Alexander H. Sandtorv
GOD
KJEMi Kjemimagi i alt som er rundt oss, og morsomme forsøk du kan gjøre hjemme
© 2018 Kagge Forlag AS Omslagsdesign og layout: Liselotte Dick Omslagsillustrasjon: Liselotte Dick/iStock Alle illustrasjoner inni boka: Geir Florhaug Forfatterportrett bakpå: Emil W. Breistein Papir: Magno natural 140 g Boka er satt med Unit Light Trykk og innbinding: Livonia Print ISBN: 978-82-489-2208-7
Kagge Forlag AS Tordenskiolds gate 2 0160 Oslo www.kagge.no Historien om Higgs-bosonet på side 22 er inspirert av en nettartikkel i New York Times, www.nytimes.com. Forfatteren har mottatt støtte fra Norsk faglitterær forfatter- og oversetterforening.
INNHOLD 1. UNIVERSET ER SOM UTALLIGE LEGOKLOSSER ................. 7 2. FRA BLY TIL GULL: ALKYMI OG KJEMIENS HISTORIE ...... 25 3. DET SIER PANG! ........................................................ 43 4. NATUREN OG DET STORE PUSLESPILLET ...................... 57 5. ÆSJ! ........................................................................ 73 6. HVORDAN MUGG KAN REDDE LIV .............................. 93 7. DET SVARTE GULLET PÅ BUNNEN AV HAVET ................ 105 8. HVORFOR BLIR EPLEBITER BRUNE? ............................. 121 9. DET STORE, SVARTE VERDENSROMMET....................... 133
Oversikt over eksperimentene i boken Gjør en kjemisk reaksjon hvor eddik og bakepulver blir gjort om til brusende gass ....... 18 Lag dine egne krystaller ...... 32 Kindereggbombe ............... 47 Vulkanutbrudd! ................. 52 Fotosyntesen .................... 62 Hvor lang tid tar det før tisset lukter rart? ................... 76 Hvem har best luktesans ...... 80 Lag ditt eget slim ............... 88
Lag ditt eget SPISELIGE (!) slim ............................ 90 Lag ditt eget mugg ............. 98 Regnbue i et glass ............ 108 Drivhuseffekten i et glass.... 116 Hvilke stoffer kan beskytte epler så de ikke blir brune?...... 125 Mål pH-en til matvarer hjemme med rødkål .................. 129 Isoler ditt eget DNA! .......... 140
1
5
1
5
1
5
1
5
6
1. Universet er som utallige legoklosser Hva er alt sammen? Hva er det minste du kan tenke deg? Et sandkorn? Et støvfnugg? Kanskje du har hørt om en celle, eller noe som er enda mindre? Hva skjer hvis vi fortsetter å dele noe i stadig mindre biter? På et eller annet tidspunkt finner vi det minste vi kan tenke oss, og det er en slags byggestein, som vi bygger opp alt med. Men akkurat hva er disse byggesteinene? Svaret på det spørsmålet er mye merkeligere enn man skulle tro.
7
Legoklosser! Du har kanskje bygget med legoklosser før. De finnes i mange størrelser og farger. Hver enkelt legokloss er liten, men det er bare fantasien som setter grensene for hva vi kan bygge. Du kan ta en kloss og sette på en annen kloss, og slik kan du fortsette så lenge du orker. Med nok klosser kan vi bygge et slott, en dyrehage, kanskje til og med en legofigur som er like stor som et menneske! Så lenge vi har nok legoklosser og tilstrekkelig fantasi, kan vi bygge hva som helst. Når vi skal se for oss hvordan alt i verden er bygget opp, kan vi se for oss legoklosser. Disse byggesteinene er så ørsmå at vi ikke kan se dem, og de kan settes sammen på så ulike måter at de kan forklare alt vi ser rundt oss. Men hvordan ser klossene ut? Vi er ikke de første som har stilt akkurat det spørsmålet. Mange før oss har undret seg over det samme. De gamle greske filosofene lurte så mye på dette at de ble øre. Det gjorde også de kinesiske vismennene, alkymistene, og også noen av de største vitenskapspersonene vi har hatt i historien. Vi er altså ikke de første (eller de siste!) som lurer på hvordan alt henger sammen. Og svaret på alt sammen begynner med en gammel greker som hadde et rart navn og en veldig god idé: Demokrit.
8
1
5
1
5
1
5
1
5
Atomets historie: en veldig lang reise Demokrit levde for ca. 2400 år siden i Hellas. Han var den første vi vet om som skrev ned tankene sine om de mystiske «legoklossene». Demokrit mente at alt kunne deles opp i stadig mindre deler, helt til de nådde en nedre grense, hvor de små bitene ikke kunne deles lenger. Han kalte disse bitte små bitene for atomer. Deretter glemmer faktisk verden Demokrits atomer, helt til 1500-tallet. Da begynte man å tenke på dem igjen, og det har man gjort helt opp til vår tid. Mange av verdens mest berømte vitenskapspersoner opp gjennom historien har arbeidet med atomteorien, blant annet Albert Einstein. Så hva kom de fram til? Jo: For det første er atomet veldig lite, rundt 30–300 pikometer. Du har kanskje aldri hørt om en pikometer før, men det er en trillontedel av en meter. For å gi et bilde av hvor lite et atom er, kan man si at det finnes flere atomer i én kopp med vann enn det finnes kopper med vann i hele verden! For det andre består alle atomer av de samme delene: protoner, nøytroner og elektroner. Protonene og nøytroi tallform nene er samlet i midten i det vi kaller kjernen, elektronene er en pikometer 0,000000000001 finnes rundt kjernen. Atomene er runde og kuleaktige, meter. men det er ukjent akkurat hvor store de er. Det skal jeg forklare mer om senere. For det tredje finnes det mange typer atomer. Ulike typer atomer blir kalt grunnstoffer, og så langt har vi funnet 118 av dem. De 118 grunnstoffene er samlet i et slags familieportrett kalt periodesystemet. Alle grunnstoffer har et eget navn, men de heter ikke Lisa eller Christian, de heter for eksempel karbon og klor. Grunnstoffene forkortes med en eller to bokstaver. Karbon heter derfor C og klor heter Cl. Noen grunnstoffer har vært kjent siden oldtiden, som kobber (Cu), jern (Fe), gull (Au) og sølv (Ag). Noen av de nyeste grunnstoffene har faktisk blitt funnet så sent som de siste ti årene.
9
Periodesystemet
10
11
Albert Einstein (1879–1955) Albert Einstein er en av det 20. århundrets viktigste vitenskapsmenn. Han har fått Nobelprisen i fysikk og er «Det er kanskje selve definisjonen på et geni. Han har også et lettere å sprenge av verdens mest kjente ansikt. et atom enn en Einstein er best kjent for relativitetsteorien. Det fordom.» er en samling med tanker som er grunnlaget for all moderne fysikk. Albert Einstein hadde også en veldig god sans for humor, og når en journalist forsøkte å få ham til å forklare relativitetsteorien, sa han følgende: «Når en mann sitter sammen med en vakker kvinne i en time, virker det som et minutt. Men når han sitter på en varm ovn i et minutt, kan det virke som timer. Det er relativitet.»
12
Atomer liker ikke å være alene Når to eller flere grunnstoffer går sammen, danner de en kjemisk forbindelse, eller et molekyl. Vi kan tenke på molekyler som atomenes vennegrupper, og noen ganger atomenes familier. Det er altså grupper av atomer som holdes tett sammen. Hvis du ser opp fra denne boken akkurat nå og kikker rundt deg, vil du se mange kjemiske forbindelser. det er Alt som omgir oss, er faktisk kjemiske forbindelnesten umulig å gi et ser. Bare se ned på hånden din. Du er vant med nøyaktig tall, men for et menneske som veier 70 kg, hånden din og tenker kanskje ikke at den er så kan vi anta at det er rundt spesiell, men den består av så mange karbon650 000 000 000 000 000 atomer at vi ikke helt klarer å forstå tallet. Ikke 000 000 karbonatomer bare det, men den består også av mange oksygeni hele kroppen. atomer, mange nitrogenatomer og mange hydropuh! genatomer som er satt sammen med karbonatomene. Den boken som du holderi hånden akkurat nå, består også av karbonatomer, oksygenatomer og hydrogenatomer. Det er merkelig å tenke på at en menneskekropp og en bok består av de samme atomene. De ser jo helt forskjellige ut! Man kan ikke bla i et menneske, for eksempel. Men nå kommer vi til en av de virkelig magiske egenskapene til atomene: Grunnstoffene er viktige, men måten de er satt sammen på, er minst like viktig. På samme måte som en kasse med legoklosser kan bli et slott eller en dyrehage, er det måten bitene settes sammen på som betyr noe for hvordan molekylet blir seende ut.
13
Atomets mystiske verden Demokrit tenkte seg fram til mye riktig i 400 f.Kr., da han funderte på atomet. Likevel har vi lært en hel del mer om atomet etter hans tid. Vi vet at det består av flere mindre deler som ikke eksisterer alene. Hvert eneste atom består av tre biter: proton, nøytron og elektron. Protonene har en positiv ladning (og kan tenkes på som en liten positiv magnet), nøytronene har ingen ladning, og elektronene har en negativ ladning (og kan derfor tenkes på som en liten negativ magnet). Protonene og nøytronene sitter sammen i kjernen, og elektronet beveger seg rundt kjernen. I grunnstoffene er det like mange protoner som elektroner, og det er antallet protoner som bestemmer hvilket grunnstoff det er. vi kaller ofte Hydrogen har for eksempel bare ett proton (og protoner, nøytroner ett elektron), mens jern har 26 protoner (og 26 og elektroner for subelektroner). atomiske partikler. Dette kan virke forståelig, men atomets verden subatomisk betyr at det er virkelig mystisk, for elektronet som svever rundt vi studerer, er mindre kjernen, er så lite at vi ikke vet akkurat hvor det er! enn et atom. Og det er jo litt rart, for hvis noe finnes, må det jo også være et bestemt sted? Byen Bergen finnes jo, og vi vet jo hvor Bergen ligger. Det samme gjelder skolen din, en genser og denne boken. Vi vet at disse tingene finnes, og vi vet akkurat hvor de er. Likevel er verden annerledes når man er så lite som et elektron. Det er ganske sikkert at elektronet eksisterer, men på grunn av måten virkeligheten vår er bygget opp på, kan vi aldri vite akkurat hvor 14
elektronet er. Dette prinsippet kalles for Heisenbergs usikkerhetsprinsipp. Heisenbergs usikkerhetsprinsipp er en del av kvantemekanikken, som forklarer hvordan veldig små ting som elektroner og atomer oppfører seg. Det er oppkalt etter en som het Werner Heisenberg. Heisenberg selv og andre vitenskapspersoner syntes dette var merkelig. I et berømt intervju sa en kjent vitenskapsmann: «Hvis ikke kvantemekanikk har sjokkert deg, så har du heller ikke forstått det.»
i tillegg til heisenbergs usikkerhetsprinsipp er det et annet kjent prinsipp fra kvantemekanikken, og det er schrödingers katt. det er et tankeeksperiment som handler om en katt som både kan være levende og død. en katt plasseres i en eske med et stoff som er veldig giftig. stoffet kan slippes løs når som helst, men vi vet aldri når. i dette tankeeksperimentet vet vi ikke om giften er sluppet løs og har drept katten eller ikke, før vi åpner esken.
15