenselektroner? Vilket grundämne är det? • Rita en atom med nio protoner och sätt också ut elektronerna. Hur många är valenselektroner? Vilket grundämne är det? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 454 5.32 Hur bildas en jon? • Rita en atom med en proton. Vilken laddning har protonen? Hur många elektroner har den atomen? • Vad händer om atomen tappar en elektron? • Det som bildas kallas en jon. Vad menas alltså med en jon? Vilken laddning får din jon? • Rita en atom med fyra protoner. Hur många elektroner har den? • Vad händer om den tappar två elektroner? Vilken laddning får jonen som bildas? En jon som har färre elektroner än protoner blir positiv. En jon som har två plusladdningar för mycket kallas tvåvärd. Kalciumatomen kan bli en tvåvärd jon och skrivs då Ca2+. Aluminiumatomen kan bli en trevärd jon och skrivs Al3+. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 455 5.33 Negativa joner • Rita en atom med sju protoner. Hur många elektroner ska atomen ha? • Rita till en extra elektron. • Vilken laddning får jonen? Vad heter jonen? En jon som har fler elektroner än protoner blir negativ. Den kan vara en-, två- eller trevärt negativ. Klor kan bli en envärd jon och skrivs då Cl–. Syre kan bli en tvåvärd jon och skrivs O2–. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 456 ➢5.34 Hur trodde man förr? Det var greken Demokritos som först talade om att alla ämnen består av små delar som han kallade atomer. Han hade inga bevis, och det dröjde ända till 1808 innan engelsmannen Dalton visade sin teori om atomer, som han bevisade med experiment. I slutet på 1800-talet upptäckte man att atomen inte var odelbar utan innehöll mindre så kallade elementarpartiklar. • Redogör för Thomsons, Rutherfords och Bohrs atommodeller. • Vad vet man i dag? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 457 5.35 Periodiska systemet • Titta på ett periodiskt system och skriv ner vilka ämnen du känner till. Ta gärna reda på vad de används till. • Var hittar du gaser? Fasta ämnen? Flytande? • Hur många grundämnen finns det? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 458 5.36 Atomnummer • Det är antalet protoner som avgör vilket grundämne det är. Ett grundämne som har en enda proton har atomnumret 1. Det är det lättaste ämnet. Vilket ämne är det? • Var hittar du ämne nummer två? Vad heter det ämnet? • Ta reda på atomnummer för några grundämnen som du känner till. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 459 5.37 Atomer är neutrala • En atom av ett ämne är alltid neutral. Om man vet atomnumret, vet man också antalet elektroner. Förklara! • Hur många elektroner har ämne nummer 3? Vad heter det? • Hur många elektroner har en kloratom? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 460 ➢5.38 Ordning och reda! Grundämnena står i en alldeles bestämd ordning i periodiska systemet. • Hur många grundämnen har elektroner bara i K-skalet (det första skalet inifrån kärnan räknat)? Vilka är det? Se efter var de finns i periodiska systemet. • I vilka grundämnen är det L-skalet som fylls på med elektroner? Var finns de i periodiska systemet? • I vilka ämnen fylls M-skalet på? • När ett nytt skal börjar fyllas börjar en ny vågrät rad – en ny period. Vad kallas de ämnen som avslutar varje period? Varför kallas de så? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 461 ➢5.39 Även grundämnen bildar grupper När grundämnen reagerar med varandra ”vill” de att atomerna ska få ädelgasstruktur, det vill säga få fullt med elektroner i sitt y ttersta skal. Det kan ske på olika sätt. Antingen lämnar en atom ifrån sig elektroner som tas upp av en annan atom, eller också delar den elektroner med en eller flera andra atomer. För att elektroner ska kunna flyttas helt och hållet mellan atomer får de inte vara för många – upp till tre går bra. Observera att det bara är elektronerna som kan flyttas! Om man börjar flytta partiklar i kärnan handlar det bland annat om kärnkraft och kärnvapen och det hör inte till vardagskemin. • Rita upp eller skriv hur elektronerna är placerade i litium, natrium och kalium. Vad har de gemensamt? • Hur kan de här grundämnena få fulla skal? Vilken laddning får jonerna som bildas? Grundämnena tillhör grupp 1 i periodiska systemet och står i en lodrät kolumn under varandra. • Undersök grundämnena i grupp 2 på samma sätt. Skriv ner din slutsats. • Be din lärare demonstrera hur litium, natrium och kalium reagerar med vatten. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 462 ➢5.40 Isotoper är varianter på samma ämne Oftast nämner vi bara elektroner och protoner när vi pratar om grundämnena, trots att atomer av alla grundämnen utom vanligt väte har neutroner i kärnorna också. Vi ska undersöka detta lite närmare. • Rita en vanlig väteatom. Sätt ut vilka partiklar den innehåller. • Rita nu en väteatom som dessutom har en neutron i kärnan. Vad är det som säger att det fortfarande är en väteatom? Detta väte kallas tungt väte eller deuterium. • Rita en väteatom med två neutroner i kärnan. Det är fortfarande väte, men kallas supertungt väte eller tritium. Vanligt väte, tungt väte och supertungt väte kallas isotoper av väte.En del isotoper av ett ämne är instabila, det vill säga de faller sönder och skickar ut strålning – de är radioaktiva. Om det kan du läsa mer i atomfysiken. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 463 ➢5.41 Masstal Masstalet för ett ämne är summan av protonerna och neutronerna i kärnan. • Vilka masstal har vanligt väte, tungt väte och supertungt väte? • Ta reda på vilka olika masstal uranisotoperna har. I vilka sammanhang används uranisotoper? • Vad menas med 12C, 13C och 14C? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 464 ➢5.42 Atommassa En atom har väldigt liten massa. Genom b eräkningar har man kommit fram till att en väteatom väger 0,000 000 000 000 000 000 000 00167 gram. För att inte behöva skriva ut alla nollorna i decimaltalet har man valt en annan enhet än gram. Den kallas den universella massenheten och betecknas med u. Man har bestämt att u ska vara så stor att den vanligaste kolisotopen 12C får massan exakt 12u. Protonen har massan 1 u och det har neutronen också, men elektronens massa är så liten jämfört med dem att den inte brukar räknas med. När man bestämmer atommassan för ett grundämne tar man medelvärdet av atommassorna för de olika isotoperna av grundämnet. Väte får till exempel atommassan ungefär 1 u. • Ta reda på atommassan för några vanliga grundämnen. • Vilket atomnummer har syre? Vilken atommassa har det? Vad kan du säga om antalet partiklar i kärnan och hur många av varje sort det finns? • Gör samma undersökning med några andra grundämnen. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 465 ➢5.43 Vad kan du få reda på genom periodiska systemet? Gör en sammanfattning av allt som du kan ta reda på genom att läsa periodiska systemet. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 466 5.44 Vilka egenskaper har en metall? I en metallbit kan valenselektronerna röra sig fritt mellan atomerna. Man kan alltså inte säga att de tillhör en särskild atom. Detta ger metallerna speciella egenskaper. • Försök visa hur valenselektronerna påverkar vilka egenskaper metaller har. • Sammanfatta metallernas egenskaper. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 467 5.45 Bilda jonföreningar Genom att ”läsa” periodiska systemet kan man räkna ut hur jonföreningar bildas och vilka formler de har. • Vad händer när en natriumatom och en kloratom reagerar med varandra? • Skriv formlerna för jonerna som bildas och hur de sätts ihop. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 468 ➢ 5.46 När smälter ett kolväte? • Ta reda på smältpunkt/kokpunkt för några molekylföreningar. • Jämför med smältpunkterna för några jonföreningar. Förklara skillnaden! KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 469 ➢5.47 Inga laddningar får bli över När jonföreningar bildas måste det alltid avges lika många elektroner som det tas upp. • Tänk dig att magnesium får brinna i klorgas. Hur många valenselektroner har magnesium? Vad händer med dem? Vilken jon bildas? • Hur många valenselektroner har klor? Vad händer? Vilken jon bildas? Hur kan det ”gå jämnt ut”? • Skriv formeln för magnesiumdiklorid. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 470 ➢5.48 Fyll i tabellen Ta med hjälp av periodiska systemet reda på vilka joner de olika ämnena i tabellen bildar. Rita av tabellen i dina anteckningar och fyll sedan i formlerna för jonföreningarna som bildas. Du får hjälp med den första. O2–S Cl Na+Na2O Mg Al KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 471 ➢5.49 Flera jonföreningar Även sammansatta joner kan bilda jonföreningar. • Ta reda på vilka formler och laddningar följande joner har: hydroxidjonen, sulfatjonen, karbonatjonen. • Låt jonerna bilda föreningar tillsammans med plusladdade joner. Välj vilka joner du vill använda själv! Skriv ner vad föreningarna heter. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 472 Fördiagnos Kapitel 5 Namn D Klass 1. Vad heter partiklarna som en atom är uppbyggd av? 2. a) Ge ett exempel på en syra och ett förslag på vilket pH-värde syran kan ha. b) Ge ett exempel på en bas och ett förslag på vilket pH-värde basen kan ha. 3. Vilket av ämnena A–E är ett grundämne? A. Luft B. Vatten C. Kol D. Sten E. Eld KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 473 Fördiagnos Kapitel 5 D Till läraren Uppgift 1 E (K10) Godtagbart svar: Protoner, elektroner och neutroner. Uppgift 1 är tänkt att ta reda på vad eleverna känner till om elementarpartiklar. Uppgift 2 E (K10) a) Godtagbart svar: saltsyra, pH ca 2 b) Godtagbart svar: natriumhydroxid, pH ca 10 Uppgift 2 är tänkt att repetera det som togs upp i kap 2. Uppgift 3 E (K10) Rätt svar: C Kol Uppgift 3 kan ligga till grund för undervisningen om det periodiska systemet. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 474 Bedömning av förmågor och kunskapskrav Kapitel 5 Namn/klass Betyg Matrisen visar vilka förmågor som prövas på vilken nivå i respektive uppgift. K-beteckningen (t.ex. K10) anger vilket kunskapskrav som prövas. (Se kunskapskraven i kapitel A.) Markera på vilken nivå eleven klarat uppgiften genom att sätta ett kryss i rutan. Förmåga Betyg E Betyg C Betyg A Eleven ska utveckla sin förmåga att använda kunskaper i kemi för att granska information, kommunicera och ta ställning i frågor som rör energi, miljö, hälsa och samhälle. ☐ Provuppgift 10: K1 ☐ Provuppgift 10: K1 ☐ Lab. Utvärdering e: K4 ☐ Lab. Utvärdering e: K4 Eleven ska utveckla sin förmåga att genomföra systematiska undersökningar i kemi. ☐ Lab. Hypotes: K5 ☐ Lab. Planering: K5, 9 ☐ Lab. Planering: K5, 9 ☐ Lab. Genomförande: K6 ☐ Lab. Genomförande: K6 ☐ Lab. Utvärdering b: K7 ☐ Lab. Utvärdering a: K7 ☐ Lab. Utvärdering d: K8 ☐ Lab. Planering: K5, 9 ☐ Lab. Genomförande: K6 ☐ Lab. Utvärdering d: K8 ☐ Lab. Utvärdering b: K7 Eleven ska utveckla sin förmåga att använda kemins begrepp, modeller och teorier för att beskriva och förklara kemiska samband i samhället, naturen och inuti människan. ☐ Provuppgift 1: K10 ☐ Provuppgift 4: K10 ☐ Provuppgift 9b: K11 ☐ Provuppgift 2: K10 ☐ Provuppgift 5: K10 ☐ Provuppgift 12: K14 ☐ Provuppgift 3: K12 ☐ Provuppgift 6: K10 ☐ Provuppgift 4: K10 ☐ Provuppgift 7: K10 ☐ Provuppgift 5: K10 ☐ Provuppgift 8: K11 ☐ Provuppgift 6: K10 ☐ Provuppgift 9b: K11 ☐ Provuppgift 7: K10 ☐ Provuppgift 11: K11 ☐ Provuppgift 8: K11 ☐ Provuppgift 12: K14 ☐ Provuppgift 9a: K11 ☐ Provuppgift 11: K11 ☐ Provuppgift 12: K14 KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 475 Prov Kapitel 5 P Atomer, joner och kemiska reaktioner 1. Para ihop partikel (A–D) med rätt beskrivning (a–d). A. Proton a) är positivt laddad B. Elektron b) rör sig runt kärnan C. Neutron c) består av minst två atomer D. Molekyl d) skapar isotoper 2. Vilken av atomens partiklar ger ett ämne dess kemiska egenskaper? 3. Para ihop metall (A–F) med rätt beskrivning (a–f). A. Järn a) används när man galvaniserar B. Koppar b) har den kemiska beteckningen Fe C. Titan c) är den vanligaste metallen i jordskorpan D. Guld d) är vanlig i elektriska ledningar E. Aluminium e) används vid benbrott F. Zink f) har den kemiska beteckningen Au 4. Vad är det för skillnad på guld och silver? 5. Vad är en jon? 6. Vilken typ av joner bildar ämnena i det periodiska systemets grupp 1? Motivera ditt svar. 7. Vad är en isotop? 8. Förklara vad som sker vid en neutralisation. 9. a) Vilket salt bildas om kalciumhydroxid Ca(OH)2 reagerar med saltsyra HCl? b) Skriv en reaktionsformel med kemiska beteckningar för reaktionen i 9a). 10. Kalkstensmjöl (kalciumkarbonat) är en svag bas som används för att med några års mellanrum neutralisera den försurning som sker av sjöar och skogsmark. Vore det inte en bra idé att i stället använda den starkare basen natriumhydroxid och då kunna använda lite mindre mängd? Motivera ditt svar. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 476 11. Förklara hur ett salt är uppbyggt. P 12. Tabellen visar metaller i den elektrokemiska spänningsserien. Metallerna är ordnade från de oädla metallerna till vänster, till de mer ädla metallerna till höger. I tabellen finns också det ungefärliga årtalet när metallen upptäcktes. Förklara varför de oädla metallerna upptäcktes mycket senare än de ädla metallerna? ← oädel ädel → Metall Ca Na Mg Al Zn Fe Pb Cu Ag Upptäckt år 1808 1807 1755 1825 1500 2 000 f. Kr. 5 000 f. Kr 8 000 f. Kr. 4 000 f. Kr. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... Au 5 000 f. Kr. 477 Facit och bedömningsanvisningar P Uppgift 1 E (K10) Rätt svar: A – a), B – b), C – d), D – c) Uppgift 2 E (K10) Godtagbart svar: Det är elektronerna (valenselektronerna) som ger ett ämne dess kemiska egenskaper. Uppgift 3 E (K12) Rätt svar: A – b), B – d), C – e), D – f), E – c), F – a) Uppgift 4 E (K10) Godtagbart svar: Guld är tyngre, mjukare, ädlare och dyrare än silver. Guld är mer gul färg än silver. C (K10) Godtagbart svar: Guld är tyngre, dyrare och en ädlare metall än silver. Guld är mer gul färg än silver. Guldatomerna har fler protoner, och elektroner, än vad silveratomerna har. Uppgift 5 E (K10) Godtagbart svar: En jon är en partikel med elektrisk laddning. C (K10) Godtagbart svar: Eleven förklarar att en jon är en atom som har lämnat eller tagit upp elektroner och då blivit positivt eller negativt laddad. Uppgift 6 E (K10) Godtagbart svar: Grundämnena i period 1bildar positiva joner, eftersom ämnena har en ensam elektron längs ut. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 478 C (K10) P Godtagbart svar: Eleven förklarar att grundämnena i period 1bildar positiva joner. Deras atomer har en ensam valenselektron i sitt yttersta skal som de lämnar ifrån sig för att få ett fullt skal. När atomen ger bort en elektron, får den fler protoner än elektroner och blir då plusladdad. Uppgift 7 E (K10) Godtagbart svar: Isotoper är varianter av samma grundämne, som väger olika mycket. C (K10) Godtagbart svar: Eleven förklarar att isotoper är varianter av samma grundämne. Ett grundämne kan ha olika antal neutroner i kärnan vilket gör att olika varianter av grundämnet får olika egenskaper, som vikt, kokpunkt osv. Uppgift 8 E (K11) Godtagbart svar: En neutralisation är när man blandar lika mycket av en syra och en bas tills blandningen får pH-värdet 7. C (K11) Godtagbart svar: Eleven förklarar att en neutralisation är när man blandar en syra och en bas tills blandningen får pH-värdet 7. Om man blandar lika mängder syra och en bas, reagerar vätejonerna med hydroxidjonerna och bildar vatten. Då blir lösningen neutral. Uppgift 9 a) E (K11) Godtagbart svar: Det bildas kalciumklorid b) C (K11) Godtagbart svar: Eleven ger en något felaktig reaktionsformel, som ändå kan anses godtagbar: Ca(OH)2 + HCl → CaCl + H2O A (K11) Godtagbart svar: Eleven ger en korrekt reaktionsformel: Ca2++ 2OH– + 2H+ + 2Cl– → CaCl2 + 2H2O KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 479 Uppgift 10 P E (K1) Godtagbart svar: Nej, det är inte någon bra idé. En stark bas som natriumhydroxid är frätande och dödar växter och djur. C (K1) Godtagbart svar: Eleven förklarar att om man tillsätter en stark bas stiger pHvärdet kraftigt och blir väldigt högt innan basen efter ett tag hinner spädas ut så att pH-värdet sjunker igen. Innan det har skett hinner växter och djur skadas eller dö eftersom levande organismer tål för höga pH-värden lika lite som låga värden. Uppgift 11 E (K11) Godtagbart svar: Ett salt är uppbyggt av en positiv och en negativ jon. C (K11) Godtagbart svar: Eleven förklarar att när negativa joner binds till positiva joner, bildas det ett salt i form av en kristall. Uppgift 12 E (K14) Godtagbart svar: Eleven förklarar att ädla metaller fanns i ren form i naturen och kunde lätt hittas. C (K14) Godtagbart svar: Eleven förklarar att de ädla metallerna inte reagerar så lätt med andra ämnen. Därför fanns de i ren form i naturen och kunde lätt hittas och bearbetas. A (K14) Godtagbart svar: Eleven förklarar att de ädla metallerna inte reagerar så lätt med andra ämnen och bildar stabila kemiska föreningar. Därför fanns de ädla metallerna i ren form i naturen, som kunde upptäckas lätt och bearbetas med enkla redskap. Däremot var de oädla metallerna bundna i olika kemiska föreningar med andra ämnen i berggrunden. De kunde bara upptäckas och användas om de först bearbetades med någon form av kemisk reaktion. Människan var först tvungen att uppfinna olika tekniker för att få fram dem i ren form. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 480 Laborationsprov Kapitel 5 L Lätt eller tung? Metaller väger olika mycket. Bly kan man till exempel använda som sänke när man metar eftersom det är en tung metall. Metallen titan, som man kan använda för att skruva ihop komplicerade benbrott med, är en väldigt lätt metall. Tunga metaller som bly tillhör en grupp metaller som kallas tungmetaller, medan titan tillhör gruppen lättmetaller. Hur vet man om en metall är en tungmetall eller en lättmetall? Ett sätt att ta reda på om metaller är tunga eller lätta, är att jämföra deras densitet. Har metallen en densitet under 4,5 g/cm3, är det en lättmetall. Vilken, eller vilka, av metallerna zink, aluminium och koppar är en lättmetall? Planeringsmall för en naturvetenskaplig undersökning Skriv en planering med följande innehåll: Det här är min hypotes. Så här kommer jag att genomföra min undersökning. Det här materialet kommer jag att använda. Det här är min riskanalys. För att få ett så tillförlitligt resultat som möjligt har jag tänkt på följande. Så här tänker jag redovisa mitt resultat. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 481 Laborationsrapport 1(4) – Lätt eller tung? Namn L Klass Min planering Lämna din färdiga planering till din lärare för godkännande. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 482 Laborationsrapport 2(4) – Lätt eller tung? Namn L Klass Lärarens kommentarer till din planering Genomför laborationen enligt din planering. Genomför laborationen enligt din planering, men justera den enligt nedan. Genomför laborationen enligt den färdiga laborationsinstruktionen. KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 483 Laborationsrapport 3(4) – Lätt eller tung? Namn L Klass Mitt resultat KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 484 Laborationsrapport 4(4) – Lätt eller tung? Namn L Klass Min utvärdering a. Jämför resultatet av undersökningen med din hypotes. b. Ge exempel på och förklara hur en teori eller modell, kan förutsäga resultatet av undersökningen. c. Stämde riskanalysen, om inte vad missade jag? d. Ge ett förslag på någon felkälla. Förklara hur du kan förbättra din undersökning så att den ger ett mer pålitligt och tydligt resultat. e. Visade min redovisning resultatet på ett bra sätt, om inte vad kan göras bättre? KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 485 Laborationsprov Kapitel 5 – Lätt eller tung? Namn L Klass Laborationsinstruktion Säkerhet: Använd normal skyddsutrustning, i övrigt ingen risk. Avfall: Inget avfall. Material: Mätcylinder 100 ml, digital våg, bitar av koppar, zink och aluminium. Genomförande: 1. Väg kopparbitens vikt på vågen och för in vikten i tabellen. 2. Mät upp exakt 40 ml vatten i mätcylindern. 3. Sänk ner kopparbiten i mätcylindern. 4. Läs av vätskenivån i cylindern och för in resultatet i tabellen. 5. Räkna ut kopparbitens volym genom att subtrahera 40 ml från din avlästa vätskenivå. För in volymen i tabellen. 6. Du kan nu räkna ut densiteten genom att dividera vikten med volymen. För in den beräknade densiteten i tabellen. 7. Gör likadant med de andra metallerna. Resultat: Material Vikt (g) Vätskenivå (ml) Volym (1 ml = 1 cm3) Densitet (g/cm3) Koppar Zink Aluminium KEMI Direkt Kopiering tillåten. ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 486 Laborationsprov Kapitel 5 – Lätt eller tung? L Instruktion till lärare Teori Densitet är ett ämnes massa per volymenhet och kan beräknas genom att man dividera massan med volymen. Enhet skrivs i antingen kg/m3 eller g/cm3. Aluminium tillhör gruppen lättmetaller, vilka definieras av att de har en densitet under ca 4,5 g/cm3. Gränsen uppåt mot tungmetallerna är inte så väl definierad utan varierar i litteraturen. Densiteten för metallerna i försöket: Aluminium 2,70 g/cm3 Koppar 8,92 g/cm3 Zink 7,14 g/cm3 Genomförande Ge eleverna metallbitarna innan de gör sina hypoteser. Bitarna bör vara olika stora, för att de inte ska vara så lätt att avgöra vilken metall som har lägst densitet. Man kan vika metallbitarna så att det går att få ner lite större bitar i mätcylindern. Se till att eleverna är noggranna med volymmätningen. Resultat Det korrekta resultatet på undersökningen ska vara att aluminium har den lägsta densiteten och koppar har den högsta densiteten. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 487 Laborationsprov Kapitel 5 – Lätt eller tung? L Bedömningsanvisning för laboration Hypotes (K5) E Eleven ställen en hypotes gällande vilken av metallerna koppar, zink och aluminium som har den lägsta densiteten. Planering (K5, K9) E Eleven genomför den färdiga laborationsinstruktionen. C Elevens planering kan med mindre justeringar leda fram till ett godtagbart resultat som går att tolka. Planeringen innehåller någon form av metodisk dokumentation. Justeringarna kan bestå av någon åtgärd för att öka noggrannheten eller komplettering av riskanalysen. Dokumentationen kan bestå av enklare tabeller. A Elevens planering innehåller någon form av systematik som gör att den kan leda fram till ett godtagbart resultat som går att tolka. Planeringen innehåller en metodisk dokumentation som är tydligt kopplad till metoden. Exempel på motivering: ”Jag gör om försöket två gånger”, eller ”Eftersom vatten har olika densitet vid olika temperaturer, måste jag göra mätningarna vid samma vattentemperatur”. Genomförande och resultat (K6) E Eleven genomför laborationen enligt den färdiga laborationsinstruktionen. Eleven använder utrustningen på ett godtagbart sätt samt redovisar ett fullständigt resultat. C Eleven genomför laborationen enligt sin planering, använder utrustningen på ett korrekt sätt, tar hänsyn till riskanalysen samt redovisar ett fullständigt resultat i en enklare tabellform. A Eleven genomför laborationen enligt sin planering, använder utrustning på ett säkert, ändamålsenligt och effektivt sätt. Eleven redovisar sina undersökningar på ett fullständigt, överskådligt och korrekt sätt. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 488 L Elevens utvärdering (K4, K7, K8) a. E (K7) Eleven kopplar sitt resultat till sin hypotes och drar en slutsats. b. E (K7) Eleven förklarar att om man har lika stora bitar kan man känna skillnad på tyngden. C (K7) Eleven förklarar att man kan man hitta de olika metallernas densitet i tabeller. c. Ingen utvärdering av riskanalys. d. C (K8) Eleven ger ett förslag på en felkälla som kan få mätningarna att variera t.ex. Det är svårt att läsa av mätcylindern exakt. A (K8) Eleven ger förslag på någon felkälla och motiverar hur den kan åtgärdas så att ett tydligare resultat kan erhållas. Exempel på elevsvar: ”Om jag använder en mätcylinder med bättre noggrannhet blir mätningen av volymen mer exakt eftersom det är lättare att läsa av den”, ”Om vattnets temperatur varierar, kan det ge ett felaktigt värde”, eller ”Vågen var inte tillräckligt exakt”. e. E (K4) Eleven gör en enkel laborationsrapport med planering, resultat och utvärdering. Försöket kan efter mindre förtydliganden, utföras av en annan person. C (K4) Eleven gör en komplett laborationsrapport med planering, resultat och utvärdering. Försöket kan utan förtydliganden utföras av en annan person. KEMI Direkt ©Sanoma Utbildning och författarna 5 Atomer, joner... 489
© Copyright 2024