Kosmos SF kapittel 3 nynorsk by Cappelen Damm

KOSMOS PER AUDUN HESKESTAD • AGNETE ENGAN

HARALD LIEBICH • HILDE CHRISTINE MYKLAND

KAROLINE NÆRØ • SVEIN ARNE EGGEBØ VALVIK NATURFAG FOR STUDIEFØRBUANDE UTDANNINGSPROGRAM

LÆREBOK • NYNORSK

© CAPPELEN DAMM AS, 2020 ISBN 978-82-02-65286-9 7. utgåva, 1. opplaget 2020 Kosmos SF følger læreplanen for Kunnskapsløftet LK20 i faget naturfag og er laga til bruk på studieførebuande utdanningsprogram på Vg1 i vidaregåande skule. Hovudillustratør: Bjørn Norheim Illustrasjon s279: Terje Sundby/Keops Omslagsdesign: Kristine Steen/07 Media Omslagsfoto: Getty Images/yanikap Grafisk formgiving: Kristine Steen/07 Media Forlagsredaktørar: Anne Muniz og Martine Kloster Trykk og innbinding: Livonia Print, Latvia 2020 Nynorsk omsetting: Dag Kristian Ellingsen Boka er sett i Berling 11 punkt og trykt på 100 g G-print Materialet i denne publikasjonen er omfatta av føresegnene i åndsverkloven. Utan særskild avtale med Cappelen Damm AS er all framstilling av eksemplar og tilgjengeleggjering berre tillate i den utstrekninga det er heimla i lov eller tillate gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettshavarar til åndsverk. Utnytting i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndraging, og kan straffast med bøter eller fengsel. www.cdu.no www.kosmos.cdu.no

Innhald Forord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1 Naturvitskap . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1 Kva er naturfag? . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 Korleis jobbar vi med naturfag? . . . . 10 1.3 Modellar og teoriar i naturfag . . . . . . 17 1.4 Programmering i naturfag . . . . . . . . . 21 1.5 Usikkerheit, kjeldekritikk og formidling av forsking . . . . . . . . . . . . 26 Samandrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Oppgåver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Øvingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2 Bølger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.1 Bølger og svingingar . . . . . . . . . . . . . 36 2.2 Mekaniske bølger . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.3 Elektromagnetiske bølger . . . . . . . . . 43 2.4 Bølgefenomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.5 Trådlaus kommunikasjon . . . . . . . . . 52 2.6 Trådlause kommunikasjonssystem i den digitale kvardagen vår . . . . . . . . 53 2.7 Overføring av digital informasjon . . . 56 2.8 Utvikling av nye kommunikasjons system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Samandrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Oppgåver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Øvingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Stoff og bindingar . . . . . . . . . . . . 73

3.1 Atom og atommodellar . . . . . . . . . . . 74 3.2 Grunnstoff og periodesystemet . . . . . 76 3.3 Stoff reagerer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 3.4 Ionebinding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3.5 Elektronparbinding . . . . . . . . . . . . . . 86 3.6 Metallbinding . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.7 Vatnet sine eigenskapar . . . . . . . . . . 93

3.8 Stoff og faresymbol . . . . . . . . . . . . . . 97 3.9 Avfallshandtering . . . . . . . . . . . . . . . 98 Samandrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Oppgåver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Øvingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

4 Karbonsambindingar . . . . . . . . 109 4.1 Kvifor er karbon så spesielt? . . . . . . 110 4.2 Uorganiske karbonsambindingar . . . 111 4.3 Organiske sambindingar og organisk kjemi . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 4.4 Hydrokarbon . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 4.5 Alkoholar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 4.6 Organiske syrer . . . . . . . . . . . . . . . . 120 4.7 Plast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Samandrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Oppgåver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Øvingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Næringsstoffa i maten . . . . . . . 135

5.1 Næringsstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 5.2 Energi i maten . . . . . . . . . . . . . . . . 137 5.3 Organiske sambindingar blir danna i fotosyntesen . . . . . . . . . . . . 139 5.4 Protein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 5.5 Karbohydrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5.6 Feitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 5.7 Næringsstoff som ikkje gir energi . . 148 5.8 Vatn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 5.9 Fordøying av næringsstoffa . . . . . . . 151 Samandrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Oppgåver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Øvingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

Livsstil og helse . . . . . . . . . . . . . 161

9 Bioteknologi . . . . . . . . . . . . . . . 263

6.1 Livsstil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 6.2 Kosthald som livsstilsfaktor . . . . . . . 163 6.3 Mat og miljø . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 6.4 Aktiv livsstil . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 6.5 Vekt og slanking . . . . . . . . . . . . . . . 173 6.6 Livskvalitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Samandrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Oppgåver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Øvingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

9.1 Tradisjonell og moderne bioteknologi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 9.2 Genmodifiserte organismar (GMO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 9.3 Kor skeptiske bør vi vere til genmodifisering? . . . . . . . . . . . . . 271 9.4 Gentestar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 9.5 DNA-profilar . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 9.6 Genterapi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 9.7 Kloning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 9.8 Stamceller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 Samandrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 Oppgåver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Øvingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

7 Stråling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 7.1 Elektromagnetisk stråling . . . . . . . . 190 7.2 Radioaktiv stråling . . . . . . . . . . . . . 194 7.3 Ioniserande stråling . . . . . . . . . . . . 199 7.4 Nytte av ioniserande stråling . . . . . . 202 7.5 Kva finst der oppe? . . . . . . . . . . . . . 205 7.6 Det store smellet – big bang-teorien . . . . . . . . . . . . . . 207 Samandrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Oppgåver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Øvingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Arv og evolusjon . . . . . . . . . . . . 219

8.1 Genetikk – eit lite tilbakeblikk . . . . 220 8.2 DNA er arvestoffet . . . . . . . . . . . . . 221 8.3 Samanhengen mellom DNA og kromosom . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 8.4 Formeiring – celler deler seg . . . . . . 227 8.5 Arv og krysning . . . . . . . . . . . . . . . 229 8.6 Andre typar arv . . . . . . . . . . . . . . . . 232 8.7 Miljøet påverkar genane våre . . . . . 235 8.8 Grunnlaget for genetisk variasjon . . 237 8.9 Evolusjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 8.10 Når mennesket påverkar evolusjonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 8.11 Klimaendringar og evolusjon . . . . . . 247 Samandrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Oppgåver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 Øvingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

10 Kretsløp og miljø . . . . . . . . . . . 295 10.1 Karbon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 10.2 Kretsløpet til karbonet . . . . . . . . . . 298 10.3 Klimagassar . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 10.4 Følger av global oppvarming . . . . . 304 10.5 Global oppvarming må stansast . . . 309 10.6 Miljøgifter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 10.7 Tiltak mot miljøgifter . . . . . . . . . . . 313 Samandrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Oppgåver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 Øvingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 Ordforklaringar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Stikkord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 Bildeliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

Forord Om Kosmos SF Kosmos SF er eit læreverk som dekker den nye læreplanen frå 2020 i naturfag. I arbeidet med boka har vi vore opptatt av å legge til rette for djupnelæring gjennom å presentere sentralt fagstoff på ein oversiktleg måte, samtidig som vi ønsker å stimulere til nysgjerrigheit og undring hos elevane. Dette har vi gjort ved å bruke varierte og aktuelle eksempel som vi håper vil skape engasjement hos elevane. Slike eksempel finst også i fagstoff markert med «meir om». Der finn ein også relevante fordjupingstekstar. I tillegg har vi lagt inn opne refleksjonsspørsmål undervegs i teksten. Dei eignar seg godt til diskusjon i klassen og kan bidra til å skape undring hos den enkelte eleven. I studiedelen har vi laga varierte oppgåver som bidrar til forståing av fagstoffet i boka. Vi har også laga meir opne oppgåver og forsøk som i mindre grad har eit bestemt svar eller framgangsmåte. Dei legg til rette for læring innanfor dei tverrfaglege temaa i læreplanverket. Med innføringa av programmering som eige kompetansemål i naturfag har vi lagt særleg vekt på å finne eksempel på naturfaglege fenomen der programmering kan bidra til naturfagleg innsikt hos elevane. Vi har lagt vekt på å lage oppgåver med ulik vanskegrad, slik at elevar på alle nivå vil finne oppgåver dei kan lære av. Desse ligg på nettstaden til boka, der teori, eksempel og oppgåver er samla, slik at elevane kan jobbe med stoffet i sin heilskap. Til ein del av oppgåvene er det praktiske oppgåver som skal utførast i klassen i forkant, slik at elevane lettare kan forstå hensikta med programmeringsoppgåva. Til eleven I starten av kvart kapittel finn du dei relevante kompetansemåla frå læreplanen. Du får ei rask og grei oversikt over stoffet i læreboka ved å lese faktarammene undervegs i teksten og samandraget i slutten av kvart kapittel. I tillegg bruker vi mange stader tabellar som summerer opp sen-

trale element i teksten. Ord som kan vere nye, er kursiverte, det same er sentrale omgrep første gong dei blir presenterte. Kursiverte ord blir forklarte, enten i den samanhengen der du møter dei, eller i eigne margtekstar. I tillegg vil du finne dei fleste av desse orda i ordforklaringslista bak i boka. Bruk ordforklaringslista aktivt når du treffer på ord du er usikker på. Du kan gå grundigare inn i dei forskjellige temaa ved å arbeide med ekstrastoffet. Figurane og fotografia er viktige. Dei utfyller teksten og kan ofte belyse eit tema betre enn mange ord. Høyr deg sjølv-oppgåver kjem etter kvart delkapittel og hjelper deg med å lære det mest sentrale. Skal du lære naturfag, er det viktig å jobbe med stoffet. I studiedelen etter kvart kapittel finn du oppgåver som er knytte direkte til fagteksten i kapittelet, i tillegg til oppgåver der du ikkje vil finne svaret i boka. Her må du bruke kunnskapen og ferdigheita du tileignar deg undervegs, til å finne moglege svar, gjerne ved hjelp av andre kjelder enn boka. I tillegg finn du praktiske øvingar som vil bidra til ytterlegare innsikt i naturfaglege arbeidsmåtar. Hugs at naturfag i stor grad er eit praktisk fag. På nettstaden til Kosmos finn du ein eigen programmeringsdel med teori, eksempel og oppgåver knytte til ulike naturfaglege fenomen. I tillegg finn du interaktive oppgåver, animasjonar, filmar, meir lærestoff, nyttige lenker, løysingsforslag til oppgåver og tips til aktivitetar. Vi takkar språkkonsulent, teiknarar, kollegaer, elevar og andre for gode råd og konstruktive innspel i arbeidet med boka. Lykke til med naturfag! Agnete Engan Per Audun Heskestad Harald Liebich Hilde Christine Mykland Karoline Nærø Svein Arne Eggebø Valvik 5

Høyr deg sjølv

ssen som gjer at vi evolusjon om heile prose I dag bruker vi omgrepet endre seg, og korleis ein art, korleis artar kan får variasjonar innanfor er årsaka til fanog tida sjon føregår heile nye artar blir danna. Evolu på jorda. mangfald av livsformer tastiske tilpassingar og

HØYR DEG SJØLV

1. 2. 3. 4. 5.

for ein art? genetisk variasjon innan Kvifor er det viktig med eiring gi genetisk variasjon? Korleis kan kjønna form Kva er ein mutasjon? ? Forklar. ørt til neste generasjon Kan ein mutasjon bli overf føre til evolusjon? Korleis kan mutasjonar

Reisene til Charles Darwin aget for (1809–1882) la grunnl g utval teorien hans om naturle på jorda. og utvikling av artane

Faktaramme

singar har denne

art du kjenner. Kva tilpas Ta utgangspunkt i ein et sitt? arten gjort til leveområd

lar om korleis Evolusjonsteorien hand Evolusjon betyr utvikling. eller mindre at alt liv på jorda i større artar utviklar seg, og om ndre. grad er i slekt med kvara

8.9 Evolusjon

avet til artane (1859) in som i boka Om opph Det var Charles Darw utviklinga av det sjon. Teorien forklarer evolu om n teorie fram først la in gjorde ei rekke stuav artar på jorda. Darw store mangfaldet vi har mange ulike anna blant og dyr. Han studerte dium av både plantar kalla finkar. Dei mest ei gruppe småfuglar kjempeskjelpadder og msegling da han gjorde han under ei jordo avgjerande observasjonane ligg utanfor kysten av Galápagosøyane, som innom var anna blant kor mange artar som såg han med eigne auge Sør-Amerika. På turen e var. På baktil kor like mange av artan e merk også la han fanst. Og formulerte han dei andre sine observasjonar grunn av sine eigne og samansette meir til eg utvikling frå enklare første ideane om ei mogl jorda i større eller minis alle former for liv på livsformer, og om korle kvarandre. dre grad er i slekt med

Refleksjonsspørsmål

Basisstoff

Kursivord

Finkane til Darwin

av Først etterpå, inspirert på Galápagosøyane. så opptatt av finkane fuglane, fatta han interDarwin var sjølv ikkje variasjonen hos desse hadde gjort av den store like ut, men hadde observasjonane andre i slekt. Finkane såg ganske vere å til ut såg som ig av kva øy dei levde esse for kor mange artar på nebba sine, avheng hadde dei ulik fasong ulike fuglane åt, og ulikt levesett. Blant anna var tilpassa maten dei med at fasongen på nebbet hadde stranda på på. Darwin konkluderte same art som ein gong a frå nokre få fuglar av stamm nlegvis at dei sannsy e øyane. desse avsidesliggand

MEIR OM

gosøyane. Ulike finkar på Galápa rm er ei Utviklinga av ulik nebbfo å ete. tilpassing til kva dei fann

ing.

Evolusjon betyr utvikl

3 1

gruppe Ein populasjon er ei lever individ av ein art som e. i same områd

til ulike Tilpassingar artar gjer aste formiljø, kan ta dei utruleg berre i mer. Skeivnebblo finst den einaste New Zealand. Det er har eit fuglearten i verda som sida. nebb som er bøygd til han for å Denne tilpassinga har under kunne leite etter mat derfor særrunde steinar. Han er gjeld val av deles kresen når det berre i elvar leveområde, og finst steinane der vatn rt glaskla med storleik. er runde og av ein viss

rleg utval Evolusjon skjer ved natu e fleire avkom enn det får i løpet av livet mang Dei fleste organismar se om ressursane. Ofte det blir stor konkurran som kan leve opp, og som døyr, i ein popusom overlever, og kven avgjer reine tilfelle kven ida som har r 8.1 eve størst for dei indiv å overl n forFigu lasjon. Likevel er sjanse et dei lever i. Dersom dei best tilpassa miljø eigenskapar som gjer førte vidare bli dei vil arv, i overleving, går eigenskapane som gir auka føre til endringar i generasjonar kan dette til avkommet. Etter fleire enn dei var ge vanle eigenskapar blir meir populasjonen, slik at nokre 8 • Arv og evolusjon

241

240

Illustrasjonar/bilde

Slik er boka bygd opp: Basisstoff: Dette er stoff som alle elevar skal lese. Her er det viktigaste tatt med (læreplanstoffet).

Margtekst

Ekstrastoff

Kursivord: Sentrale ord i teoristoffet er kursiverte. Nokre av orda er forklarte der dei er brukte, andre finn du meir om i ordforklaringslista bak i boka.

Ekstrastoff: Dette behøver ikkje alle elevar å lese. Her står det interessant tilleggsstoff eller stoff som er ei fordjuping av læreplanstoffet.

Faktaramme: Her finn du ei oppsummering av sentralt stoff i avsnittet du nettopp har lese.

Margtekst: Margtekstar inneheld ordforklaringar eller utdjupar basisteksten.

Illustrasjonar/bilde: Gjer levande og forklarer teksten i teoristoffet.

Refleksjonsspørsmål: Opne refleksjonsspørsmål finn du undervegs i teksten. Dei kan bidra til undring og diskusjon i klassen.

Høyr deg sjølv: Oppgåver som hjelper deg å lære det mest sentrale i delkapittelet.

3 Stoff og bindingar Har du tenkt over at alt du har rundt deg, er bygd opp av kjemiske stoff? Kjemi er læra om grunnstoffa, dei kjemiske sambindingane og reaksjonane mellom dei. Kjemiske reaksjonar mellom stoff gir moglegheit for alt liv på jorda og driv alle funksjonar i levande organismar. Kvifor er diamant hardt og blyet i blyanten mjukt når begge består av det same grunnstoffet? Kvifor flyt isbitar i vatn? Kunnskap om dei kjemiske stoffa og kva eigenskapar dei har, kan hjelpe deg med å forklare mange fenomen du kanskje har undra deg over eller kjem over i kvardagen. DETTE LÆRER DU OM:

• utforske og gjere greie for samanhengar mellom kjemiske bindingar og eigenskapar til ulike stoff

• risikovurdere eigne undersøkingar og handtere avfallet frå desse på ein forsvarleg måte

I DETTE KAPITTELET LÆRER DU OM:

3.1 Atom og atommodellar

• grunnstoff og kjemiske sambindingar

• kjemiske reaksjonar og reaksjonslikningar

• ionebinding,

elektronparbinding og metallbinding

• korleis bindingar påverkar eigenskapane hos stoff

• faremerking på stoff og avfallshandtering

Elektron

–

e–

Nøytron

+ p+ –

e–

Proton

Modell av eit heliumatom.

Figur 3.2b

Atoma er byggesteinane i stoffa. Dei er svært små, og vi kan ikkje sjå dei i eit vanleg lysmikroskop. Gjennom eksperiment og ved hjelp av moderne instrument, for eksempel elektronmikroskop, har forskarar utvikla forskjellige modellar som forklarer korleis atoma er bygde opp. Ein modell er skjematisk og gir ofte ei svært forenkla framstilling. Modellen av heliumatomet i margen er svært forenkla. Han viser partiklar som atoma er bygde opp av, men har ikkje rett forhold mellom sentrum i atomet – kjernen – og heile atomet. Dersom vi forstørrar kjernen så han blir som eit lite knappenålshovud, vil avstanden til elektrona vere lengre enn lengda av eit klasserom. Det meste av atomet består derfor av tomrom. Tidlegare trudde ein at atoma var dei minste byggesteinane i stoff. I dag veit vi at atoma er bygde opp av mindre byggesteinar – proton, nøytron og elektron. Proton og nøytron blir kalla kjernepartiklar. Elektronet blir rekna som ein elementærpartikkel. Elementærpartiklane er dei minste, udelelege partiklane i naturen. Tidlegare blei også protonet og nøytronet rekna som elementærpartiklar, men det har vist seg at dei er bygde opp av mindre einingar (kvarkar). Tabellen nedanfor gir ei oversikt over partiklane som bygger opp atom, og over nokre sentrale omgrep.

Proton

er små partiklar i sentrum av atoma, det vil seie i atomkjernen. Eit proton er positivt ladd, og vi bruker symbolet p+ for eit proton. Protonet blei påvist rundt år 1900.

Nøytron

er små partiklar i atomkjernen. Nøytrona er nøytrale, og vi bruker symbolet n for nøytronet. Nøytronet blei påvist i 1932.

Elektron

er svært små partiklar. Dei har negativ ladning og beveger seg hurtig rundt atomkjernen. Vi bruker symbolet e− for eit elektron. Elektronet blei påvist rundt år 1900.

Nukleon

betyr kjernepartikkel. Det er eit felles namn for proton og nøytron. Proton og nøytron har om lag same masse, og dei to partiklane proton og nøytron har kvar nesten to tusen gonger større masse enn eit elektron. Det meste av massen til eit atom finst derfor i atomkjernen.

Elementærladning

er den minste ladningen vi veit om. Det er ladningen til protonet og elektronet. Eit elektron og eit proton er motsett ladde, men desse ladningane har like stor verdi. Eit atom som har like mange elektron som proton, er nøytralt. Det har derfor ingen ladning.

Elementærpartiklar

Dei minste udelelege partiklane i naturen. Elektronet er ein elementærpartikkel.

Atom er byggesteinar i dei kjemiske sambindingane. Atomet har ein kjerne med proton og nøytron, og elektron som beveger seg rundt atomkjernen.

Atommodellar På førre side såg du ein modell av eit heliumatom. Denne modellen viser kor mange proton, nøytron og elektron atomet har. Forskjellige atommodellar beskriv ulike eigenskapar hos atoma. Ein mykje brukt modell er skalmodellen. Elektron som har om lag same energi og gjennomsnittsavstand til kjernen, seier vi tilhøyrer same elektronskal. Skala får nummer frå 1 og oppover. Det høgaste antalet elektron som kan vere i elektronskal nr. n, finn vi av formelen 2n2. Da er det plass til 2·12 = 2 elektron i skal 1, 2·22 = 8 elektron i skal 2 osv. Tidlegare har du kanskje lært at det ikkje er meir enn 8 elektron i eit elektronskal (oktettregelen)? Dersom du ser i periodesystemet bak i boka, legg du merke til at mange atom har langt meir enn 8 elektron i fleire av elektronskala. For dei 20 første grunnstoffa finst det likevel aldri meir enn 8 elektron i eit elektronskal. Skalmodellen blir brukt til å vise elektronfordelinga til grunnstoffa, men han forklarer ikkje kvifor elektronfordelinga er som ho er. Du kjem til å lære om andre atommodellar dersom du vel å ta kjemi som fag vidare.

3. skal (M-skal)

–

2. skal (L-skal) 1. skal (K-skal)

Skalmodellen viser elektronfordelinga i aluminiumatomet. Det er 13 proton (p+) i kjernen og til saman 13 elektron (e–).

– –

–

Kjerne

–

13+

–

– –

–

Ifølge skalmodellen er kjernen positivt ladd, og elektrona rundt er negativt ladde. Kvifor blir ikkje elektrona trekte inn mot kjernen når vi veit at motsette ladningar tiltrekker kvarandre?

Figur 3.4

HØYR DEG SJØLV

1. 2. 3. 4. 5.

Kva blir meint med elementærpartiklar? Kvifor blir ikkje proton og nøytron rekna som elementærpartiklar? Kva fortel skalmodellen om korleis atom er bygde opp? Kor mange elektron er det plass til i dei tre første elektronskala? Kor mange elektron finst det maksimalt i det ytste elektronskalet til eit atom?

3 • Stoff og bindingar

3.2 Grunnstoff og periodesystemet

Gullbarrar (kjemisk symbol Au) og sølvbarrar (kjemisk symbol Ag).

Grunnstoff og kjemiske sambindingar Eit grunnstoff består av berre éin type atom. Alle atom som har same antal proton i kjernen, tilhøyrer det same grunnstoffet. Grunnstoffa har namn som ofte stammar frå latin eller gresk, og kvart grunnstoff har eit kjemisk symbol. Symbolet består av éin eller fleire bokstavar. Den første bokstaven er stor og dei neste små. Oksygen har symbolet O, hydrogen H og kobolt Co. Nokre grunnstoff har ulike namn i forskjellige land. For eksempel heiter grunnstoff nr. 80 kvikksølv på norsk og mercury på engelsk. Symbolet er likevel det same, nemleg Hg. Atomnummeret til eit grunnstoff er lik talet på proton i kjernen. Atom som har same antal proton, men varierande antal nøytron i kjernen, seier vi er isotopar av eit grunnstoff. Karbon, som er grunnstoff nr. 6, har for eksempel 3 isotopar. Alle har 6 proton i kjernen, men talet på nøytron varierer mellom 6,7 og 8. Isotopen med 6 nøytron er den vanlegaste. For alle grunnstoff har vi ein bestemt måte for å skrive kor mange proton og nøytron (nukleonar) dei har i kjernen. Vi viser dette for karbon slik: Nukleontal = antal proton + antal nøytron Atomnummer = antal proton

C 6

Kjemisk symbol for karbon

Ei kjemisk sambinding er danna ved at to eller fleire atom frå forskjellige grunnstoff har reagert med kvarandre. Vatn er eit eksempel på ei kjemisk sambinding. Formelen er H2O. I eit vassmolekyl er to hydrogenatom og eitt oksygenatom bundne saman. CO er den kjemiske sambindinga karbonmonoksid, som består av eitt karbonatom og eitt oksygenatom. Co er grunnstoffet kobolt. Det har berre éin type atom. Som du ser, er det svært viktig å skilje mellom store og små bokstavar i dei kjemiske symbola.

Figuren viser korleis vassmolekylet (ei kjemisk sambinding) er bygd opp av atom. Vassmolekylet har formelen H2O.

Oksygenatom O H

Figur 3.6

–

Hydrogenatom

Kjemisk sambinding

–

Vassmolekyl, H2O

– –

Elektron Oksygenatom

– –

–

Kjerne

Modell av eit oksygenatom Atom

Betyr HF og Hf det same i kjemien? Kva med CS og Cs? Finn ut.

Eit grunnstoff består av berre éin type atom. Atom som har same antal proton, men varierande antal nøytron i kjernen, er isotopar av eit grunnstoff. To eller fleire atom frå forskjellige grunnstoff dannar ei kjemisk sambinding.

Dmitrij Mendelejev (1834−1907).

Periodesystemet Gjennom eksperiment og grundige undersøkingar forsøkte fleire kjemikarar tidleg på 1800-talet å systematisere og klassifisere grunnstoffa. Den russiske kjemikaren Dmitrij Mendelejev klarte å kombinere forskingsresultata. I 1869 konstruerte han eit periodisk system med dei 65 grunnstoffa som var kjente den gongen. Vi bruker dette periodesystemet i dag, med berre nokre få endringar, men no med heile 118 grunnstoff. Grunnstoffa er ordna etter stigande atomnummer. Atomnummeret viser kor mange proton det er i kjernen til atoma av eit bestemt grunnstoff. Dei første 92 grunnstoffa finst naturleg. Resten er kunstig framstilte. Dei siste grunnstoffa som kom på plass i systemet, var nummererte frå 113 til 118. Desse grunnstoffa blei offisielt anerkjente i 2015. Du finn namna på desse grunnstoffa i periodesystemet bak i boka. Ein modell av atoma til eit grunnstoff og plasseringa i periodesystemet er ei god hjelp til å tolke og vurdere reaksjonar mellom grunnstoffa. Modellen hjelper oss også til å forstå kva slags kjemiske bindingar som held atom saman, blant anna når dei dannar ulike kjemiske sambindingar. Du skal lære meir om kjemiske bindingar seinare i kapittelet. Atoma av grunnstoff som har like mange elektron i det ytste elektronskalet, er plasserte i same gruppe (loddrett kolonne) i periodesystemet. Talet på elektron i det ytste skalet bestemmer svært mange av dei kjemiske eigenskapane til eit grunnstoff. Derfor finn vi mange felles eigenskapar, for eksempel lik reaksjonsevne, hos grunnstoffa som høyrer til same gruppe. I gruppe 1 har alle stoffa eitt elektron i det ytste elektronskalet. Det gjer at stoffa i denne gruppa er svært reaktive, for dei gir lett frå seg dette ytterelektronet. I ein periode (vassrett rad) har grunnstoffa like mange elektronskal. Bortover i ein periode – frå venstre mot høgre – aukar talet på proton i kjernen og talet på elektron med éin for kvart nytt grunnstoff.

3 • Stoff og bindingar

Gruppe (1–18) 1

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Periode (1–7)

2 3 4 5 6 7

Metall

Halvmetall

Ikkje-metall

Figur 3.8 Periode vil seie noko som gjentar seg, og i kvar periode blir den same tendensen gjentatt, som i perioden ovanfor. Både dei fysiske og kjemiske eigenskapane til grunnstoffa endrar seg bortover i ein periode. I periodesystemet finn vi for eksempel metalla til venstre og ikkjemetalla heilt til høgre. Mange av ikkje-metalla er gassar. Mange av grunnstoffa vi bruker på laboratoriet på skulen, finst blant dei tjue første grunnstoffa i periodesystemet. Derfor har vi laga eit lite periodesystem – eit utdrag av det store periodesystemet – som berre inneheld desse grunnstoffa. Det vesle periodesystemet finn du framme i boka.

I ei gruppe (loddrett rad) i periodesystemet har grunnstoffa like mange elektron i det ytste elektronskalet. I ein periode (vassrett rad) har grunnstoffa like mange elektronskal. Bortover i ein periode aukar talet på proton og elektron med éin for kvart nytt grunnstoff.

Edelgasstruktur og åtteregelen Bortover i ein periode aukar antalet elektron i det ytste skalet. Når dette elektronskalet har åtte elektron, begynner ein ny periode med neste grunnstoff heilt til venstre i gruppe 1. Unntaket her er den første perioden, der grunnstoff nr. 2, helium, berre har to elektron i det eine elektronskalet sitt. Grunnstoffa i gruppe 18, med åtte elektron i det ytste skalet, kallar vi edelgassar. Vi seier at dei har edelgasstruktur. Edelgassane er svært stabile og reagerer derfor nesten ikkje med andre stoff. I første periode finst det berre to grunnstoff, hydrogen og helium, og dei har elektrona sine i det første og einaste skalet dei har. 78

Ballongar fylte med helium. Helium er lettare enn luft, derfor går ballongane oppover.

Helium har fullt skal, to elektron, og har eigenskapar som edelgassane i gruppe 18. I periodesystemet kan vi sjå at dei fleste atoma har meir enn åtte elektron i mange av skala, men det er aldri meir enn åtte elektron i det ytste skalet. Det viser seg at atom er stabile når det er åtte elektron i det ytste skalet, slik det er hos edelgassatoma. Ei slik elektronfordeling kallar vi edelgasstruktur. I kjemiske reaksjonar vil atoma derfor reagere med kvarandre for å prøve å få til den same elektronfordelinga som edelgassane har. Dette kallar vi åtteregelen eller oktettregelen.

Studer elektronfordelinga til grunnstoff 36. Kvifor blir elektronfordelinga slik, trur du?

I kjemiske reaksjonar vil atoma prøve å oppnå edelgasstruktur med åtte elektron i det ytste skalet. Dette kallar vi åtteregelen (oktettregelen). Edelgasstruktur gir stabile kjemiske sam bindingar.

HØYR DEG SJØLV

1. Kva er eit grunnstoff? 2. Kva er ei kjemisk sambinding? 3. Kva kjenneteiknar grunnstoff i same periode og same gruppe i periodesystemet? 4. Kva blir meint med edelgasstruktur?

3 • Stoff og bindingar

3.3 Stoff reagerer Kva skjer dersom du legg ein metallbit i vatn? Vel, det kjem kanskje an på metallet? Ein bit av metallet kalsium vil reagere annleis enn for eksempel kopar. Kan jern brenne? Kva med andre metall? Desse spørsmåla kan du finne svar på blant anna ved hjelp av eksperiment. Men det er ein fordel å vite litt om korleis forskjellige stoff er bygde opp, og korleis oppbygninga påverkar evna til å reagere. Du kan finne mykje informasjon gjennom å sjå på plasseringa til eit stoff i periodesystemet. Da ser du blant anna kor mange ytterelektron stoffet har. Det påverkar i stor grad korleis stoffet reagerer.

Dei to metalla magnesium og jern i vatn før reaksjon (t.v.) og etter reaksjon (t.h.). Vi ser tydeleg at det har skjedd ein reaksjon i begerglaset med jern. Trur du det har skjedd noko med magnesium?

Kvar dag skjer det kjemiske reaksjonar rundt deg. Dei skjer både inni deg og omkring deg. Oksygenet du pustar inn, blir blant anna brukt til å bryte ned maten du et. Dersom du lèt sykkelen din stå ute, vil sykkelkjeda kunne ruste. Eit eple vil bli brunt når du deler det i to og lèt det ligge. Dette er eksempel på at det har skjedd kjemiske reaksjonar. Kjemiske reaksjonar er kjenneteikna ved at det blir danna stoff med andre eigenskapar enn dei vi starta med. Kjemiske reaksjonar kan skje raskt eller ta lang tid. Nokre kjenneteikn på at det har skjedd kjemiske reaksjonar, kan vere at fargen endrar seg, at det dannar seg gassbobler, eller at det dannar seg eit fast stoff som søkk til botnen av behaldaren der reaksjonen skjer. Nokre gonger kan vi også merke at stoff blir varmare eller kaldare når det skjer ein kjemisk reaksjon. Eit eksempel på det er reaksjonen som skjer i isposane som blir brukte i samband med idrettsskadar. Da må vi slå hardt på posen for å blande stoffa som er inni. Stoffa reagerer, og isposen blir kald.

I ein ispose skjer det ein kjemisk reaksjon som bruker energi, og posen blir kaldare.

Reaksjonslikningar Ei reaksjonslikning viser kva for nokre stoff som reagerer, og kva for nokre stoff som blir danna. 2H2 + O2 → 2H2O + energi Reaksjonslikninga ovanfor er eit eksempel på ei kjemisk reaksjonslikning. Ho viser at hydrogengass reagerer med oksygengass, og at det blir danna vatn og frigitt energi i form av varme. I reaksjonslikningar bruker vi oftast dei kjemiske symbola for å vise kva stoff som inngår i reaksjonen. Stoffa som reagerer, kallar vi reaktantar. Dei som blir danna, kallar vi produkt. I ei balansert reaksjonslikning finst det like mange atom av kvart slag på kvar side av reaksjonspila. Tala framfor formlane (koeffisientane) viser kor mange molekyl som reagerer. Tala som er senka (indeksane) i dei kjemiske formlane, viser kor mange atom som finst av kvart slag i molekylet. Når koeffisienten og indeksen er 1, skriv vi ikkje eittalet i likningane. Figuren nedanfor viser reaksjonen der hydrogen og oksygen dannar vatn. Som du ser, trengst det dobbelt så mange hydrogenmolekyl som oksygenmolekyl for å danne vatn og få ei balansert likning.

O O

+ H

+ O

H 2H2

aq er forkorting for aquatic, på norsk: vassen, oppløyst i vatn.

energi

H 2H2O

+ energi

Nokre gonger kan det vere nyttig å vite kva tilstand stoffa opptrer i. Har vi å gjere med faste stoff, væsker eller gassar, eller er dei oppløyste i vatn? For å vise dette bruker vi bokstaven s for fast stoff (solid), l for væske (liquid) og g for gass, og vi skriv aq dersom stoffet er oppløyst i vatn. Reaksjonslikninga over vil vi da kunne skrive slik: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)

Ei balansert reaksjonslikning har like mange atom av kvart slag på begge sider av reaksjonspila. Tilstandssymbol fortel i kva form stoffa opptrer.

3 • Stoff og bindingar

Kvifor reagerer stoff? Stoff reagerer fordi produktet er meir stabilt enn stoffa som reagerer. Atom er mest stabile når dei har same struktur som den nærmaste edelgassen i periodesystemet, slik du las om på side 79. I kjemiske reaksjonar vil atoma reagere med kvarandre for å få den mest stabile fordelinga av elektron, dei prøver å oppnå edelgasstruktur. Atoma kan skaffe seg denne strukturen ved å ta til seg eller gi frå seg elektron til andre atom, eller ved å dele elektron. Da dannar dei kjemiske bindingar. Vi pleier å skilje mellom ionebinding, elektronparbinding og metallbinding. Det er ein glidande overgang mellom ionebinding og elektronparbinding.

Viss du legg ein bit med sølv i vatn, skjer det ingenting. Legg du ein bit med natrium i vatn, reagerer metallet med det same og kraftig. Kva kan denne forskjellen komme av?

HØYR DEG SJØLV

1. Gi eksempel på kjemiske reaksjonar i kvardagen. 2. Skriv ei balansert reaksjonslikning for reaksjonen mellom hydrogengass og oksygengass der det blir danna vatn. 3. Kva betyr tilstandssymbola s, l, g og aq? 4. Kva bindingstypar kan vi finne mellom atom?

3.4 Ionebinding Det er sjeldan vi finn reine grunnstoff i naturen, grunnstoffa inngår som regel i sambindingar. Nokre sambindingar blir danna ved at atom gir frå seg eller tar imot elektron frå andre atom, slik at dei får åtte elektron i det ytste skalet (edelgasstruktur). Det blir da danna ladde atom, ion (sjå figurane på neste side).

Sambindingar mellom metall og ikkje-metall blir kalla salt.

Dette skjer blant anna når metall og ikkje-metall reagerer med kvarandre. Metallatoma gir frå seg eitt eller fleire elektron og dannar positive ion. Atom av ikkje-metalla tar opp eitt eller fleire elektron og dannar negative ion. På neste side ser du kva som skjer når natrium og klor dannar ion.

–

Natriumatomet har eitt elektron i det ytste skalet og gir frå seg eitt elektron. Det fulle skalet innanfor fungerer da som ytterskal.

–

Proton- og elektronrekneskap for Na : Antal ladningar/proton +11 Antal ladningar/elektron –10 Ladninga til eit natriumion +1

–

11+

–

11+ –

–

– –

–

– Elektron (e )

Na-atom

–

Na -ion

–

Kloratomet har sju elektron i det ytste skalet og tar opp eitt elektron frå eit anna atom for å få fullt ytterskal.

Proton- og elektronrekneskap for Cl–: Antal ladningar/proton +17 Antal ladningar/elektron –18 Ladninga til eit kloridion –1

–

17+

–

17+

–

– –

–

Cl-atom med sju elektron i ytterskalet

Cl–-ion med fullt ytterskalet

– Cl– + Na+

–

I NaCl (natriumklorid = vanleg kjøkkensalt) blir dei positive Na+-iona tiltrekte av dei negative Cl–-iona og dannar ionebindingar. Det blir danna eit salt.

Motsette elektriske ladningar tiltrekker kvarandre. Positive og negative ion blir bundne saman av elektriske krefter i ei type binding som vi kallar ionebinding. Figuren i margen viser korleis natrium- og klorion (klorid) tiltrekker kvarandre og dannar ein krystallstruktur. Sambindingar som er sette saman av ion, blir kalla salt. I reaksjonen mellom metallet natrium og klorgass vil natriumatoma gi frå seg elektron og danne positive ion. Kloratoma tar til seg elektron og dannar negative ion. Klorgass er Cl2, og kvart kloratom vil ta opp eitt elektron. Da treng vi to natriumatom: 2Na + Cl2 → 2Na+ + 2Cl–

Figur 3.16

–

Elektron (e– ) frå eit anna atom

Ionebinding

– –

Iona som blir danna, vil tiltrekke kvarandre. Dermed blir den kjemiske sambindinga natriumklorid danna. Da blir reaksjonslikninga med tilstandssymbol slik: 2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)

Ionebinding er tiltrekkingskrefter mellom ion med motsett ladning. Sambindingar sette saman av ion blir kalla salt.

Namnsetting av salt Dei positive iona i salt er vanlegvis metallion, og dei negative iona er ikkje-metallion. Eksempel på ikkje-metall er halogena (gruppe 17), oksygen og svovel (gruppe 16). Når vi set namn på salt, startar vi med det positive ionet. Metallion får same namn som metallet dei kjem 3 • Stoff og bindingar

–

frå. Ikkje-metallion som berre består av eitt atom, får endinga -id. Nedanfor ser du kjemisk formel og namn på nokre enkle salt. Legg merke til at det alltid er like mange positive som negative ladningar i den kjemiske formelen i eit salt. Reaksjonslikning

Positivt ion

Negativt ion

Namn på salt

Na+ + Cl– → NaCl

Na+

Cl–

Natriumklorid

K+ + I– → KI

K+

I–

Kaliumjodid

Mg2+

O2–

Magnesiumoksid

Ca2+ + 2Cl– → CaCl2

Ca2+

Cl–

Kalsiumklorid

Al3+ + 3F– → AlF3

Al3+

F–

Aluminiumfluorid

2Al3+ + 3S2– → Al2S3

Al3+

S2–

Aluminiumsulfid

O2–

→ MgO

Nokre ion kan bestå av meir enn éin type atom. Nokre av dei vanlegaste finn du kjemisk formel og namn på i denne tabellen: Formel

Namn på ion

NH4+

Ammonium

CO32–

Karbonat

HCO3

Hydrogenkarbonat

NO3–

Nitrat

SO4

Sulfat

HSO4–

Hydrogensulfat

PO43–

Fosfat

–

2–

Saltutvinning i Argentina. Her blir det framstilt bordsalt, NaCl.

Namnet på salt startar med namnet til det positive ionet og sluttar med namnet til det negative ionet.

Salt – eigenskapar og bruk Det finst svært mange typar salt. Alle har høge smelteog kokepunkt, dei kan danne krystallar, og dei er sprø og harde. Det siste kan du sjå dersom du tar for deg ein saltkrystall av for eksempel NaCl og dunkar på han med noko hardt. Da sprekk krystallen opp i mindre bitar. Bindingane i salta gir krystallen desse eigenskapane. Salta er sette saman av ion med motsett ladning i eit regelmessig mønster, ein krystallstruktur, der positive og negative ion ligg plasserte på ein fast måte i forhold til kvarandre. Det trengst mykje energi for å rive iona frå kvarandre. Dersom du slår borti krystallen, blir iona forskyvde, og like ladningar kan hamne ved sida av kvarandre. Da kan krystallen lett sprekke. Heime har du mange ionesambindingar, ikkje minst på kjøkkenet. Alle salta som blir brukte i matlaging, enten det er «bordsalt», «himalayasalt» eller «maldonsalt», består i hovudsak av NaCl. Nokre gonger er det tilsett andre salt, for eksempel KCl, MgCl2 eller KI. Men kva med bakepulver og natron? Dette er hevemiddel som blir brukte i baking, men også dei inneheld salt. I både bakepulver og natron finst det natriumhydrogenkarbonat, NaHCO3. Når du pussar tennene med fluortannkrem, bruker du ikkje ein tannkrem tilsett grunnstoffet fluor. Det hadde vore livsfarleg. Tannkremen er tilsett små mengder av saltet NaF, som inneheld fluoridion. Desse iona beskyttar tennene.

Himalayasalt inneheld i hovudsak natriumklorid, og dessutan noko jern som gir den raudlege fargen.

Salt er harde og sprø, og dei har høge smeltepunkt. Salt er sette saman av ion med motsett ladning i eit regelmessig mønster, ein krystallstruktur.

HØYR DEG SJØLV

1. 2. 3. 4. 5.

Kva er ionebinding? Forklar kva som blir meint med salt. Kva er dei kjemiske namna til NaCl, KI og AlF3? Sjå i tabellen på side 84. Kva blir namna til CaCO3 og MgSO4? Gi eksempel på salt som blir brukte heime hos deg.

3 • Stoff og bindingar

+ MEIR OM

Redoksreaksjonar –

Danninga av NaCl når metallet natrium reagerer

–

med klorgass, er eit eksempel på ein redoksreaksjon. Da skjer det ein elektronovergang. Du las om denne reaksjonen på side 83. Redoks i ordet

–

– –

–

13+ –

–

3e–

+ energi

–

13+

–

– –

–

oksidasjon. Når eit atom tar opp eitt eller fleire

Al -ion med fullt ytterskal

elektron, seier vi at det blir redusert (blir meir negativt). Og når eit atom gir frå seg eitt eller

–

redoksreaksjon er danna av orda reduksjon og

– –

–

Elektron (e– )

–

Al-atom med tre elektron i ytterskalet

fleire elektron, blir det oksidert (blir meir positivt). Ein kjemisk reaksjon der det føregår ein reduksjon

dingar, er også redoksreaksjonar. For å få reine

og ein oksidasjon, blir kalla ein redoksreaksjon.

metall frå salt må vi gjennomføre ein prosess kalla

Figur 3.4

Alle reaksjonar mellom reine grunnstoff der

elektrolyse. Elektrolysereaksjonane går likevel

det blir danna nye sambindingar, er redoksreak-

ikkje av seg sjølv. Vi må tilføre store mengder

sjonar. Mange av desse reaksjonane skjer spon-

energi i form av varme og elektrisitet for å tvinge

tant og av seg sjølv. Den motsette prosessen, der

stoffa til å reagere. Elektrolyse blir blant anna

vi framstiller reine stoff frå ulike kjemiske sambin-

brukt i framstilling av aluminium.

Når vi tilfører energi til ei aluminiumhaldig sambinding, tar aluminiumiona opp elektron. Da blir det danna aluminiummetall.

3.5 Elektronparbinding

–

– –

–

H O H Vassmolekyl.

Når atom frå forskjellige grunnstoff reagerer med kvarandre, treng det ikkje å bli danna ion. Atoma kan skaffe seg åtte elektron i det ytste skalet ved å dele elektron (ha felles elektron) med andre atom. Dette skjer når ikkje-metall reagerer med kvarandre. Når eit atom deler elektron med andre atom, blir atoma bundne saman med elektronparbindingar. På den måten oppnår atoma edelgasstruktur og oppfyller åtteregelen. Når to eller fleire atom er bundne saman med elektronparbindingar, får vi molekyl. Molekyl består av to eller fleire atom som er bundne saman med elektronparbinding. Molekyla kan vere små, for eksempel i hydrogengass (H2) og oksygengass (O2), eller store, som i stive.

I ei elektronparbinding deler atoma elektron. Molekyl består av to eller fleire atom som er bundne saman med elektronparbindingar.

C O C O

Elektronparbinding blir også kalla kovalent binding.

Enkel, dobbel og trippel elektronparbinding Når to atom deler to elektron, kallar vi det enkel elektronparbinding. Vi kallar det dobbel elektronparbinding når to atom deler fire elektron, og trippel elektronparbinding når dei deler seks elektron. Figuren nedst på førre side viser korleis åtteregelen blir oppfylt i vassmolekylet H2O.

Kulepinnemodellar av CO2 (øvst), O2 (nede til venstre) og N2 (nede til høgre). Kvar av dei grå delane som held kulene saman, svarer til ei enkel elektronparbinding.

O C O O C O

O O O O

N N N N

CO2

O C O O C O

O O O O

N N N N

CO2

O O O O

N N N N

Figuren viser bindingane i CO2, O2 og N2 teikna med elektron og med strekar som viser antalet bindingar.

BTB i basisk, nøytral og sur løysning.

O2, N2 og CO2 er molekyl som vi finn som gassar i atmosfæren. Dei har alle elektronparbinding. Dei tre gassane er fargelause og luktfrie, men alle har forskjellige eigenskapar som gjer at dei enkelt kan bli påviste på skulelaboratoriet. O2 vil få ei glødande fyrstikk til å flamme opp, mens både N2 og CO2 vil sløkke ei brennande fyrstikk. CO2 vil gjere vatn surt dersom du lèt gassen boble ned i vatn. Det kan du enkelt observere dersom du har vatn tilsett syre–base-indikatoren BTB. Når du boblar CO2 ned i vatnet, vil du raskt sjå at BTB endrar farge frå grøn (nøytralt, pH = 7) til gul (surt, pH mindre enn 7).

3 • Stoff og bindingar

I tillegg vil CO2 «blakke» kalkvatn. Kalkvatn består av saltet kalsiumhydroksid, Ca(OH)2, oppløyst i vatn. Når du lèt CO2 boble ned i kalkvatn, for eksempel ved å blåse forsiktig nedi med eit sugerøyr, vil løysningen gå frå å vere gjennomsiktig til kvit fordi det blir danna kalk (CaCO3 – kalsiumkarbonat), som er eit fast, kvitt stoff. Vi seier at løysningen blir blakka.

Kalkvatn (t.v.) og blakka kalkvatn (t.h.). Lufta du pustar ut, inneheld mykje CO2. Kalkvatn blir blakka (det blir kvitt) av CO2, for eksempel ved at du blåser ned i eit begerglas ved hjelp av eit sugerøyr. Hugs vernebriller!

Mange stoff sette saman av molekyl er gassar ved romtemperatur, for eksempel H2, Cl2, CH4, NH3 og O3. Den siste er ozon. Det er ein gass som speler ei viktig rolle i delar av atmosfæren, men han kan gi skadar dersom han blir danna ved bakkenivå fordi han er giftig for oss.

I ei enkel elektronparbinding deler atoma to elektron. I ei dobbeltbinding deler dei fire elektron, og i ei trippelbinding deler dei seks elektron.

Elektronparbindingar i faste stoff Hittil har du først og fremst lært om gassar som har elektronparbinding. Også mange faste stoff har denne bindinga, blant anna alle næringsstoffa som gir deg energi: karbohydrat, feitt og protein. Vi finn også elektronparbindingar i ein del grunnstoff og sambindingar som dannar store strukturar med atom som er bundne til kvarandre. Desse store strukturane blir kalla nettverksstoff. Eit eksempel på eit slikt stoff er karbon. 88

Diamant.

Karbon er eit viktig grunnstoff, sidan alt liv på jorda er bygd opp av karbonsambindingar. Nokre av desse sambindingane vil du lære meir om i andre kapittel. Karbon er eit ikkje-metall. Vi kan finne reint karbon i naturen, blant anna i form av grafitt eller diamant. Det er elektronparbindingar mellom karbonatoma. Som du ser i periodesystemet, er karbon grunnstoff nr. 6 og har fire ytterelektron. For å oppnå edelgasstruktur vil karbonatoma prøve å fylle opp ytterskalet sitt. Det gjer dei ved å dele elektron med andre atom. Reint karbon består derfor ikkje av eitt og eitt atom, men av mange karbonatom som er bundne til kvarandre med elektronparbindingar. Diamant og grafitt har svært ulike eigenskapar på grunn av ulik struktur (sjå figurane nedanfor). I diamant er alle karbonatoma bundne til fire andre karbonatom i ein krystallstruktur. I grafitt er karbonatoma plasserte annleis. Der ligg dei meir lagvis, og laga kan bevege seg i forhold til kvarandre. Diamant er det hardaste materialet som er kjent, mens grafitt er mjukt nok til at du kan skrape av lag av det mot eit papir. «Blyet» i blyanten din er i hovudsak grafitt. Grafitt er også ein god leiar av elektrisitet fordi det inneheld nokre frie elektron som ikkje inngår i elektronparbindingar. Diamant har ingen slike frie elektron og leier derfor ikkje straum. Sjølv om både diamant og grafitt berre består av karbon, har desse to formene svært forskjellige eigenskapar fordi karbonatoma er plasserte på ulike måtar i forhold til kvarandre.

Grafitt.

Diamant

Grafitt

Strukturen til diamant (til venstre) og grafitt (til høgre).

Vi finn reint karbon som blant anna diamant og grafitt. Diamant og grafitt er nettverksstoff.

3 • Stoff og bindingar

+ MEIR OM

Ionebinding eller elektronparbinding? Du har no lært at det finst fleire typar bindin-

Gruppe:

gar mellom atom. Generelt kan vi seie at

bindingar mellom ikkje-metall er elektronparbinding, og bindingar mellom metall og ikkje-metall er ionebinding. Dette er ei for-

...

H 2,2

Li 1,0

Be 1,6

C 2,6

N 3,0

O 3,4

F 4,0

Na 0,9

Mg 1,3

Si 1,9

P 2,2

S 2,6

Cl 3,2

K 0,8

Ca 1,0

Ge 2,0

As 2,2

Se 2,2

Br 3,0

enkling, for vi finn ein gradvis overgang mellom ionebinding og elektronparbinding. I nokre salt vil bindinga likne meir på ei elektronparbinding, og i nokre molekyl er bindinga nesten ei ionebinding. Metall og ikkjemetall har forskjellig evne til å trekke til seg elektron. Evna til å trekke til seg elektron blir kalla elektronegativitet. Fluor er det grunnstoffet som har lettast for å trekke til seg elektron, og det er mest elektronegativt. Elektronegativiteten til andre

Periode:

Elektronegativitetsverdien til nokre utvalde grunnstoff. Fluor har høgast verdi.

stoff blir målt i forhold til fluor. Generelt vil stoff med mange elektron i det ytste skalet ha høgare elektronegativitet enn stoff som har få elektron i det ytste skalet. Metalla har få elektron i det ytste elektronskalet. Der-

Forskjell i elektronegativitet: 0

1,0

med vil det vere lettare for dei å gi frå seg

Elektronparbinding

elektron enn å trekke dei til seg. Vi seier at metalla er elektropositive, og dei vil danne det ytste skalet sitt. For dei vil det vere lettare å trekke til seg elektron og danne negative ion. Vi kan bruke forskjellen i elek-

Noen eksempler på kjemiske forbindelser

tronegativitet mellom to atom til å bestemme om ei binding hovudsakleg er ionebinding, eller om ho er ei elektronpar-

H2 Cl2 CH4 O2

2,5 Ionebinding Ioner som danner salter i kjemiske forbindelser

Molekyler

positive ion. Ikkje-metall har fleire elektron i

1,7

HCl H 2O

NaCl

Forskjell i elektronegativitet fortel mykje om bindingstypen.

binding. I tillegg kan vi dele inn elektronparbindingane i polare eller upolare bindingar. Figuren til høgre viser korleis vi kan bruke elektronegativitet til å seie noko om bindingstypane.

HØYR DEG SJØLV

1. Forklar kva som blir meint med elektronparbindingar. 2. Gi eksempel på stoff som har elektronparbindingar mellom atoma. 3. Korleis kan du skilje gassane O2, N2 og CO2 frå kvarandre? 4. Korleis er diamant og grafitt bygde opp? 90

3.6 Metallbinding Dei fleste grunnstoffa er metall. Det kan du sjå i periodesystemet bak i boka. Ulike metall vil ha forskjellig evne til å reagere med andre stoff, men dei har mange felles eigenskapar. Metall har høgt koke- og smeltepunkt samanlikna med andre grunnstoff. Dei fleste metalla er faste stoff ved romtemperatur. Metalla har blank/skinande overflate, dei kan formast, og dei er gode leiarar av varme og elektrisitet. Tabellen viser at smelteog kokepunkt kan variere hos metall. Sjølv om det finst variasjonar mellom tala, har metall generelt høgt smelteog kokepunkt.

Bildet viser metallet kopar. Kopar blir blant anna brukt i elektriske leidningar og kan samlast inn og brukast om igjen.

Metall

Smeltepunkt °C

Kokepunkt °C

Aluminium

660

2519

Kopar

1085

2562

Jern

1538

2861

Wolfram

3422

5555

Mange av desse eigenskapane kjem av bindinga vi finn i metalla. Bindinga kallar vi metallbinding. Ein måte å forklare denne metallbindinga på er at alle atoma i eit metallstykke deler elektrona i det ytste elektronskalet. Vi kan tenke oss eit metall som positive ion i ein sjø av elektron. Sidan elektrona ikkje er bundne til eit bestemt atom, kan dei bevege seg fritt i metallstykket. Dette forklarer kvifor metalla har god elektrisk leiingsevne, sidan ein elektrisk straum er elektron som beveger seg.

I metall er ikkje elektrona bundne til eit bestemt atom og kan bevege seg fritt.

Positivt metallion Ytterelektron Frie elektron

+ +

Atoma (iona) i metall ligg lagvis. Desse laga kan forskyvast i forhold til kvarandre, slik at det kan dannast tynne flak eller trådar. Du har sikkert merka at eit metall blir raskt varma opp. Når eit stoff blir varma opp, aukar bevegelsesenergien til partiklane stoffet er bygd opp av. Dei ytste elektrona i eit metall er lett bevegelege og kan overføre bevegelsesenergi til resten av metallet. Dette forklarer kvifor metall er ein god leiar av varme.

3 • Stoff og bindingar

Vi finn metallbinding både i reine metall og i legeringar. I legeringar er metallet tilsett andre stoff for å oppnå endra eigenskapar. Eksempel på legeringar er stål og messing. Stål er ei samlenemning på fleire legeringar som inneheld jern og karbon. Messing består i hovudsak av metalla kopar og sink. Edle metall, som gull, blir også blanda med andre metall. Raudt gull blir tilsett kopar for å få ein raudleg farge. Kvitt gull består av metalla gull, sølv og palladium. Dei forskjellige metalla og legeringane har mange bruksområde baserte på kor godt dei leier elektrisitet, korleis dei ser ut, kor tunge dei er, eller i kor stor grad dei rustar eller blir øydelagde av miljøet rundt dei. For eksempel vil aluminium ofte bli brukt dersom vi treng eit metall som er lett, som i bilar, syklar og kjøkkenutstyr.

1) Stål er mykje brukt i bestikk.

2) Messing blir blant anna brukt i nokre instrument.

Vi finn metallbindingar i metall. Metallatoma deler elektrona i det ytste elektronskalet.

Er alle metall faste stoff ved romtemperatur?

HØYR DEG SJØLV

1. 2. 3. 4.

Kva er metallbinding? Kvifor kan metall lett formast til flak og trådar? Kvifor leier metall elektrisitet? Kva er ei legering? Gi eksempel.

3.7 Vatnet sine eigenskapar Vatn er den vanlegaste kjemiske sambindinga på jorda. Alt liv vi kjenner til, er avhengig av vatn. Nokre av dei viktigaste eigenskapane til vatn er:

• Det har høgt smelteog kokepunkt. • Det er tyngst ved 4 °C. • Det har overflatehinne. • Det er eit godt løysemiddel. Hydrogenbinding Vassmolekylet er lite. Ut frå storleiken burde H2O vere ein gass ved romtemperatur, som O2, N2 og CO2. Men vatn er, som du veit, ei væske. Det kjem av ein eigen type bindingar, hydrogenbindingar, mellom vassmolekyla. Mange av eigenskapane til vatn kjem nettopp av desse hydrogenbindingane.

– Negativ side

Hittil har du lært om bindingar mellom atom i eit molekyl eller eit metall, eller mellom ion i salt. Det kan også oppstå bindingar mellom molekyl. Korleis skjer dette i vatn? Vatn har ein eigenskap mange andre stoff ikkje har, ved at molekylet har ein positiv og ein negativ ende. Figuren ved sida av viser dette. Vi kallar molekyl som har ei positiv og ei negativ side, for dipolar (di = 2).

Positiv side

Vassmolekylet er ein dipol.

O H

Denne eigenskapen oppstår hos nokre stoff på grunn av stor forskjell i evna til å tiltrekke seg elektron. Oksygen har større evne til å tiltrekke elektron enn det hydrogen har. I vatn vil derfor oksygenet trekke meir på elektrona enn hydrogenet, og elektrona vil vere litt nærmare oksygenet enn hydrogenet. Dermed blir oksygensida svakt negativ og hydrogensida svakt positiv. Den positive sida av eit vassmolekyl vil bli tiltrekt av den negative sida i eit anna, og det blir danna hydrogenbindingar mellom forskjellige vassmolekyl. Ei enkel binding er svak, men kvart vassmolekyl kan ha O opptil fire slike bindingar. Det gjer at det krevst meir H energi (høgare temperatur) for å rive to vassmolekyl H frå kvarandre enn for å skilje oksygen eller karbondioksidmolekyl som ikkje har desse bindingane mellom molekyla. H

Hydrogenbindingane forklarer kvifor vatn har eit mykje høgare kokepunkt enn andre sambindingar som består av like små molekyl.

Hydrogenbinding i vatn.

3 • Stoff og bindingar

Vi finn også hydrogenbindingar i nokre andre molekyl, blant anna ammoniakk, NH3. Tabellen viser ei oversikt over smelteog kokepunkt til nokre små molekylsambindingar: Stoff

Fryse-/smeltepunkt °C

Kokepunkt •C

H2O, vatn

100

O2, oksygen

–218

–183

N2, nitrogen

–210

–196

NH3, ammoniakk

–78

–33

Det er ikkje tilfeldig at vatn frys ved 0 °C og koker ved 100 °C. Celsiusskalaen er definert ved hjelp av fryse- og kokepunktet til vatn ved havnivå. Dersom du er på ein høg fjelltopp der lufttrykket er lågare, vil vatn koke ved ein lågare temperatur.

Tettleiken til eit stoff fortel kor mykje det er av stoffet per volumeining. Tettleik blir målt i g/cm3 eller kg/dm3.

Kaldt vatn er har større tettleik enn varmt vatn, og vatn i væskeform har større tettleik enn is. Når vatn blir kjølt ned, kjem vassmolekyla nærmare kvarandre, heilt til vatnet har ein temperatur på 4 °C. Så begynner molekyla å bevege seg lenger vekk frå kvarandre til det blir danna is. I is er vassmolekyla ordna i ein krystallstruktur. Sidan molekyla er lenger frå kvarandre enn i vatn, har is mindre tettleik. Dette gjer at is flyt i vatn, og at vatnet i botnen av innsjøar ikkje frys til is om vinteren. Isen på overflata isolerer, og vatnet under held ein høgare

temperatur enn lufta over isen. Dette gjer at organismane som lever i innsjøane, overlever vinteren. Sidan vassmolekyla er nærmast kvarandre når vatnet har ein temperatur på 4 °C, har vatnet på botnen av innsjøar ofte denne temperaturen om vinteren.

Hydrogenbindingar gir vatn høgt smelteog kokepunkt. Vatn har størst tettleik ved 4 °C.

Overflatehinna i vatn Mange insekt lever delar av livet i eller på vatn. Vassløparar er ei slik gruppe insekt som lever på vassoverflata. Vassløparar kan bevege seg på vatnet på grunn av overflatehinna til vatn. I eit glas med vatn vil vassmolekyla nede i vatnet bli trekte i alle retningar. På overflata kan vassmolekyla berre trekkast til sida og nedover. Dette gjer at molekyla i overflata er nærmare kvarandre enn i resten av vatnet. Resultatet er overflatehinna. Vi finn overflatehinne i andre væsker også, men vatn får ei sterkare overflatehinne på grunn av hydrogenbindingane. Overflatehinna er sterk nok til at enkelte insekt kan stå eller bevege seg på vatnet, du kan få «haug» på glaset, og ein binders eller ei knappenål kan flyte. Overflatehinna er sterk nok til at nokre insekt kan stå eller bevege seg på vatnet.

Vatn har sterk overflatehinne på grunn av hydrogenbindingar mellom vassmolekyla.

3 • Stoff og bindingar

Vatn som løysemiddel Vatn er eit godt løysemiddel for mange stoff. Kor mykje du kan løyse av eit stoff i vatn, er ofte bestemt av temperaturen til vatnet. Du kan for eksempel løyse meir sukker i varmt vatn enn i kaldt vatn. Sidan vassmolekyla har ei positiv og ei negativ side (er ein dipol), vil andre stoff med ei positiv og ei negativ side, for eksempel ammoniakk og sukker, løyse seg lett i vatn. Du lærer meir om korleis sukker er bygd opp, i kapittelet om næringsstoff. Mange salt løyser seg også lett i vatn, men kor mykje du kan løyse av kvart salt, kjem an på saltet. NaCl løyser seg veldig lett i vatn, mens CaCO3 løyser seg i liten grad.

Figuren viser korleis saltet natriumklorid løyser seg i vatn. Dei positivt ladde Na+-iona blir trekte mot den negative sida, oksygensida, av vassmolekylet. Dei negativt ladde Cl– -iona blir trekte mot den positive sida, hydrogensida, av vassmolekylet.

Cl--ion +

Positiv side Negativ side

Na -ion H2O

Vatn er eit godt løysemiddel. Kor mykje du kan løyse av eit stoff i vatn, er ofte bestemt av temperaturen til vatnet.

Kvifor løyser ikkje feitt og olje seg i vatn?

HØYR DEG SJØLV

1. Korleis vil du forklare kva ei hydrogenbinding er? 2. Kvifor har vatn høgare smelteog kokepunkt enn for eksempel oksygen? 3. Kvifor flyt is på vatn? 4. Kva blir meint med at vatn er ein dipol? 5. Kva for nokre stoff løyser seg lett i vatn? 96

3.8 Stoff og faresymbol Om eit stoff er farleg eller ikkje, kan vere vanskeleg å sjå ut frå ein kjemisk formel aleine. La oss sjå på reaksjonen 2H2O2 (aq) → 2H2O(l) + O2(g). Dette er reaksjonen der hydrogenperoksid blir spalta til vatn og oksygengass. Vatn (H2O) og hydrogenperoksid (H2O2) er begge sambindingar mellom hydrogen og oksygen, men dei har svært ulike eigenskapar. Vi kan ikkje leve utan vatn, mens hydrogenperoksid er etsande og kan medføre helsefare. Behaldarar med hydrogenperoksid vil derfor vere merkte med faresymbol. Det gjeld ikkje behaldarar med vatn. Hydrogenperoksid blir blant anna brukt i forskjellige reingjeringsmiddel og bleikemiddel. Hydrogenperoksid er merkt med symbola «etsande» og «helsefare». Personar som jobbar med dette kjemikalet, må bruke verneutstyr. Innhaldet av H2O2 i vanlege reingjeringsmiddel er betydeleg lågare enn i flaska du ser på bildet.

Fleire av stoffa du bruker på naturfagrommet, vil vere merkte med eitt eller fleire av faresymbola under. Det er viktig at du set deg inn i kva dei forskjellige symbola betyr. I tillegg må du finne informasjon om stoffa du bruker, slik at du kan vurdere risikoen ved dei forskjellige forsøka.

Irriterande

Etsande

Miljøfarleg

Giftig

Brannfarleg

Faresymbol for irriterande, etsande, miljøfarlege, giftige og brannfarlege stoff. Det finst også andre faresymbol enn dei som er viste her.

Mange reingjeringsmiddel som blir brukte heime, er også faremerkte. På bildet i margen ser du faremerkinga for eit produkt som blir brukt til reingjering av toalett. Det er merkt med symbol for «etsande» og «miljøfare». Tar du omsyn til dette når du bruker denne typen vaskemiddel?

Bør vi la vere å bruke alle produkt som er merkte med eitt eller fleire faresymbol, synest du?

3 • Stoff og bindingar

Når du gjer forsøk i kjemi, vil du kunne finne informasjon i datablad om stoffa du bruker. Alle skular har tilgang til eit digitalt stoffkartotek som har desse datablada. Les databladet, og gjer deg kjent med eigenskapane til eit stoff før du gjer forsøk med det. I databladet står det også kva du skal gjere dersom du søler stoffa, og kva du skal gjere med restar etter forsøket. Mange slike restar er avfall som skal kjeldesorterast på rett måte. Du kan lese meir om avfallshandtering i neste delkapittel.

Faresymbol og datablad fortel om kva omsyn vi må ta når vi bruker forskjellige stoff på skulelaboratoriet og heime.

HØYR DEG SJØLV

1. Kvifor er H2O2 faremerkt når H2O ikkje er det? 2. Kvifor er det viktig å lese databladet til ulike stoff før du bruker stoffa?

3.9 Avfallshandtering

Boks med saltet koparsulfat. Koparsulfat er eit giftig stoff som kan verke irriterande på huda og auga. Salt som inneheld koparion, er skadelege for liv i vatn og skal samlast inn etter bruk.

Alle kommunar i Noreg kjeldesorterer avfall. Kjeldesortering er også viktig på skulelaboratoriet. Som nemnt på førre side kan mange av stoffa vi bruker på skulelaboratoriet, vere skadelege for oss og miljøet. Da er det viktig at vi les datablada, behandlar stoffa på rett måte og kastar så lite som mogleg av desse stoffa i naturen. Det er spesielt viktig at salt og saltløysningar som inneheld ion av skadelege tungmetall, ikkje blir helte rett i vasken. Eksempel på dette er salt av bly, sølv og kopar. Salt av kopar blir brukte i nokre forsøk i naturfag, men koparsalta er giftige og skadelege for liv i vatn. Derfor må både faste stoff og løysningar av desse salta samlast inn og leverast som spesialavfall. Vatn er eit godt løysemiddel for mange stoff, men ikkje for feitt og oljer. Feitt og oljer har ikkje noka positiv og negativ side slik vassmolekylet har. Vi seier at feitt og oljer er upolare stoff. Feitt og oljer kan berre løysast i løysemiddel som også er upolare.

Upolare løysemiddel skal samlast inn sidan dei løyser opp blant anna feitt. Dermed kan dei øydelegge cellemembranen i levande celler. Cellemembranar inneheld mykje feitt. Nokre av desse løysemidla kan vere skadelege å puste inn eller vere allergiframkallande. Løysemidla er som regel brannfarlege og skal ikkje utsettast for mykje varme. Vi bruker ei rekke upolare løysemiddel heime, for eksempel white-spirit og naglelakkfjernar. Dei vanlegaste løysemidla i naglelakkfjernar er aceton og etylacetat. Du skal ikkje helle white-spirit eller naglelakkfjernar i vasken. Stoffa blandar seg ikkje med vatn og er svært brannfarlege. Ikkje berre kjemikal skal samlast inn. Knust glas, batteri, tomme gassbehaldarar, skalpellar, blodlansettar og blod skal også samlast inn. Glas som har innehalde skadelege kjemikal, skal ikkje leverast saman med vanleg glas. I tillegg har laboratorieglas høgare smeltepunkt enn glaset i for eksempel syltetøyglas og glasflasker. Derfor kan det ikkje resirkulerast på same måte som vanleg glas.

Avfall frå laboratoriearbeid skal kjeldesorterast. Skadelege kjemikal skal samlast inn og ikkje hellast i vasken. Datablada gir informasjon om kva for nokre stoff som skal kjeldesorterast.

Faremerking på naglelakkfjernar. Naglelakkfjernar er eit upolart løysemiddel.

HØYR DEG SJØLV

1. Gi eksempel på tungmetall. 2. Gi eksempel på løysemiddel som kan løyse opp feitt og andre upolare stoff. 3. Kvifor skal ikkje naglelakkfjernar hellast i vasken? 4. Kvifor skal ikkje laboratorieglas resirkulerast på same måte som vanleg glas?

3 • Stoff og bindingar

SAMANDRAG

• Atom er byggesteinar i de kjemiske sambindingane. Atomet har ein kjerne med proton og nøytron, og elektron beveger seg rundt atomkjernen.

• I ei elektronparbinding deler atoma elektron. Molekyl består av to eller fleire atom som er bundne saman med elektronparbindingar.

• Eit grunnstoff består av berre éin type atom. Atom som har same antal proton, men varierande antal nøytron i kjernen, er isotopar av eit grunnstoff. To eller fleire atom frå forskjellige grunnstoff dannar ei kjemisk sambinding.

• I ei enkel elektronparbinding deler atoma to elektron. I ei dobbeltbinding deler dei fire elektron, og i ei trippelbinding deler dei seks elektron.

• I ei gruppe (loddrett rad) i periodesystemet har grunnstoffa like mange elektron i det ytste elektronskalet. I ein periode (vassrett rad) har grunnstoffa like mange elektronskal. Bortover i ein periode aukar talet på proton og elektron med éin for kvart nytt grunnstoff. • I kjemiske reaksjonar vil atoma prøve å oppnå edelgasstruktur med åtte elektron i det ytste skalet. Dette kallar vi åtteregelen (oktettregelen). Edelgasstruktur gir stabile kjemiske sambindingar. • Ei balansert reaksjonslikning har like mange atom av kvart slag på begge sider av reaksjonspila. Tilstandssymbol fortel i kva form stoffa opptrer. • Ionebinding er tiltrekkingskrefter mellom ion med motsett ladning. Sambindingar samansett av ion blir kalla salt. • Namnet på salt startar med namnet til det positive ionet og sluttar med namnet til det negative ionet. • Salt er harde og sprø, og dei har høge smeltepunkt. Salt er sette saman av ion med motsett ladning i eit regelmessig mønster, ein krystallstruktur.

100

• Vi finn reint karbon som diamant og grafitt. Diamant og grafitt er nettverksstoff. • Vi finn metallbindingar i metall. Metallatoma deler elektrona i det ytste elektronskalet. • Hydrogenbindingar gir vatn høgt smelteog kokepunkt. Vatn har størst tettleik ved 4 °C. • Vatn har sterk overflatehinne på grunn av hydrogenbindingar mellom vassmolekyla. • Vatn er eit godt løysemiddel. Kor mykje du kan løyse av eit stoff i vatn, er ofte bestemt av temperaturen til vatnet. • Faresymbol og datablad fortel om kva omsyn vi må ta når vi bruker forskjellige stoff på skulelaboratoriet og heime. • Avfall frå laboratoriearbeid skal kjeldesorterast. Skadelege kjemikaliar skal samlast inn og ikkje hellast i vasken. Datablada gir informasjon om kva for nokre stoff som skal kjeldesorterast.

OPPGÅVER

3.1 3.3.1

Atom og atommodellar Bruk skalmodellen for å vise elektronfordelinga til grunnstoff nummer 1 og grunnstoff nummer 10. Kva for nokre grunnstoff er dette?

3.2.3

Avgjer kva som blir rekna som kjemiske sambindingar. Forklar kvifor desse er kjemiske sambindingar eller ikkje: grafitt, vatn, metan, luft, brom, rust, sukker, diamant.

3.3.2

Finst det andre elementærpartiklar enn elektron? Gi eksempel.

3.2.4

3.3.3

Kor mange elektron er det teoretisk sett plass til i elektronskal 4?

3.3.4

a) Samanlikn skalmodellen med rosinbollemodellen, som du lærte om i kapittel 1. Kva har modellane til felles, og kva er forskjellen mellom dei? b) Bruk internett eller andre kjelder til å finne andre atommodellar. Forklar kort kva dei går ut på.

3.2 3.2.1

Grunnstoff og periodesystemet Kva for nokre påstandar om grunnstoff er rette? Kvifor er dei rette eller ikkje? a) Alle atoma i eitt og same grunnstoff er like. b) Alle atoma i eitt og same grunnstoff har like mange proton i kjernen. c) Eit grunnstoff er alltid stabilt. d) Grunnstoff kan ikkje reagere med andre stoff. e) Grunnstoff vil alltid reagere med andre stoff. f) Alle grunnstoff finst i fast form.

Kva påstandar om periodesystemet er rette? Kvifor er dei rette eller urette? a) I periodesystemet er grunnstoffa ordna etter stigande masse. b) I periodesystemet er grunnstoffa ordna etter stigande atomnummer. c) Grunnstoff i same gruppe har like mange elektronskal. d) Grunnstoff i same periode har like mange elektronskal. e) Argon er i tredje periode. f) Aluminium er grunnstoff 14. g) Grunnstoffa har fått kjemiske symbol, slik at det blir meir å lære i naturfag. h) Det kjemiske symbolet til sink er Si.

3.2.5

Kan du skrive namnet ditt (for- eller etternamn) med kjemiske symbol? Kva for nokre symbol har du brukt? Finn ut meir om det første grunnstoffet du brukte. Viss du ikkje fekk skrive ditt eige namn på denne måten, klarer du skrive namnet til ein du kjenner?

3.2.6

Bruk periodesystemet.no til å finne ut a) kva for nokre grunnstoff det er mest av i kroppen b) kva for nokre grunnstoff det er mest av i ein mobiltelefon

3.2.7

Finn ut meir om eit valfritt grunnstoff. Lag eit miniforedrag om dette grunnstoffet, slik at du kan fortelje andre i klassen kva du har funne ut.

3.2.2

a) Kva er ein isotop av eit grunnstoff? b) Forklar kva vi meiner når vi skriv Cl og Cl. c) Bruk periodesystemet.no, og les om karbon og nitrogen. Kor mange isotopar finst det av desse grunnstoffa? Skriv isotopane med nukleontal og kjemiske symbol.

3 • Stoff og bindingar

101

OPPGÅVER

3.3 3.3.1

Stoff reagerer Avgjer om det har skjedd ein kjemisk reaksjon i eksempla under: a) Du blandar to blanke løysningar, og eit fast stoff blir danna. b) Du blandar ein gul og ein blank løysning, blandinga blir raud. c) Du slår på ein ispose, og han blir kald. d) Vatn fordampar. e) Eit glas med ein blank løysning står i ro på kjøkkenbenken. Etter nokre timar blir det danna eit kvitt stoff i botnen av glaset. f) Eit flytande stoff stivnar. Lag gjerne hypotesar for kva som har skjedd i dei forskjellige tilfella i oppgåve a–f.

3.3.2

Gi eksempel på kjemiske reaksjonar i kvardagen. Har du dei same eksempla som andre i klassen?

3.3.3

Forklar med eigne ord kva som skjer i reaksjonen under:

3.4 Ionebinding 3.4.1 a) Kva er namnet til desse salta: LiF, MgCl2, Na2S, Al2O3? b) Kva for nokre ion finn vi i stoffa i a)? 3.4.2

Positivt ion

Negativt ion

K+

O2−

Ca2+

Br−

Ag+

I−

Al3+

S2−

3.3.5

102

Avgjer om reaksjonslikningane nedanfor er balanserte. Balanser dei likningane som ikkje er balanserte: a) C + O2 → CO2 b) C + O2 → CO c) S + O2 → SO2 d) SO2 + O2 → SO3 e) Na + H2O → NaOH + H2 f) Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2 Balanser reaksjonslikningane: a) N2 + O2 → NO b) N2 + O2 → NO2 c) O3 → O2 d) C + O3 → CO2 + O2

Formel

Namn

3.4.3

Mange hevemiddel inneheld salt, for eksempel natron, bakepulver og hornsalt. a) Kva for nokre salt inneheld dei forskjellige hevemidla? b) Finn ut kva type bakverk dei forskjellige hevemidla kan brukast i. c) Når du bruker natron i bakverk, skal du helst bruke surmjølk som væske, mens med bakepulver bruker du vatn eller mjølk. Finn ut kvifor.

3.4.4

Korleis vil du forklare følgande eigenskapar ved salt: a) Dei har høge smelteog kokepunkt. b) Faste salt leier ikkje elektrisitet, men smelta salt leier elektrisitet. c) Mange salt løyser seg lett i vatn.

2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) 3.3.4

Fyll ut tabellen med formel og namn på sambindingane:

OPPGÅVER

3.5 Elektronparbinding 3.5.1 I kva for nokre molekyl er det dobbelteller trippelbindingar mellom atoma? d) H2O a) N2 b) H2 e) NO c) O2 f) HCl 3.5.2

Tabellen viser nokre av eigenskapane til grafitt og diamant.

Stoff

Smeltepunkt, °C

Tettleik, g/cm3

Hardleik (Mohs skala)

Elektrisk leiingsevne

Diamant

3 500

3,5

Veldig dårleg

Grafitt

6 350

2,3

1–2

Veldig god

3.6 Metallbinding 3.6.1 a) Kva gjer at metall kan valsast ut til plater og trekkast ut til trådar? b) Kvifor er metalla gode leiarar av elektrisitet? 3.6.2 a) Finn ut om forskjellige metall, som jern, aluminium og kopar, leier elektrisk straum like godt. b) I straumkablar i hus blir det brukt kopar, i høgspentleidningar og nokre jernbaneleidningar blir det gjerne brukt aluminium i staden. Kvifor blir det ikkje brukt kopar alle stader? 3.6.3

Gull, sølv og platina blir gjerne kalla edle metall, mens jern, sink og aluminium blir kalla uedle metall. a) Kvifor blir gull, sølv og platina kalla edle metall? b) Kva blir edle metall brukte til? Bruk gjerne periodesystemet.no for å finne informasjon om dei enkelte metalla. c) Kva for eit metall er det vanlegaste på jorda? Kva blir dette metallet brukt til?

3.6.4

a) Korleis er ein spegel bygd opp? b) Kva eigenskapar har stoffa spegelen er bygd opp av, som gjer at dei passar til dette? d) Kva metodar har ein for å beskytte metall, for eksempel jern, mot korrosjon?

a) Kvifor er grafitt ein god leiar for elektrisitet, mens diamant ikkje er det? b) Diamant er eit av dei hardaste stoffa vi kjenner til, mens grafitt er veldig mjukt. Kva kjem denne forskjellen av? c) Kvifor er tettleiken forskjellig for diamant og grafitt? d) Kvifor har dei forskjellig smeltepunkt? 3.5.3

a) Kva er eit nettverksstoff? b) Finn ut meir om SiO2 (kvarts). c) Samanlikn strukturen til diamant og SiO2. d) Kva for ein type bindingar er det i SiO2? e) Kva blir SiO2 brukt til?

3 • Stoff og bindingar

103

OPPGÅVER

3.6.5

3.6.6

3.7 3.7.1

a) Utvinning av metall påverkar miljøet. Søk for eksempel på «kopargruve» eller «gullgruve» og studer bilde som dukkar opp frå gruvedrifta. Korleis blir miljøet rundt gruva påverka? Kva skjer med helsa til dei som arbeider der? b) Også i Noreg blir naturen påverka av gruvedrift. Gjer eit søk på «Jøssingfjorden» eller «havdeponi». Korleis blir livet i fjorden påverka av gruvedrifta? a) Gjer eit søk på «sjeldne metall» eller «sjeldne jordartar». Kva er dette? b) Kva er «urban mining», eller urban gruvedrift? Korleis kan dette vere med på å gjere gruvedrift meir berekraftig?

Vatnet sine eigenskapar a) Bruk eigne ord til å forklare kva som blir meint med hydrogenbinding. b) Er det hydrogenbindingar mellom molekyl hos andre sambindingar enn vatn? Prøv å finne nokre eksempel.

3.7.4

Reint vatn (ferskvatn) er ein dårleg leiar av elektrisitet, mens sjøvatn leier straum. Prøv å finne ut kvifor det er slik.

3.8 3.8.1

Stoff og faresymbol Kva betyr faresymbola under?

Irriterande

3.8.2

Sjølv om det blir danna is på toppen av ein innsjø, er det sjeldan is på botnen av innsjøen. Kva kan vere årsakene til dette?

3.7.3

Denne oppgåva kan du gjerne prøve å gjennomføre praktisk. a) Dersom du plasserer ein binders eller ei knappenål forsiktig på overflata av eit glas vatn, vil dei flyte på vatnet. Kvifor? b) Kva trur du skjer dersom du tilset ein liten drope oppvasksåpe? Forklar.

104

Miljøfarleg

Finn fem produkt heime som har faremerking. Kva type faremerking har desse produkta? Kva står det om bruk av produkta?

3.8.3 a) Kva typar verneutstyr er tilgjengeleg på skulen din? b) Bruker du verneutstyr heime? Kva type verneutstyr bruker du? Diskuter gjerne med andre i klassen. c) Er det nødvendig å bruke verne utstyr ved alle forsøk? 3.8.4

3.7.2

Etsande

Søk opp datablad for koparsulfat, CuSO4 · 5H2O, på internett, eller sjå i skulen si samling av datablad. a) Kva faremerking har dette stoffet, og kva betyr faremerkinga? b) Kva er dei viktigaste faremomenta ved bruk av dette stoffet? c) Kva tryggingstiltak er viktige når du jobbar med dette stoffet? d) CuSO4 er lett løyseleg i vatn. Bør restar av saltet skyljast ut i vasken?

Giftig

OPPGÅVER

3.8.5

Søk opp datablad for CaCl2, HCl (<10%) og/eller NaOH. a) Kva faremerking har desse stoffa? b) Kva er dei viktigaste faremomenta ved desse stoffa? c) Korleis skal stoffa oppbevarast? d) Kva tryggingstiltak er viktige når du jobbar med desse stoffa? e) CaCl2 blir brukt som vegsalt (for å fjerne is og hindre at det dannar seg is i vegbanen). Prøv å finne ut kvifor ein ofte bruker dette saltet i staden for NaCl.

3.9.4

Du er på ei hytte utan innlagt vatn og skal vaske etter deg. Du hentar vatn i ein bekk, og restane av vaskevatnet heller du tilbake i bekken. Kva bør du tenke på når du vel vaskemiddel til å reingjere hytta?

3.9 Avfallshandtering 3.9.1 a) Kan du helle alle flytande restar etter forsøk ut i vasken? Kvifor/kvifor ikkje? b) Skal du kaste alle restar av fast stoff etter forsøk i restavfallet? Kvifor/ kvifor ikkje? 3.9.2 a) Gi eksempel på metall som blir rekna som tungmetall. b) Kva skal du gjere med restar av salt som inneheld ion av tungmetall? 3.9.3

Finn ut korleis du skal kaste følgande avfall: a) brukte batteri b) restar av naglelakk og naglelakkfjernar c) brusflasker av glas d) knuste reagensglas e) restar av vassbasert måling d) restar av matolje i steikepanna

3 • Stoff og bindingar

105

FORSØK

F 3.1 S jå på reaksjonslikningar og bindingar ved hjelp av kulepinnemodellar. Hensikt Du skal lære å balansere reaksjonslikningar ved hjelp av kulepinnemodellar.

F 3.2 Metall i vatn Hensikt Du skal sjå kva som skjer når forskjellige metall blir lagde i vatn. UTSTYR Metallbitar eller trådar av forskjellige metall, for eksempel

UTSTYR Byggesett for kulepinnemodellar.

magnesium, aluminium, jern, kopar og sølv Sandpapir Begerglas (like mange som metall) Vatn

Framgangsmåte og observasjonar • Bygg følgande molekyl: H2, O2, CO2, CH4, N2, NH3 og H2O. Ta bilde av eller teikn det du har bygd. • Kva for nokre av molekyla har enkeltbinding, og kva for nokre har dobbeltbinding eller trippelbinding? • Bruk kulepinnemodellane til å balansere reaksjonslikningane: N2 + H2 → NH3 H2 + O2 → H2O CH4 + O2 → CO2 + H2O Når likninga er balansert, er det like mange atom av dei forskjellige grunnstoffa på kvar side av reaksjonspila. Du kan berre legge til heile stoff, ikkje eitt og eitt atom. Teikn eller ta bilde av ei balansert reaksjonslikning. Skriv i tillegg den balanserte reaksjonslikninga med kjemiske symbol. Skriv ein konklusjon.

BTB

Framgangsmåte Puss metallbitane med sandpapiret slik at eit eventuelt belegg blir fjerna. Legg metallbitane i kvart sitt begerglas med vatn (du kan ha BTB i vatnet, fargen skal da vere grøn før forsøket startar). Observasjonar og resultat Beskriv kva som skjer i dei forskjellige begerglasa. Prøv å forklare kva som har skjedd i dei forskjellige glasa, og kvifor det eventuelt ikkje skjer noko. Hadde resultata blitt annleis dersom du brukte saltvatn i staden for ferskvatn? Kva om du hadde brukt destillert vatn i staden for kranvatn? Vurder moglege feilkjelder, og skriv ein konklusjon. Risikovurdering Eigenskapar og faremoment: Ingen risiko ved metalla i forsøket. Avfallshandtering: Samle inn restane av metalla.

106

FORSØK

F 3.3 Vi dyrkar saltkrystall. Hensikt I denne aktiviteten skal du studere forma til saltkrystall og prøve å dyrke eigne saltkrystall. UTSTYR Salt, for eksempel NaCl (vanleg bordsalt eller andre typar) Varmt vatn Begerglas Glasstav Urglas Lupe

Risikovurdering Eigenskapar og faremoment: Dersom det blir dyrka koparsalt, er dei giftige og kan verke irriterande på hud og slimhinner. Spesielle tiltak: Bruk vernebriller dersom det blir brukt salt som er irriterande for auga. Vask hendene dersom du kjem i kontakt med salt som kan verke irriterande på huda. Avfallshandtering: Sjekk datablad for saltet dersom du bruker noko anna enn NaCl. Restar av koparsalt og andre salt av tungmetall må samlast opp.

Framgangsmåte og observasjonar Studer saltet i lupa. Du kan også studere andre typar salt, for eksempel «rocksalt» og maldonsalt. Løys opp 15–18 g NaCl i 50 mL varmt (kokande) vatn i eit begerglas. Rør om med glasstaven til alt er løyst opp. Ta nokre dropar av vatnet med oppløyst salt og drypp på urglaset. La det stå til slutten av timen. Observer kva som skjer. Resten av saltvatnet kan stå i begerglaset til neste naturfagtime. • Beskriv og teikn korleis dei forskjellige saltkrystalla ser ut. • Beskriv kva som har skjedd på urglaset. • Beskriv kva som har skjedd i begerglaset. Resultat og konklusjon Kva form har saltkrystalla? Kvifor har dei denne forma? Skjedde det same i begerglaset som på urglaset? Har alle saltkrystalla same form? Vurder moglege feilkjelder, og skriv ein konklusjon.

3 • Stoff og bindingar

107

FORSØK

F 3.4 Løyselegheit 1. Kva for nokre stoff blir løyste i vatn?

F 3.5 Løyselegheit 2. Kor mykje salt kan løysast i vatn?

Hensikt Vatn er eit godt løysemiddel for mange stoff, men ikkje alle. I dette forsøket skal du undersøke og finne ut kva for nokre stoff som løyser seg i vatn, og kvifor dei gjer det.

Hensikt I dette forsøket skal du prøve å finne ut kor mykje NaCl som kan løysast i vatn, og du skal sjå om løyselegheita blir påverka av temperaturen i vatnet.

UTSTYR Små reagensglas med kork Vatn Salt (NaCl, eventuelt andre salt, for eksempel CaSO4) Sukker (sukrose) Matolje Potetmjøl Kveitemjøl Krydder, for eksempel kanel

Framgangsmåte og observasjonar Ta 1 gram av kvart stoff du skal undersøke løyselegheita til, i kvar sitt reagensglas. Av matolja bruker du 1–1,5 mL. Tilset vatn, først dropevis. Observer kva som skjer. Tilset meir vatn til reagensglaset er halvfullt. Set på korken og rist. Observer. Beskriv kva som har skjedd i dei forskjellige reagensglasa. Resultat og konklusjon Kva for nokre stoff er løyselege i vatn? Kva for nokre stoff er ikkje løyselege eller lite løyselege i vatn? Kvifor er nokre stoff løyselege i vatn og andre ikkje? Vurder moglege feilkjelder, og skriv ein konklusjon. Avfallshandtering Ikkje hell feitt eller oljer i vasken.

108

UTSTYR 2 begerglas 200 mL Vatn NaCl Glasstav Rørepinne Vasskokar Varmeplate

Framgangsmåte og observasjonar Fyll det eine begerglaset med 100 mL romtemperert vatn (ca. 20 °C). Tilset 5 gram NaCl. Rør til alt saltet har løyst seg opp. Fortset slik med nye 5 gram. Når det begynner å bli vanskeleg å løyse opp saltet, tilset du berre 1 gram om gongen. Fortset å røre. Noter kor mykje salt du får løyst opp. Det andre begerglaset fyller du med varmt (kokande vatn) og set det på varmeplata. Løys opp salt som beskrive over. Noter kor mykje salt du no får løyst opp. Resultat og konklusjon Kor mykje NaCl klarte du å løyse i kaldt vatn? Kor mykje klarer du å løyse opp i varmt vatn? Fekk dei andre i klassen same resultat? Finst det nokre moglege feilkjelder i forsøket? Samanlikn resultatet ditt med tabellverdiar, eller søk på nettet etter løyselegheita til NaCl. Skriv ein konklusjon.