Kemikurs år 9 Atomer, periodiska systemet och salter.

Det finns tre filmer på www.sli.se som jag rekomenderar varmt att man ser. Man ska kunna se dom som elev om man registrerar sig.
Klicka här för att registrera dig på SLI.SE

Det är Världens Byggstenar:

Upptäckten av grundämnena: http://www.sli.se/prodinfo.asp?a=DVD+2200&db=4

Grundämnenas ordning: http://www.sli.se/prodinfo.asp?a=DVD+2201&db=4

Grundämnenas utveckling – Att släppa lös kraften: http://www.sli.se/prodinfo.asp?a=DVD+2202&db=4

De är 50 minuter långa och täcker mer än väl det vi går igenom när det gäller grundämnestabellen.

Världens minsta film kom under 2013, det är IBM som har gjort en film med atomer: http://www.youtube.com/watch?v=ikTxU-yNDcQ

 

Nu till kursen..

Ämnens egenskaper beror på atomerna.

I en atom finns det positiva protoner(+), neutrala neutroner samt negativa elektroner(-). De två första finns i kärnan och tillsammans kallas de även nukleoner. Man kan bryta ner dessa partiklar i ännu mindre bitar (kvarkar), men de avhandlas inte i denna kurs. För den nyfikne kan det vara värt att läsa om dom ändå.

Vad är det för grundämne?

Det är den positiva protonen som avslöjar vilket ämne det är. Varje grundämne har ett atomnummer och det är egentligen antalet protoner i atomen. Finns det 1 proton är det alltid Väte det handlar om. Det finns 92 naturliga grundämnen sorterade i en stor tabell som heter Det Periodiska Systemet. det finns ett antal syntetiska, dvs tillverkade, grundämnen och de är ordnade från 93 och uppåt.

grundemnen

http://www.periodicvideos.com/

Elektronerna och skal.

En atom är alltid elektrisk neutral och därför finns det alltid lika många elektroner som det finns protoner. Tex, i litium finns det 3 protoner och varje har en positiv laddning. För att atomen skall vara elektriskt neutral så finns det motsvarande 3 elektroner som är negativa. +++ – – – = neutral. Pga av sin dragning till mitten likt magneter som snurrar runt vill de mot kärnan. Alla 3 elektroner får inte plats utom bara 2. Den sista elektronen hittar sin plats i en annan bana straxt utanför den första banan. Observera att nedanstående bild är inte korrekt, det är bara en enkel illustration. Exempelvis är den ritad som om den vore platt och det är fel.

lithium-shells

Första skalet har 2 platser. K-skalet.

Andra skalet har 8 platser. L-skalet.

Tredje har 8 platser (om inte atomen har fler elektroner än 20 för då får det plats 18). M-skalet.

Man liknar ofta detta med planetsystemet där solen är kärnan och planeterna är elektroner. Själv tycker jag att denna liknelse är åt skogen, försök lista ut varför.

Valenselektroner.

Den sista elektronen som nu befinner sig i L-skalet är nu en valenselektron. Ett ämnes olika egenskaper beror mycket på de elektroner som befinner sig i det yttersta skalet. Alla elektroner som befinner sig i det yttersta skalet kallas Valenselektroner.

 

Fulla skal.

En elektron ”vill” ha ett fullt yttre skal. Som i det här fallet med litium så finns det antingen 1 elektron för mycket eller sju för lite för att det skall vara ett fullt yttre skal. Det är mycket jobbigare att ta in sju än att ta bort en så litium kommer att, om det finns möjlighet, att låna ut sin elektron till ett ämne som saknar elektroner. Vi får då en förening. Två eller fler atomer delar elektroner så att de får ett fullt yttre skal. Man säger då att de har uppnått ädelgasstruktur. Ädelgaserna ha alltid fullt yttre skal nämligen. När föreningen av två eller flera atomer har uppnått ädelgasstruktur vill de inte så gärna reagera. De har nu inga skal som behöver ändras i, och då reagerar de inte.

 

Periodiska systemet.

Den moderna kemin föddes på 1600-talet. Då övergav man tanken om det fyra elementen och flogiston. Man förstod att det inte bara fanns fyra ämnen utan fler. På 1800-talet hade man upptäckt ca 50 grundämnen men man förstod inte riktigt kopplingen mellan dom. Många kemister försökte rangordna dom, vissa över vikt och andra över egenskaper. Mendelejev gjorde både och ursprunget till tabellen kom 1869. När han satte in sina ämnen uppkom det luckor. Nu blev det en tävling över vem som kunde hitta de ämnen som hade rätt egenskaper för att fylla i luckorna.

Det finns kolumner och rader i systemet. Raderna visar varje skal. tittar vi på rad skal börjar den med litium med en valenselektron och den slutar med neon som har 8 dvs fullt yttre skal. Därefter byter man rad och nästa ämne som har en valenselektron, natrium, är först. Sedan fylls skalet på med varje ämne till man når argon som har 8 valenselektroner, dvs fullt yttre skal. Varje rad kallas för Period.

När man tittar på periodiska systemets kolumner, uppifrån och ner, visar det sig att de har liknande egenskaper. Exempelvis Grupp 1 är väldigt reaktiva metaller som reagerar hastigt med vatten. Grupp 18 är ädelgaser som inte reagerar med något överhuvudtaget. kolumn kallas även för Grupp.

När en grupp har så starka gemensamma egenskaper kallas det även för Grundämnesfamiljer. Alkalimetaller (Grupp1), halogener (Grupp17), ädelgaserna (Grupp18) har väldigt starka gemensamma egenskaper. Det finns ytterligare en familj, alkaliska jordartsmetaller (Grupp2).

Bindningar.

Alla molekyler som sitter ihop med en annan har en bindning mellan sig. Det är en kraft som håller dom tillsammans. Det finns lite olika typer av bindningar och de är olika starka. Det finns bla jonbindningar, molekylbindningar och metallbindningar. Det finns fler men tas inte upp här.

Jonbindningar

Jonbindningar är när en metall och en icke metall finner varandra. Metallen har för många elektroner i sitt yttersta skal och icke metallen har för få. tillsammans uppnår dom ädelgasstruktur. Den med förmånga delar med sig till den som har för få. Bordssalt är ett bra exempel.

bonding_types-nacl

Utan vatten är bordssalt en fast kristall. Häller vi den i vatten löser föreningen upp sig. Om vattnet inte finns kvar längre kommer natrium och kloratomen att hitta varandra igen och bilda en kristall. Vad är det som händer? Jo natriumjonen (Na+) har en positiv laddning och kloratomen (Cl-) har en negativ. Vatten, som har kemiska namnet H2O har en positiv och negativ ända. Vätet i vattenmolekylen, som har en positiv laddning, kommer att bli attraherad av kloret med en negativ laddning. Syret i vattenmolekylen, som har en negativ laddning, kommer att bli attraherad av natriumet med en positiv laddning. Jonbindningen släpper.

nacl h20

Molekylbindning

Elektronparbindning eller molekylbindning. Kärt barn många namn.

Skillnaden mellan molekyl och jonbindning är att det i salter (dvs jonbindningar) finns det alltid en positiv metall som binder mot en negativ ickemetall. I molekylbindningen saknas metall delen. Här kan tex syre bindas med ett annat syre eller ett kol kan binda med fyra väte. Inga metaller inblandade.

Metallbindningar

Metaller kan också bindas tillsammans men det är inte valenselektronerna som binder. Här är det bara en enda röra och man kan säga att det är som ett hav av elektroner som böljar fram och tillbaka mellan alla skal, hullerombuller.

Vikt hos atomer.

Protonen väger 1u. Neutronen väger 1u. elektronen = nästan ingenting. Vi har inte med den i räkningen.

Syre har atomnummer 8. Siffran står egentligen för hur många protoner det finns i kärnan. Därmed har syre 8 protoner. Den har lika många neutroner. Detvillsäga att den har en vikt av 8u+8u=16u.

Vatten. Vatten består av 1 syre och 2 väte. Syre väger 16u. Väte består av 1 proton och ingen neutron (vanligt väte. Det finns undantag som vi ska titta på snart.) så väte väger bara 1u styck. Så.. H2O väger 16+1+1=18u. Man säger att atommassan för vatten är 18u.

Mol och molar.

När man ska mäta upp något ur en burk och mängden atomer ska bli rätt så använder man sig av ett uttryck som heter Mol. 1 mol är atommassan i gram. Mäter jag upp 18 gram vattenmolekyler får jag en mol vatten.

När man mäter upp koncentration i en lösning kallas det molar. Om hen häller ner 1 mol av ett ämne i 1 liter vatten får man en ”enmolarig lösning”. Konstigt blir det om man häller 1 mol vatten i 1 liter vatten. Då blir det konstigt. Men tex så har vi två molarig saltsyra när eleverna labbar. Dvs man mäter upp rätt atommassa på HCl, tar så många gram gånger 2, häller i 1 liter vatten.

Salter

Inom kemin finns det många fler salter än vad man är van vid hemma. Vanligtvis sägger man lite slarvig ”skicka saltet” när man sitter vid matbordet. Det skulle inte riktigt fungera i ett hem med kemister. Ett smeknamn är även Bordssalt. Det riktiga namnet är Natriumklorid (NaCl). I namnet hör den tränade att det är natrium och klorid. En metall (natrium) och en icke metall (klor). Det finns väldigt många olika sorters salter och många är mycket giftiga. Så fort en metall och en icke metall har en jonbindning mellan sig har man ett salt.

Bilda salter

Vissa joner binder starkare till varandra än andra. Låt säga att vi har fyra olika joner i en bägare. Vi har H+ Cl- Na+ och OH-. Detta låter som rena grekiskan MEN om man uttalar det står det, vätejoner klorjoner natriumjoner och hydroxidjoner. Det är delarna i saltsyra (HCl) och natriumhydroxid (NaOH). HCl är en stark syra och NaOH är en stark bas. Blandas dessa två starka vätskor kommer vätejoner och hydroxid joner att snabbt hitta varandra och bilda vatten molekyler. H+ + OH –>H2O

Vad finns då kvar? Jo natriumjoner och klorjoner. Det som man på sin höjd slarvigt kan säga som bordssalt.

H+ + OH –> H2O

Na+ + Cl –> NaCl

En syra + en bas –> Vatten + Salt

Syra och metall

Placerar man en metallbit i en bägare med syra får man alltid vätgas (H2)och ett salt. Vi tar magnesium (Mg) och saltsyra (HCl) som exempel. Vätejonerna har en förmåga att stjäla elektronerna från Mg. Mg har då underskott av elektroner i sitt yttersta skal. Klor som i jonlösning har två elektroner förmycket i sitt yttersta skal och delar då med sig av elektronerna. Detta är nu i en lösning dvs i vätskeform. Skulle man avdunsta vätskan skulle bara Magnesiumkloriden finnas kvar och bli en fällning på glaskanten.

Syra + Metall –> Salt + Vätgas

Syra och metalloxid

Vad är en metalloxid då? Jo det är när syre (O) har bundit till en metall. Vi har tex CuO, kopparoxid. FeO järnoxid. MgO magnesiumoxid.

Syran som avger vätejoner attackerar syret och bildar vatten. Syre som har två valens elektroner behöver två vätejoner för att bli elektriskt neutral. Skulle ex MgO placeras i HCl får vi Mg2+ + o2- H+ och Cl- i en ända stor röra. Vätet attackerar syret men det behövs två väte. Mg skulle vid en indunstning bilda MgCl. Mg har två valenselektroner för lite så det behövs två st Cl joner.

2H+ + O2- -> H2O

2 be continued…

http://www.ptable.com/?lang=sv

http://sv.wikipedia.org/wiki/Periodiska_systemet

 

20130927-153325.jpg