FyKe 7-9 Kemi textbok

FyKe 7–9

Anne Kangaskorte • Jari Lavonen • Anu Penttilä • Outi Pikkarainen • Heikki Saari • Jarmo Sirviö • Kirsi-Maria Vakkilainen • Jouni Viiri

KEMI

Bilagor 299

Schildts & Söderströms www.sets.fi

Originaltitel FyKe 7–9: Kemia Översättare Eva Wahlström/Arancho Doc Redaktör för den finska upplagan Marja Saarenvesi

Innehåll Kemins värld................................................................ 6 Jobbar du säkert?...................................................... 11

Redaktör för den svenska upplagan Roland Juthman Grafisk planering Sari Jeskanen Illustrationer Pekka Könönen och Timo Kästämä Bildredaktion Anita Kokkila, Marcel Maltzeff och Marja Saarenvesi © Den finska upplagan Anne Kangaskorte, Anu Penttilä, Outi Pikkarainen, Kirsi-Maria Vakkilainen och WSOYpro Oy 2010 © Den svenska upplagan Anne Kangaskorte, Anu Penttilä, Outi Pikkarainen, Kirsi-Maria Vakkilainen och Schildts & Söderströms 2011 Detta verk är en lärobok. Verket är skyddat med stöd av upphovsrättslagen (404/61). Det är förbjudet att ta kopior av detta verk om inte fotokopieringstillstånd anskaffats. Vänligen kontrollera om er läroinrättning har ett gällande fotokopieringstillstånd. Närmare uppgifter om tillstånden och vad de innefattar ges av upphovsrättsföreningen Kopiosto ry, www.kopiosto.fi.

Det är absolut förbjudet att på digital väg kopiera eller modifiera verket eller delar av detta.

ISBN 978-951-52-2694-5

Meedia Zone 2014

I Undersökning av ämnen och olika modeller 1 Undersök ämnen på ett säkert sätt...................... 12 2 Ämnena har olika egenskaper............................. 18 3 Atomerna beskrivs med modeller........................ 22 4 Alla atomer i ett grundämne är likadana.............. 26 5 Föreningar består av grundämnen....................... 32 6 Vatten är en förening mellan väte och syre.......... 38 Sammanfattning.................................................. 44

II Ämnen och reaktioner 7 Materia består av blandningar eller av rena ämnen.................................................... 46 8 En lösning är en homogen blandning................... 52 9 Ämnena i en blandning kan separeras................. 56 10 I en kemisk reaktion bildas nya ämnen................ 62 11 Man kan ändra hastigheten i en kemisk reaktion............................................ 68 12 Förbränning är en kemisk reaktion...................... 74 Sammanfattning.................................................. 80

III Periodiska systemet och bindningar 13 Grundämnena är grupperade i periodiska systemet............................................................. 82 14 Periodiska systemet är ett redskap för kemin...... 90 15 Atomen blir jon.................................................... 96 16 En jonförening bildas av joner........................... 104 17 En jonförening får namn efter jonerna............... 110 18 Molekyler innehåller kovalenta bindningar......... 116 Sammanfattning................................................ 122

IV Syror, baser och miljö 19 En lösning kan vara sur, neutral eller basisk ..... 124 20 Baser och syror är viktiga råvaror...................... 130 21 Neutralisation är en reaktion mellan en syra och en bas............................................ 136 22 När en oxid löses i vatten kan pH ändras........... 142 23 Gaserna i atmosfären ....................................... 148 24 Vatten renas för olika ändamål.......................... 154 Sammanfattning................................................ 160

VI Organisk kemi 31 Organiska föreningar innehåller kol................... 204 32 Kolväten är föreningar av kol och väte............... 210 33 Alkoholerna har många användningar............... 216 34 Det finns karboxylsyror i naturen....................... 222 35 Det finns mycket kemisk energi i fetter ............ 228 36 Kroppen behöver kolhydrater och proteiner....... 234 Sammanfattning................................................ 240

VII Tillämpningar av organisk kemi 37 Kolväten och alkoholer används som bränsle.... 242 38 Plasterna består av långa molekylkedjor............ 248 39 Textilfibrerna består av naturfibrer och konstfibrer.................................................. 254 40 Papper tillverkas av trä...................................... 260 41 Tvättmedel innehåller tensider.......................... 268 42 Det tar åratal att utveckla mediciner.................. 274 Sammanfattning................................................ 280

V Metallernas kemi 25 Metallernas egenskaper beror på metallens uppbyggnad...................................................... 162 26 Metallernas elektrokemiska spänningsserie...... 170 27 Ett galvaniskt element ger spänning.................. 178 28 Elektrolys sker med hjälp av elektrisk ström...... 182 29 Förädling av järnmalm....................................... 188 30 Korrosion är oxidering av metaller..................... 196 Sammanfattning................................................ 202

Bilagor..................................................................... 282 Register................................................................... 289 Bildkällor.................................................................. 293

3

Så här använder du läroboken 8

ning är mogen blandning

1 Indelningen underlättar lärandet och undervisningen Läroböckerna i både fysik och kemi har delats in i sju avsnitt.

I varje avsnitt finns sex kapitel.

Det är lätt för eleven att få en uppfattning av vad han eller För en lösning behövs ett lösnings­ medel ett och ämne som kan ska lösas hon ska och lära sig läraren disponera En lösning tiden. är en vätskeblandning där ämnena

1

vatten

vatten

bit­ socker

strö­ socker

blandning av vatten och socker

En lösning är 4 en homogen blandning

vatten

bit­ socke

I en liten socker­ Socker löser sig ett lösnings­ finns det i vatten. Vatten­ För en lösning behövskristall medel och ett ämne som ska lösas dricka det direkt från kranen och använda mycket yta där det molekylerna det i matlagningen. Du sköljer till och med En lösning är en vätskeblandning ämnena är kan skedär växelverkan tränger sig in blandning vatten jämnt blandade.

När du blandar vatten en tesked salt i ett WC-stolen med det, trots att mindre av vatten vattenmolekyler och sockermolekyler. mellanrenat sockermole­glas vattenbit­ försvinner det såmellan strö­ och socker småningom och blir socker socker vatten skulle duga. Vattnet kallas dricksvatten Därför löser sig finfördelat socker bättre. socker­ kallas kylerna och löser upp osynligt. Det här fenomenet upplösning.

Det Du använder rent vatten varje dag. Du kan

8

g. Du kan En lösning är h använda eller rent vatten, för det är tillräckligt rent molekylinte – du kan känna saltet lösta ämnet försvinner sockerkristallen. en homogen blandning att dricka. Men kemiskt sett är vattnet inte l och med på smaken. Det ämne som det finns mera av i lösär är i blandning vattenämne. På vattenverket tillsätts blandvatten ningen kallas lösningsmedel. Lösningsmedlen jämnt blandade. När du blandar en tesked salt i ettDu använder rent vatten varje dag. Duettkanrent dre renat För en lösning behövs ett lösnings­ allmänhet vätskor. av vatten annat ämnen som hindrar vattenrören att medel och ett ämne som ska lösas dricka det direkt från kranen och använda glas vatten försvinner det så småningom och blir bit­ strö­ och socker s dricksvatten2 Texten framskrider konsekvent det i matlagningen. Du sköljer till och med eller Enkorrodera. lösning är en vätskeblandning där ämnena är Dricksvatten är alltså socker jämnt socker blandade. När du blandar en tesked salt i ett osynligt. Det här fenomenet kallas upplösning. DetWC-stolen med det, trots att mindrefrätas renat En lösning uppstår när ett eller flera lösliga ämnen Inledningen till varje kapitel glas vatten försvinner det så småningom och blir en homogen blandning, för det innehåller lösta skulle duga. Vattnet kallas dricksvatten kligt rent osynligt. Det här fenomenet kallas upplösning. Det lösta ämnet försvinner inte – du kan känna saltetvatten blandas i ett flytande lösningsmedel. Den vätska eller rent vatten, för det är tillräckligt rent löstaman ämnet inte försvinner – duTemperaturen kan känna vatten påverkar upplösningen vatten ämnen som kaninteurskilja medsaltet ögat. påverkar upplösningen introducerar läsaren i ämnet.

Exempel 1Exempel 1 som det finnsTemperaturen mest av är lösningsmedel. på smaken. Det ämne som det finns mera av i lösattnet inte på smaken. Det ämne som det finns mera av i lös-att dricka. Men kemiskt sett är vattnet inte Om du sätter socker i ett glas med kall choklad Med ett ämnes löslighet menar man hur mycket

ösning är Rubrikerna är beskrivande och homogen blandning Eni kapitlet. lösning är uttrycker8 helheten

ett rent ämne. På vattenverket tillsätts bland

Socker löser sig i vatten. Vatten­ molekylerna tränger sig in mellan sockermole­ kylerna och löser upp sockerkristallen.

I en liten socker­ kristall finns det mycket yta där det kan ske växelverkan mellan vattenmolekyler och sockermolekyler. socker­ Därför löser sig finfördelat socker bättre.

I lö är mo och mo bla

I lösningen är socker­ molekylerna och vatten­ molekylerna helt blandade.

molekyl

ningen kallas lösningsmedel. Lösningsmedlen är i

bit­ (kakao) får du röra om länge innan sockret löser strö­ av ämnet man kan lösa upp i en viss mängd lösallmänhet vätskor.

I en liten socker­ I lösningen Socker löserärsig Om du sätter socker i ett glas med kall choklad blandningar lösningar? att Med ett ämnes lösligh ningen kallas lösningsmedel. Lösningsmedlen är iannat ämnen som hindrar vattenrörenHurdana sig. I varm choklad löser sig sockret mycket snab- socker ningsmedel. socker kristall finns det frätas eller korrodera. Dricksvatten är alltså äreller socker­ i vatten. Vatten­ bare.lösas Lösningsmedlets temperatur verkan Ämnet som ska kan vara fast, har enolika vätska (kakao) får du röra om länge innan sockret löser En lösning uppstår när ett eller flera lösliga ämnen av ämnet man kan lös på hur olika ämnen löser sig. De flesta ämnen löser allmänhet vätskor. en homogen blandning, för det innehåller lösta mycket yta där det molekylerna molekylerna blandas i ett flytande lösningsmedel. Den vätska en gas. Läsk ärsigett exempel en vattnet lösning somärinnebättre i vatten ju på varmare är. Koksalt ämnen som man inte kan urskilja med ögat. som det finns mest av är lösningsmedel. sig.

I varm choklad löser sig sockret mycket snabningsmedel. ett undantag, för vattnets temperatur påverkar inte kan ske växelverkan och vatten­ tränger sig in håller lösta ämnen som haft mycket olika form.

När Texten framskrider på ett klart och dess löslighet nästan alls. Det finns också ämnen, Hurdana blandningar är lösningar? mellangjort vattenmolekyler och sockermolekyler. molekylerna helt För en lösning behövs ett lösnings­ mellan sockermole­ bare. man läsken har man vatten löst socker i fast som koldioxid, som ihar löser bättre i kallare vatten. temperatur verkan I en liten Socker löser sigsig olika Ämnet som ska lösas kan vara fast, en vätskaLösningsmedlets eller g socker­ läskflaska kan explodera om man förvarar denblandade. i tydligt sättoch och Därför färglöser sig finfördelat socker bättre. en gas.

Läsk äroch ett exempel en lösning som inne- socker­ kylerna löserpåupp löslighet form, ochEn smakämnen i vätskeform ochhetakoldimedel ettintroducerar ämne skaämnet lösasämnen kristall finns det En lösning uppstår när ettsom eller flera lösliga i för vatten.

Vatten­ solen, olösligflesta koldioxidgas avgår från denlöser 100 ml vatten på olika ämnen löser sig.

De ämnen håller lösta ämnen som haft mycket olikahur form. När molekyl oxid i gasform.lösningen. mycket yta där det I enmolekylerna oöppnad flaska ser drycken ändå mansockerkristallen. gjort läsken har man i vatten löst socker i fast 175 medEn vardagliga exempel.

Viktiga blandas i ettärflytande lösningsmedel. vätska lösning en vätskeblandning där Den ämnena är form, färg- och smakämnen i vätskeform koldisig och bättre i vatten ju varmare är. inte Koksalt är kan ske växelverkan genomgående jämn utvattnet och urskilja olika tränger sigman in kan oxid i gasform. I en oöppnad flaska ser drycken ändå Finfördelning och omrörning jämnt blandade.

När rent dumed blandar en stil. tesked salt i ett som det mest av är lösningsmedel. mellan vattenmolekyler och sockermo Dufinns använder vatten varje dag. Du kan För en lösning behövs ettgenomgående lösnings­ jämn ut och man kan inte urskilja olika mellan sockermole­ ämnen med ögat.

En lösning är påverkar i allmänhet klar och påskyndar upplösningen att mindre renat begrepp är tryckta fet ett undantag, för vattnets temperatur inte 150 ämnen med ögat. En lösning är i allmänhet klar och Därförtemperatur löser sighar finfördelat socker bätt Lösningsmedlets olika verkan på glas vatten försvinner småningom och blir kylerna och löser upp i vatten En sockerbit sig än strö- socker­ genomskinlig. Det berorlöser på attlångsammare ämnenas byggstenar är medel och ett ämne somgenomskinlig. ska lösas Det beror på att ämnenas byggstenar är dricka det direktdet frånsåkranen och använda et kallas dricksvatten olika ämnens löslighet. Titta på diagrammet. socker.

I detfinns finfördeladeockså sockret finnsämnen, det mera molekyl dess löslighet nästan alls.

Det fullständigt omblandade i lösningen. Om vätskan är sockerkristallen. r? fullständigt omblandade Om är påverkar temperaturen osynligt. Det här fenomenet kallas upplösning. Det 125 a) koksaltets (natriHur yta jämfört medi lösningen. sockerbiten, vilket gör vätskan att det grumlig det på att det olösta ämnen i det i matlagningen. Du sköljer till och med En lösning är en vätskeblandning därtyderämnena ärfinnssom umkloridens) och b) kopparsulfatens löslighet? är tillräckligt rent sker mera växelverkan med lösningsmedlet – det som löser bättre kallare vatten. grumlig tyder sig det på att deti finns olösta ämnen i blandningen och då är det inte en lösning. Fastkoldioxid, ämne lösta som ämnet försvinner inte –vara du kan känna saltet eller Ämnet som ska lösasfram kan fast, en vätska 3 Rutor lyfter vill säga sockret löser sig snabbare. Ett ämne löser påverkar upplösningen jämnt blandade. När du blandar som enTemperaturen tesked salt i etthör inte heller ligger kvar på bottnen till lösWC-stolen med det, trots att mindre renat 100 blandningen och då ärsnabbare det inte en lösning.ämnet Fast Exempel 1finfördelat sig alltså ju mera är.ämne sett är vattnet inte på smaken. Det ämne som det finns mera av i lösexplodera om man förvarar den iLösning ningen. glas vatten försvinner det så småningom och blir En läskflaska kan a) Koksaltet löser sig enligt diagrammet ungefär lien gas.

Läsk är ett exempel på en lösning som inneOmrörning påskyndar också upplösningen, för då somkall ligger kvar på bottnen hörämnes inte heller till lösdet viktigaste i kapitlet vattenlösningsmedel. skulle duga. Vattnet kallas dricksvatten Om du sätter socker i ett glas med choklad Med menar man hur ka bra i 10-gradigt vatten som i mycket 90-gradigt. kommer ämnet som ett ska lösas snabbare löslighet i kontakt ningen kallas Lösningsmedlen är i Lösning erket tillsätts bland 75 förbättras betydligt när koldioxidgas avgår från den hetab) Kopparsulfatets löslighet osynligt. Det här fenomenet kallas upplösning. Det solen, för olöslig med lösningsmedlet. ningen. lösta ämnen somförhaft I en lösning är ämnenas fullständigt (kakao) får byggstenar du röra om länge innan sockret löser av ämnet man kan lösa upp i en viss mängd löseller rent finns vatten, det mycket är tillräckligt rentform. När allmänhet vätskor. man höjer vattentemperaturen.

I håller varje kapitel rutor medolika lösta ämnet försvinner inte – du kan känna blandade.

När ämnen saltet löser sig bildas en r vattenrören att lösningen. vätskeformig homogen blandning. man gjort läsken har man i vatten löst socker i fast sig.

I varm choklad löser sig sockret mycket snab- Temperaturen ningsmedel. påverkar upplösningen 50 Exempel 1

llsätts bland rören att en ärdag. alltså varje Du kan nen och använda nnehåller lösta köljer till och med a med ögat.

g 100 ml vatten löslighet

en homogen blandning

kaliumnitrat KNO3

175 150 125 100 75

kopparsulfat CuSO4

50

natriumklorid NaCl

25 0

2

att dricka. Men kemiskt sett är vattnet inte

temperatur

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 °C

5

på smaken. Det ämne som det finns mera av i lös-

icksvatten är alltså sammanfattning av innehållet i och koldibare. Lösningsmedlets temperatur har Iolika verkan Om du i ett glas med kall choklad Med ett äm g sätter socker form, färgi vätskeform ningen kallas lösningsmedel. Lösningsmedlen är i en lösning är ämnenas byggstenar fullständigt ettoch rent smakämnen ämne. tillsätts bland 52 Ämnen och reaktioner är en homogen blandning 53 löslighet En lösning närPå ettvattenverket eller flera lösliga 258 En lösning 100 ml vatten på hur olika ämnen löser sig. De flesta blandade. ämnen löser (kakao) du röra sockret löser ör det innehåller löstakapitlet. av ämnet m När ämnen löser får sig bildas en om länge innan allmänhet vätskor. kaliumnitrat KNO Deuppstår hjälper eleven attserämnen fådrycken en ändå 3 oxid i gasform.

I en oöppnad flaska

n urskilja med ögat.

ösningar?

annat hindrar blandas i ett ämnen flytande som lösnings medel.vattenrören Den vätska att

Lösning

Finfördelning och omrörning

175 varm choklad löser sig sockret mycket snabsig bättre i vatten ju varmare vattnet är.

Koksalt homogen är sig. I blandning. vätskeformig

ningsmede

0 genomgående utäroch kan inteärurskilja som det finnsjämn mestkorrodera. av lösningsmedel. helhetsuppfattning avman innehållet. frätas eller Dricksvatten alltså olika upplösningen 10 20g 30 0 temperatur har olika verkan ett undantag, för påskyndar vattnets temperatur påverkar inte bare. Lösningsmedlets 150 En lösning uppstår när ett eller flera lösliga ämnen ämnen löser sig. De flesta ämnen löser 100 ml vatten lös ämnen ögat. Enblandning, lösning ärdet i allmänhet klar och en homogen för innehåller lösta dess löslighet nästan alls. Det finns också ämnen, på hur olika De kanmed användas när man 125 175 Lösningsmedlets temp blandas i ett flytande 52 lösnings Ämnen ochmedel. reaktionerDen vätska En sockerbit löser sig långsammare i vatten än strösom koldioxid, som löser sig bättre i kallare vatten. sig bättre i vatten ju varmare vattnet är. Koksalt är ämnen som man kanfast, urskilja med ögat. genomskinlig.

Det beror på att ämnenas byggstenar är som det finns mest av är lösningsmedel. Ämnet som ska lösas kaninte vara en vätska eller 100 repeterar inför ett prov.

Det är lätt olika ämnens ett undantag, för vattnets temperatur påverkar inte löslighet 150 socker.

I det finfördelade sockret finns det mera En läskflaska kan explodera om man förvarar den i en gas. Läskomblandade är ett exempel ipålösningen. en lösning som fullständigt Ominnevätskan är 3 koldioxidgas nästan alls. Det finnsHur ocksåpåverkar ämnen, Hurdana blandningar äri lösningar? tempera 75 solen, för olöslig yta den heta dess löslighet 125 jämförtavgår medfrånsockerbiten, vilket gör att det att hitta det väsentliga kapitlet håller lösta ämnen som haft mycket olika form.

När grumlig tyder det på att det finns olösta ämnenÄmnet i CuSO som koldioxid, som löser sig bättre ikopparsulfat kallare vatten. som ska lösas kan vara fast,lösningen. en vätska eller umkloridens) och b) ko 100 man gjort läsken har man i vatten löst socker i fast sker mera växelverkan med lösningsmedlet – det 50 En läskflaska kan explodera om man förvarar den i med hjälp av en gas. Läsk är ett exempel på en lösning som inneblandningen ochdem. då är det inte en lösning. Fast ämne 4

4

form, färg- och smakämnen i vätskeform och koldisom ligger kvarI en påoöppnad bottnen hörserinte heller oxid i gasform. flaska drycken ändåtill genomgående jämn ut och man kan inte hjälper urskilja olika ningen.

Illustrationer och modeller ämnen med ögat. En lösning är i allmänhet klar och eleven att förstå genomskinlig.

Det berorfenomenen på att ämnenas byggstenar är Lösning fullständigt omblandade i lösningen. Om vätskan är Illustrationerna är genomtänkta Igrumlig en lösning är ämnenas byggstenar fullständigt tyder det på att det finns olösta ämnen i ochblandningen beskrivande. blandade.

När löser bildas enFast ämne ochämnen då är Bildtexterna det intesig en lösning. som ligger kvarhomogen på bottnen hör inte heller vätskeformig kopplar bilderna tillblandning. bokens text.till lösningen.

Förutom illustrationer finns det enLösning mängd olika formler I en lösning är ämnenas byggstenar fullständigt och illustrerade modeller blandade. När ämnen löser sig bildas och en vätskeformig homogen blandning. exempel.

Tolkningen av formler och modeller är ett av de främsta målen i läroplanen.

52

4 4

Ämnen och reaktioner

solen, för25olöslig koldioxidgas Ett ämne löser avgår från håller lösta ämnen som haft mycket olika form. När vill säga sockret löser sig snabbare. lösoch omrörning temperatur 50 Lösning man gjort läsken har man i vatten Finfördelning löst socker i fast sig alltså snabbare ju meralösningen. finfördelat ämnet är.

0 påskyndar 10 20 30 40 50 60 70 80 90 °C 0 form, färg- och smakämnen i vätskeform och koldi-upplösningen a) Koksaltet löser sig Omrörning påskyndar också upplösningen, för då 25 en i gasform. I en oöppnad flaska ser ändå ochtemperatur omrörning Lösningsmedlets harka olika på sockerbit löser sig långsammare strö- Finfördelning 5 oxid Exemplen visar hurEndrycken uppgifterna 6 i vatten Uppgifterna underlättar lärandet braverkan i 10-gradigt kommer ämnet som än ska lösas snabbare i kontakt 0 v genomgående jämn ut och man kan inte urskilja olika påskyndar upplösningen 0 olika ämnens löslighet. Titta på diagrammet. socker. I det finfördelade sockret finns det mera b) Kopparsulfatets lösli med lösningsmedlet. ämnen med ögat.

En lösning är i allmänhet klar och Uppgifterna i boken är omfattande ska göras Hur påverkar temperaturen koksaltets yta jämfört med sockerbiten, vilket gör att det En sockerbit Lösningsm löser sig långsammare ia) vatten än strö-(natrigenomskinlig. Det beror på att ämnenas byggstenar är höjer vattentem umkloridens) och stöd b) kopparsulfatens sker mera växelverkan med lösningsmedlet – det socker. olika ämne I det finfördelade sockret det löslighet? mera och mångsidiga och ett förfinnsman NaCl 75 dennatriumklorid heta

Bokens exempel bygger på centrala teman i de olika kapitlen.

De hjälper eleven att förstå de viktigaste sakerna. De hjälper också eleven i hemuppgifterna.

Exemplen och de blandade.

När ämnenär lösermångsidiga sig bildas en vätskeformig homogen blandning. behandlar både räknemässiga och kvalitativa problem.

fullständigt omblandade i lösningen. Om vätskan är vill säga sockret löser sig snabbare. Ett ämne löser yta jämfört med sockerbiten, vilket gör att det Hur påver grumlig tyder det på att det finns olösta ämnen i umkloride mera växelverkan med lösningsmedlet – det sig alltså snabbare ju mera finfördelat ämnet är. skerLösning blandningen och då är det inte en lösning. Fast ämne sägaKoksaltet sockret löser Ett ämne löser lösersig sigsnabbare. enligt diagrammet ungefär liOmrörning påskyndar också upplösningen, för då vill a) som ligger kvar på bottnen hör inte heller till lösLösning ju meravatten finfördelat ämnet är. ka snabbare bra i 10-gradigt som i 90-gradigt. kommer ämnet som ska lösas snabbare i kontakt sig alltså ningen. a) Koksalt Omrörning påskyndar också upplösningen, för då när b) Kopparsulfatets löslighet förbättras betydligt med lösningsmedlet. ka bra i kommer ämnet som ska lösas snabbare i kontakt man höjer vattentemperaturen.

Lösning b) Koppars med lösningsmedlet.

I en lösning är ämnenas byggstenar fullständigt man hö

lärandet. Det finns svar på de flesta uppgifterna i lärobokens text och i räkneexemplen. En del av uppgifterna kräver att eleven använder internet eller facklitteratur.

8 En lösning är en homogen blandning

53

homogen

ng

heterogen

flera olika byggstenar

O

en blandning? Motivera.

3) finfördelningen, det vill säga ytan, av det ämne som ska lösas, 4) omrörning, 5) mängden ämne som ska lösas och 6) mängden lösningsmedel.

kan vara

O

S O

O

S O O

4. I läsk finns det löst socker. Är läsk en mättad sockerlösning? Motivera ditt svar.

8

indunstning

destillering

ya ämnen. En kemisk reaktion är med varandra. Kemiska reaktioner r och reaktionslikheter.

eaktion med syre:

O2 orer som påverkar löslighet

ionsprodukt

• Vad är ämnenas periodiska sysem?

• På vad känner du igen ett metalliskt ämne?

• Vad är joner för nåt?

• Av vad bildas ett salt?

• Vilken typ av förening kan en metall och Har du koll? en icke-metall bilda när de reagerar?

• Vilken typ av förening kan icke-metaller 1. Vad är det för skillnad på ett rent ämne och bilda när de reagerar med varandra? en blandning?

5. I ett dekanterglas finns det en blandning av mull och vatten. a) Hur kan du separera ämnena i blandningen? ett brännb) Rita ett separeringsschema. bart ämne Lösning, lösningsmedel Klassificering av ämnen Ämnena 6. a) Vad och är enupplösningshastighet kemisk reaktion? tillräckligt högklassificeras på basis av byggstenarna som rena ämnen och blandningar.

En är lösning är en kemisk homogen blandning b) Varför det inte reaktion när temperatur syre där alla byggstenar i de lösta ämnena våt tvätt torkar? alla byggstenar 2. Ge exempel på vätskeformiga lösningsmedlet likadana c) Manoch kani det skriva en reaktionslikhet för en kemisk a) en gasblandning är fullständigt reaktion.

Vad är detomblandade. för nytta med Sammanfattning Ämnen och reaktioner grundämne Har du koll? b) en vätskeblandning en reaktionslikhet?

Lösligheten och Lösning, lösningsmedel Klassificering av ämnen 1. Vad är det för skillnad på ett rent ämnec) ochen blandning av fasta ämnen. upplösningshastigheten påverkas av: Begrepp kan vara Ämnena klassificeras på basis av byggstenarna som rena ämnen och blandningar. rent ämne och upplösningshastighet en blandning?

Reaktionshastigheten i en kemisk reaktion En lösning är en homogen magnesium blandning förening 7. a) Hur 1) fåregenskaperna man reaktionen och hosmellan lösningsmedlet där alla byggstenar i de lösta ämnena alla byggstenar Hastigheten i en kemisk reaktion påverkas av 2. Ge exempel på periodiska systemet kristall på 3. Föreställer modellen ochsom i snabbt det vätskeformiga lösningsmedlet saltsyraoch attämnet ske så möjligt? likadana skasom lösas, MATERIA kan vara a) en gasblandning O är fullständigt omblandade.

O elektronhölje bilden ett rentjonbindning ämne eller grundämne b) Hur 2) kanlösningsmedlets man göra en förbränningsreaktion b) en vätskeblandning temperatur, Lösligheten och O S O 1 de reagerande ämnena homogenrent ämne c) en blandning av fasta ämnen. period jonförening upplösningshastigheten påverkas av: kan vara en blandning?

Motivera. snabbare?

3) finfördelningen, det vill säga ytan, förening blandning 1) egenskaperna hos lösningsmedlet kan vara grupp salt 3. Föreställer modellen på och som ämnet som ska lösas, av det ämne ska lösas, c) Vilket brinner snabbare: ett magnesiumband O MATERIA kan vara O O bilden ett rent ämne eller S O O 2) lösningsmedlets temperatur, 2 ämnenas koncentration O S O homogen eller4) omrörning, metall formeln för ett salt magnesiumpulver?

Motivera. heterogenblandning en blandning?

Motivera.

3) finfördelningen, det vill säga ytan, O kan vara av det ämne som ska lösas, O S O icke-metall namnet på ett salt O 5) mängden4)ämne som ska lösas och omrörning, heterogen O mängden ämne som ska lösas och 3 hur finfördelade ämnena är flera olika halvmetall mängden5)lösningsmedel.

8. Förklara6)begreppen 4. I läsk finns detmolekyl löst socker.

6) mängden lösningsmedel. flera olika 4. I läsk finns det löst socker. och upplösningshastighetbyggstenar alkalimetaller • Vad är ämnenas periodiska sysem? byggstenar a) förbränning Är läsk en mättad sockerlösning? Motivera ditt svar.en mättad molekylförening Är läsk Motivera ditt svar.

• sockerlösning?

På vad känner du igen ett metalliskt ämne? jordalkalimetaller b) antändningstemperatur 4 omrörning kovalent bindning • Vad är joner för nåt?

5. I ett dekanterglas finns det en blandning av mull halogener Förutsättningar för förbränning Separeringsmetoder • Av vad bildas ett salt? och vatten. c) flampunkt Ett smutsigt plagg blir vanligen rent med tvättmedel och vatten. Ämnena i en blandning kan separeras.

I ett dekanterglas • finns det en blandning av mull a) Hur ädelgaser kan du separera ämnena5. i blandningen?

Vilken typ av förening kan en metall och Exempel6 på separeringsmetoder är: Förutsättningar för förbränning Separeringsmetoder d) självantändningstemperatur. ett brännRita ett separeringsschema. en icke-metall bilda när de reagerar?

5 ändring av temperaturen och vatten. bart ämne Tvättmedlet hjälperb)till att lösa upp sådana fläckar• Vilken typ av förening kan icke-metaller i tyget som inte oktett Ämnena i en blandning kan separeras. extraktion filtrering indunstning destillering 6. a) Vad är en kemisk reaktion? a) Hur kan du separera ämnena i blandningen? tillräckligt hög bilda när de reagerar med varandra? mängden löser sig lätt i vatten.

Men alla fläckar positiv jon Exempel på separeringsmetoder är: b) Varför är det inte en kemisk reaktion närförsvinner inte i vanlig tvätt. temperatur ett brännsyre 6 katalysatorer b) Rita ett separeringsschema. våt tvätt torkar? jon negativ Faktorer som påverkar löslighet och upplösningshastighet

9

Förutsättningar för förbränning

reras. är:

bindningar

Sammanfattning

Ämnen och reaktioner

+

+

lösningsmedel

13

16

14

17

III

Periodiska systemet och bindningar

Alla fläckar går inte bort med18vatten

15

För dem behövs detc) Man andra kan skrivalösningsmedel, en reaktionslikhet för en kemisk som lacknafta (mineralreaktion. Vad är det för nytta med Ett smutsigt plagg blir vanligen rent med tvättmedel och vatten. extraktion filtrering indunstning destillering 6 1 en reaktionslikhet? terpentin), aceton, sprit (etanol) och Tvättmedlet hjälper till att lösa upp sådana fläckar i tyget som inte 6. a)terpentin.

Vad är en kemisk reaktion? tillräckligtlöser högsig lätt i vatten. Men alla fläckar försvinner inte i vanlig tvätt. egenskaper hos lösningsmängden Begrepp Kemisk reaktion Reaktionshastigheten i en kemisk reaktion (mineralmedlet och ämnet som 81 när lösningsmedel Hur får manut reaktionen mellanorganiska magnesium och För dem behövs det andra lösningsmedel, som lacknafta b) Varför ärlösningsmedel det inte en kemisklossnar reaktion temperatur Målarfärger som7. a)späds med I en kemisk reaktion bildas det nya ämnen. En kemisk reaktion är Hastigheten i en kemisk reaktion påverkas av ska lösas periodiska systemet saltsyra att ske så snabbt som möjligt? terpentin), aceton, sprit (etanol) och terpentin. syre 16 kristall 13 ett skeende där ämnen reagerar med varandra. Kemiska reaktioner elektronhölje jonbindning våt tvätt torkar? b) Hur kan man göra en förbränningsreaktion Målarfärger som spädsdeutreagerande med organiska lösningsmedel lossnar ämnena inte från penslar och kärl med vatten.

De måste tas bort med ter1 kan beskrivas med kalottmodeller och reaktionslikheter. period jonförening inte från penslar och kärl med vatten. De måste tas bort med tersnabbare? c) Man kan skriva en gruppreaktionslikhet för salt en kemisk pentin. Färska fläckar på händerna kan tas bort med matolja, smör c) Vilket brinner snabbare: ett magnesiumband Förbränning av kol, alltså kolets reaktion med syre: pentin. Färska fläckar ellerpåmagnesiumpulver? händerna kan tas bort med matolja, smör för ett salt ämnenas eller rengöringsmedel2 avsedda förkoncentration det. Terpentin och andra orgaMotivera. reaktion. Vad är det för nytta med17 formeln 5 14 metall 2 niska lösningsmedel är problemavfall och får absolut inte hällas i icke-metall namnet på ett salt eller rengöringsmedel avsedda för det.

Terpentin och andra orgahur finfördelade ämnena ärför problemavfall.

3 avloppet.

De måste föras till insamlingspunkter halvmetall mängden ämne 8.

Förklara begreppen en reaktionslikhet? lösningens CO alkalimetaller Målarfärger, lack och lim är också problemavfall. som 18 molekyl a) förbränning 5 ska lösasC O temperatur molekylförening 4 3 jordalkalimetaller niska lösningsmedel är problemavfall och får absolut inte hällas i bindning utgångsämnen → reaktionsprodukt b) antändningstemperatur 4 omrörning kovalent hur finfördelat ämnet halogener c) flampunkt omrörning Kemisk reaktion Reaktionshastigheten i en kemisk reaktion som ska lösas är, 7. a) Hur får man reaktionen mellan magnesium och avloppet. De måsted) föras till insamlingspunkter förädelgaser problemavfall. självantändningstemperatur. mängden ämne 5 ändring av temperaturen alltså ämnets yta I en kemisk reaktion bildas det nya ämnen. En kemisk reaktion är Hastigheten i en kemisk reaktion påverkas av oktett saltsyra att ske snabbt som möjligt?

15 så positiv jon Målarfärger, som Kemiska ska lösas ett skeende där ämnen reagerar med varandra. reaktioner 6 katalysatorer negativ Uppgifter 8 lack och lim är också problemavfall.

4 b) Hur kan man göra enjonförbränningsreaktion 1 de reagerande ämnena Alla fläckar går inte bort vatten bartmed ämne

+

2

3

kan beskrivas med kalottmodeller och reaktionslikheter.

hur finfördelat ämnet som ska lösas är, alltså ämnets yta

cket koksalt i ett glas något skede. Det hjäl­ et lägger sig på bott­ smedel löser sig bara är den största möjliga pp sig och fast ämne ildats en mättad lösråga om ett visst äm­ got annat ämne i den. l socker i en mättad era löser sig.

7

e löser upp mera av a mättad för just det

2

80

omrörning Förbränning av kol, alltså kolets reaktion med syre:

Ämnen och reaktioner

En lösning kan mättas

Liknande ämnen löser sig i varandra

Om du tillsätter tillräckligt mycket+ koksalt i ett glas vatten slutar saltet att lösa sig i något skede. Det hjäl­ per inte att röra om, utan saltet C lägger sigOpå bott­ nen. I en viss mängd lösningsmedel löser 2sig bara en begränsad mängd ämne. När den största möjliga utgångsämnen mängden av ämnet har löst upp sig och fast ämne lägger sig på bottnen, har det bildats en mättad lösning. Lösningen är mättad i fråga om ett visst äm­ ne, och man kan ännu lösa något annat ämne i den.

Du kan alltså lösa till exempel socker i en mättad saltlösning, trots att salt inte mera löser sig.

Vatten är ett bra och mycket vanligt lösningsme­ del. Alla ämnen löser sig ändå inte i vatten. Om du häller CO2lite olja i pastavattnet bildar oljan fläckar på ytan. Byggstenarna i olja och vatten är så olika att de stöter bort varandra. Däremot löser sig olja i reaktionsprodukt alkohol och bensin, för deras byggstenar är mera lika varandra. Byggstenarna i vattenlösliga ämnen har likheter med byggstenarna i vatten.

→

7

80

78. Förklara följande begrepp: a) lösningsmedel b) mättad lösning

83. a) Varför smakar varm läsk avslaget? b) Varför hettar man upp bärsafter när man ska söta dem?

4 5

Lika löser lika Om byggstenarna i två ämnen är likartade kan de lösas i varandra. Om ämnena inte löser sig i varandra bildar de en heterogen blandning.

6

79. Räkna upp ämnen som a) löser sig i vatten omrörning b) inte löser sig i vatten.

80. Peter smakar på sin saft. Den smakar beskt och han vill till socker. Peter tar ett par socker­ ändring avsätta temperaturen bitar och lägger dem i glaset. Efter en stund smakar saften lika beskt och sockerbitarna har inte blivit mindre. Vad ska Peter göra för att katalysatorer sockerbitarna ska lösa sig snabbare?

En lösning är mättad då den inte löser upp mera av ett ämne. Men lösningen är bara mättad för just det ämnet.

54

82. Hurdan blandning är läsk? Välj en läsk och ta reda på vilka ämnen den innehåller.

3 hur finfördelade c) vattenlöslig. ämnena är

+ Liknande ämnen löser sig i varandra

Mättad lösning

77. a) Hurdana blandningar är lösningar? b) Räkna upp tre olika lösningar.

2 ämnenas koncentration

6

81. Förklara hur man gör en mättad sockerlösning.

Använd orden: sked, vatten, fast ämne, kärl.

Ämnen och reaktioner

Alla fläckar går inte bort med vatten Vatten är ett bra och mycket vanligt lösningsme­ Ett smutsigt plagg blir vanligen rent med tvättmedel och vatten. del. Tvättmedlet Alla ämnen sig upp ändå inte i vatten.

Om hjälperlöser till att lösa sådana fläckar i tyget som inte löser siglite lätt iolja vatten.

Men alla fläckar försvinner inte i vanlig tvätt. du häller i pastavattnet bildar oljan fläckar För dem behövs det andra lösningsmedel, som lacknafta (mineralpå ytan. Byggstenarna i olja och vatten är så olika terpentin), aceton, sprit (etanol) och terpentin. att de Målarfärger stöter bort löser sig olja i somvarandra. späds ut medDäremot organiska lösningsmedel lossnar inte från penslar och kärlför medderas vatten. byggstenar De måste tas bort teralkohol och bensin, är med mera Färska fläckar på händerna kan tas bort med matolja, smör lika pentin. varandra.

Byggstenarna i vattenlösliga ämnen eller rengöringsmedel avsedda för det. Terpentin och andra orgahar likheter med byggstenarna vatten. niska lösningsmedel är problemavfall ioch får absolut inte hällas i

Ämnen och reaktioner

84. Titta på diagrammet på sidan 53. Svara utgåen­ de från det på följande frågor: a) Hur många gram kopparsulfat löser sig i 100 milliliter vatten vid 60 °C? b) Vilken är den lägsta temperaturen vid vilken 75 g kaliumnitrat löser sig i 100 ml vatten? c) Hur många gram koksalt ska tillsättas i 100 ml vatten för att man ska få en mättad lösning när temperaturen är 90 °C?

snabbare? c) Vilket brinner snabbare: ett magnesiumband eller magnesiumpulver? Motivera.

8. Förklara begreppen a) förbränning b) antändningstemperatur c) flampunkt d) självantändningstemperatur.

81

Uppgifter

8

77. a) Hurdana blandningar är lösningar? b) Räkna upp tre olika lösningar.

82. Hurdan bland reda på vilka

78. Förklara följande begrepp: a) lösningsmedel55 b) mättad lösning c) vattenlöslig.

83. a) Varför sm b) Varför he ska söta de

85. Undersök hemma. Hur många teskedar socker behövs när man ska göra 0,5 dl mättad sock­ erlösning? Gör försöket i varmt vatten och rör om ordentligt efter varje tillsatt tesked.

8 En lösning är en homogen blandning

84. Titta på diagr de från det på a) Hur mång milliliter v b) Vilken är d 75 g kalium 80. Peter smakar på sin saft. Den smakar beskt och avloppet. De måste föras till insamlingspunkter för problemavfall. c) Hur mån han vill sätta till socker. Peter tar ett par socker­ Målarfärger, lack och lim är också problemavfall.

100 ml va bitar och lägger dem i glaset. Efter en stund Lika löser lika 8 Sammanfattning underlättar Inledningen tillsocker ett avsnitt strukPlustexterna fördjupar lösning nä smakar9 saften lika beskt och bitarna har Om byggstenarna i två ämnen likartade kan inte blivit turerar mindre. Vad Peter göra för att repetition det ska som följer I kapitlens plusrutor finnsärdet de lösas i varandra. Om ämnena inte löser sig i sockerbitarna ska lösaavsigvarje snabbare?

I slutet av varje avsnitt I början avsnitt finns 85. Undersök hem fördjupande eller annars intressant varandra bildar de en heterogen blandning. behövs när m finns en sammanfattning. frågor som motiverar läsandet. information som rör lärostoffet. erlösning? Gö 81. Förklara hur man gör en mättad sockerlösning.

Sammanfattningen innehåller Frågornas syfte är att väcka I dem behandlas till exempel om ordentligt Använd orden: 82.

Hurdan blandning är läsk?

Välj en läsk och ta 77. a) Hurdana blandningar är lösningar? de viktigaste sakerna i avsnittet elevernas intresse för det avsnitt tillämpningar och modern sked, vatten, fast ämne, kärl. reda på vilka ämnen den innehåller. b) Räkna upp tre olika lösningar.

79. Räkna upp ämnen som a) löser sig i vatten b) inte löser sig i vatten.

Uppgifter

teknologi.

78. Förklara följande begrepp: a) lösningsmedel b) mättad lösning c) vattenlöslig.

79. Räkna upp ämnen som a) löser sig i vatten b) inte löser sig i vatten.

80. Peter smakar på sin saft. Den smakar beskt och han vill sätta till socker. Peter tar ett par socker­

8

samt uppgifter som hjälper eleven 83. a) Varför smakar varm läsk avslaget? att repetera inför ett prov. Av b) Varför hettar man upp bärsafter när man sammanfattningarna får också ska söta dem? läraren en snabb helhetsuppfattning 84. Titta på diagrammet på sidan 53. Svara utgåen­ av innehållet i avsnittet. de från det på följande frågor: a) Hur många gram kopparsulfat löser sig i 100 milliliter vatten vid 60 °C? b) Vilken är den lägsta temperaturen vid vilken 75 g kaliumnitrat löser sig i 100 ml vatten? c) Hur många gram koksalt ska tillsättas i

som följer.

5

3

Atomerna beskrivs med modeller

När du skickar ett meddelande till dina vänner kan du infoga en smilis. En glad smilis signalerar trevliga saker. Om du är sur kan du skicka en smilis med rynkade ögonbryn. En sorgsen smilis visar empati när någon har det svårt. Det som smilisarna signalerar skulle vara mycket svårare och långsammare att uttrycka i ord. Smilisarna är modeller. Med dem kan du göra en modell av dina känslor, tankar, önskemål och din sinnesstämning.

I kemin lär du dig också använda olika modeller.

Modellerna beskriver eller avbildar En orienterare använder en orienteringskarta till hjälp. Kartan är en modell av terrängen. Allt som finns i naturen är ändå inte utmärkt på kartan.

Orienteringskartan är en tillräckligt exakt modell av terrängen för att man ska kunna välja rätt väg.

Modeller som kartan beskriver någonting, men de motsvarar aldrig verkligheten fullständigt.

Modeller är till stor hjälp i kemin. Modellerna beskriver ämnenas uppbyggnad, och med hjälp av dem förklarar man ämnens egenskaper och beteende i reaktioner. Forskningsresultat och teorier presenteras med modeller. Utgående från modeller kan man göra nya förutsägelser och planera nya undersökningar.

Varför används modeller i kemin?

Modell En modell är en förenkling av till exempel ett ämne, en kropp eller ett fenomen. Med hjälp av modeller kan man beskriva, förklara och förutsäga.

Orienteringskartan är en modell. Den är en förenklad bild av terrängen.

22

Arkitektens ritning åskådliggör och förutspår hur huset kommer att se ut.

modeller av atomerna

förkolnad tändsticka

modell av atomens inre struktur

modell av atomkärnan

Atommodellen är en modell av atomen

Det finns också en modell över atomens inre uppbyggnad

Alla ämnen är uppbyggda av atomer. Atomerna är så små att de inte syns. Eftersom man inte kan se en atom, har man utvecklat olika modeller för att beskriva den. Med hjälp av atommodeller kan man bättre förstå hur ett ämne är uppbyggt och hur det förenar sig med andra ämnen.

Kalottmodellen, klotmodellen, är den enklaste atommodellen. En atom avbildas då med en boll.

Den här modellen beskriver inte atomens uppbyggnad. Man använder ofta färg i kalottmodellen, trots att atomerna är färglösa. Färgerna används för att tydligt visa vilka bollar som beskriver vilka atomer.

Ensamma bollar beskriver enskilda atomer. Atomerna är olika stora och de avbildas därför ofta som bollar av olika storlek. Väteatomen är den minsta bollen, för den är minst av alla. När man använder kalottmodellen måste man alltid klart och tydligt ange vilken färg som beskriver vilken atom.

Trots att atomerna är små består de av ännu mindre delar. De är protoner, neutroner och elektroner.

Ett ämnes egenskaper och uppbyggnad kan inte förklaras med kalottmodellen, så man behöver en noggrannare modell. Då ritar man en modell av atomens inre struktur med en kärna i mitten och ett elektronhölje som omger den. Protonerna och neutronerna bildar kärnan och elektronerna elektronhöljet. Avsikten med modellen över atomens inre är att åskådliggöra och förenkla atomens uppbyggnad (struktur).

Kalottmodell Förklaring

Atomens uppbyggnad Atomen består av en kärna och ett omgivande elektronhölje.

Kalottmodell Förklaring

en syreatom

tre syreatomer

en väteatom

fyra väteatomer

en kolatom

två kolatomer

Tills vidare får man den exaktaste bilden av en atom med ett tunnelmikroskop. Manganatomen på bilden är utmärkt i gult.

23

Atomens delar har elektriska laddningar

Man kan inte se atomer

Atomens kärna och elektronhöljet har elektriska laddningar. Protonerna har en positiv laddning men neutronerna har ingen laddning. Eftersom det finns positiva protoner och oladdade neutroner i kärnan, är kärnans elektriska laddning positiv.

Elektronerna kretsar kring atomkärnan i elektronhöljet. Elektronens elektriska laddning är lika stor som protonens, men den är negativ. Mellan de negativa elektronerna och den positiva kärnan råder en elektrisk dragningskraft som håller ihop atomen. Atomen har inte någon laddning utåt eftersom det alltid finns lika många elektroner och protoner i atomen och laddningarna tar ut varandra.

Diametern på en synål är cirka en millimeter. På en millimeter ryms omkring 10 miljoner atomer i rad.

Om atomens kärna skulle vara stor som en knappnål skulle elektronerna vara som små dammkorn som kretsar runt kärnan på 10 meters avstånd.

Atomens massa består nästan helt (till 99,9 %) av kärnan. Elektronerna är alltså mycket lätta. Såväl protonens som neutronens massa är omkring 2 000 gånger större än elektronens.

elektronhölje

kärna

+

Atomen

+

I atomens kärna finns det protoner och neutroner.

Protonernas laddning är positiv.

I elektronhöljet finns det elektroner som har negativ laddning.

Protonernas och elektronernas antal i atomen är alltid detsamma. Atomen har ingen laddning utåt.

neutron elektron

proton

Heliumatomen består av två protoner och två elektroner.

Heliumatomen har ingen laddning utåt trots att protonerna och elektronerna är elektriskt laddade.

elektronhölje

+

+

Elektriska laddningar med samma tecken stöter bort varandra.

+

–

Laddningar med olika tecken dras till varandra.

elektron

neutron proton

Ett enklare sätt att avbilda heliumatomens uppbyggnad är att rita elektronhöljet som en cirkel.

24

Undersökning av ämnen och olika modeller

Uppgifter 27. a) Räkna upp åtminstone tre olika modeller. b) Varför använder du modeller?

28. Varför används modeller i kemin?

29. Skriv tre meningar om atomens uppbyggnad.

Använd orden: atom, proton, kärna, elektrisk dragningskraft, elektron, neutron, elektronhölje och elektrisk laddning.

30. Vad är a) protonens b) neutronens c) elektronens d) atomens e) kärnans elektriska laddning?

31. Använd en svart boll för kolatomen, en röd för syreatomen och en vit för väteatomen.

Avbilda med hjälp av kalottmodeller a) en kolatom b) fyra syreatomer c) två kolatomer och tre väteatomer.

3

32. Avsluta meningarna. a) Alla ämnen… b) Kalottmodellerna kan inte… c) I atomen finns… d) Atomens massa är…

33. Är påståendet sant (S) eller falskt (F)? Rätta till de felaktiga påståendena. a) Neutronernas och protonernas elektriska laddningar är lika. b) Elektronernas och protonernas massor är lika stora. c) Atomerna är så små att det bara kan finnas en atom i en punkt (.). d) Det finns alltid lika många protoner och elektroner i en atom.

34. Beskriv kalottmodellen. Hur bra beskriver den atomen?

3 Atomerna beskrivs med modeller

25

4

Alla atomer i ett grundämne är likadana

Från ett flygplan på flyghöjd kan du urskilja floder, stora öar och städer på marken. När flyplanet närmar sig markytan kan du tydligare se städer, vägar och byggnader. Slutligen ser du enskilda byggnader, träd och människor på marken. Vårt jordklot är en helhet som består av allt som det innehåller. Du är också en helhet och du består av flera olika grundämnen.

Ämnen består av atomer Vi använder olika ämnen flera gånger om dagen och vi funderar knappast närmare på vad de består av. Om du kunde undersöka ämnena noggrannare, skulle du märka att alla ämnen består av atomer. Atomerna utgör byggstenar som är typiska för varje enskilt ämne. Byggstenarna avgör ämnets egenskaper. Den grundläggande byggstenen för ett ämne kan vara en enskild atom eller en grupp av atomer där atomerna är bundna till varandra med en eller flera bindningar.

Vad är grundämnen?

Byggsten Byggstenen är den minsta delen i ett ämne som bestämmer vilket ämne det är fråga om. Den kan vara en atom eller en atomgrupp.

26

Havsvattnets sammansättning i massprocent

Människans sammansättning i massprocent

91 %

syre

5,7 %

väte

1,9 %

klor

1,1 %

natrium

0,3 %

andra grundämnen

62 % 21 % 10 % 3% 1,5 % 1 % 1,5 %

Undersökning av ämnen och olika modeller

syre kol väte kväve kalcium fosfor andra grundämnen

Byggstenarna i järn består av järnatomer.

järn

Olika grundämnen har olika slags atomer

Exempel 1

Vi känner till något över hundra olika grundämnen.

De skiljer sig från varandra i fråga om kärnans uppbyggnad. Olika grundämnen har olika antal protoner i atomernas kärnor. Atomer med lika många protoner i kärnan är alltid samma grundämne.

Grundämne Alla atomer i samma grundämne har samma antal protoner. Antalet protoner bestämmer vilket grundämne det är.

Byggstenen i ett grundämne är en atom eller en molekyl I järnmetall finns det bara järnatomer, så järn är alltså ett grundämne. Syre är också ett grundämne.

Byggstenarna i syrgas är syremolekyler som består av två syreatomer. En del av grundämnena är uppbyggda av grundämnesmolekyler, där åtminstone två atomer av samma grundämne har förenats genom en bindning. Andra grundämnen vars byggstenar utgörs av molekyler är väte, kväve och klor.

ett grundämnes byggsten

kan vara kan vara

en atom

I luften förekommer syre som syrgas vars grundläggande byggsten är en syremolekyl. I atmosfären finns också ozongas vars grundläggande byggsten är en ozonmolekyl. Ozonmolekylen bildas av tre syreatomer.

Rita en kalottmodell av a) en syreatom b) en syremolekyl c) en ozonmolekyl.

Lösning a) Syreatomen består av en boll. b) I syremolekylen är två syreatomer bundna till varandra. c) När tre syreatomer binds till varandra bildar de en ozonmolekyl.

Svar a)

b) c)

till exempel järn

en molekyl

till exempel

Järn och syre är grundämnen. Kalottmodellerna avbildar järnets grundläggande beståndsdel eller byggsten, järnatomen, och syrets byggsten, syremolekylen.

Syrets byggstenar består av syremolekyler.

syre

syre 4 Alla atomer i ett grundämne är likadana

27

6

Vatten är en förening mellan väte och syre

Domaren blåser i visselpipan och innebandymatchen börjar. Spelet och din strävan att vinna kräver att du är i rörelse hela tiden när du är på plan. Ert lag vill besegra motståndaren genom ett "rörligt spel". Efter första spelturen är du törstig.

Du dricker vatten och torkar ansiktet med en fuktig handduk. Motionen har gjort din ämnesomsättning snabbare, och mycket vatten avgår från din kropp genom svettning och andning.

Hurdant ämne är vattnet?

Byggstenen i vatten är en vattenmolekyl I ett genomskinligt glas ser vattnet färglöst ut. Du kan se vattnets yta men du kan inte se byggstenarna, alltså vattenmolekylerna.

Vatten är en förening mellan två grundämnen: väte och syre. Väte och syre är färglösa gaser utan lukt vid rumstemperatur. När man bränner väte förenar det sig med syre och bildar vatten.

Vatten är vätets förbränningsprodukt och det består av vattenmolekyler.

H H I en vattenmolekyl är två väteatomer O bundna till en syreatom. Formeln för vatten är H2O.

Byggstenen i vatten är vattenmolekylen H2O. Den bildas av två väteatomer och en syreatom.

Byggstenarna i vatten H2O eller divätemonoxid är vattenmolekyler.

38

Undersökning av ämnen och olika modeller

Det bildas vattendroppar på ytan av ett dricksglas som tas från ett kallt rum in i värmen. Vattenångan som finns i luften kondenseras på ytan av det svala glaset.

Vatten finns i naturen i alla sina aggregationstillstånd

Förändringar i vattnets aggregationstillstånd

I naturen finns det vatten i vätskeform i luften och i sjöarna, floderna och haven samt i grundvattnet under markskikten. Det finns också vatten i alla växter och djur.

När man talar om luftfuktighet avser man mängden vattenånga i luften. Vattenånga är vatten i gasform. Mängden vattenånga i atmosfären varierar mycket eftersom luftens temperatur växlar. När vattenångan kondenseras uppstår det det dagg på marken och dimma samt moln i luften.

Is och snö är vatten i fast form. Markytan kan bli täckt av rimfrost när temperaturen sjunker under 0 °C. Rimfrost är vattenånga som har frusit till is.

När vatten i vätskeform hettas upp till 100 grader börjar det bildas gasbubblor som stiger mot vattenytan. Då kokar vattnet. Bubblorna är gasformigt vatten, det vill säga vattenånga.

Vatten blir gas också när det avdunstar. Vatten avdunstar från en vattenyta vid alla temperaturer. När temperaturen sjunker, kondenseras vattenångan till vatten. Om vattnets temperatur sjunker till 0 °C omvandlas vattnet till fast form. Vattnet fryser alltså till is. Vattnets kokpunkt är 100°C och smältpunkt 0°C. I vatten kan vattenmolekylerna röra sig mellan varandra. Vattenmolekylernas rörelser ökar när man hettar upp vattnet. När vatten blir gas, lösgör sig vattenmolekylerna från varandras påverkan. I gasform kan vattenmolekylerna röra sig och sprida sig fritt omkring. I is kan vattenmolekylerna inte röra sig mellan varandra. De kan enbart vibrera på stället. När man värmer upp is förvandlas vattenmolekylernas vibrationer till rörelse och isen smälter till vatten.

Ett ämnes volym minskar i allmänhet när dess aggregationstillstånd övergår från flytande till fast form. Vatten är ett undantag från den regeln. När vatten fryser till is, ökar volymen men massan ändras inte. Därför flyter isen på vattnet.

Vatten H2O kan sönderdelas med elektrisk ström till vätgas H2 och syrgas O2.

vätgas H2

elektrisk ström syrgas O2

När is omvandlas till vatten och vidare till vattenånga, ökar vattenmolekylernas rörelser och sedan kan de röra sig fritt omkring.

vatten H2O

6 Vatten är en förening mellan väte och syre

39

Övergångarna mellan vattnets olika aggregationstillstånd och modeller av det fasta, det flytande och det gasformiga aggregationstillståndet.

Is smälter till vatten vid 0 °C, som är vattnets smältpunkt.

s m ä lt e r

Vatten fryser till is vid 0 °C, som är vattnets fryspunkt.

fryser

Vattenånga kondenseras till vatten när temperaturen sjunker under 100 °C.

ko k a r

Vatten kokar eller förångas till vattenånga vid 100°C, som är vattnets kokpunkt.

kondenserar

Vattnet kretsar kontinuerligt i naturen Solen värmer upp jordklotet. Vatten avdunstar i luften från vattendrag, från marken och från växter och djur. Vatten omvandlas till vattenånga och stiger upp i luften. När man rör sig uppåt från markytan sjunker temperaturen och vattenångan kondenseras till små vattendroppar.

Vattendropparna samlas till moln som vinden för med luften. Vattendropparna i molnen blir större när mera vatten kondenseras i den kalla luften. När vattendropparna är tillräckligt stora, fal-

1 Fiskarna andas syre i vattnet med gälarna.

2 Ämnesomsättningen i människans celler sker i vattenlösning.

3 Vattnet har stor ytspänning.

40

Undersökning av ämnen och olika modeller

1

ler de ned på marken som regn. Om luften är tillräckligt kall, fryser vattendropparna till iskristaller och faller ned i form av snö. Vattenånga i luften kan också omvandlas direkt till snöflingor.

Vattnet kommer tillbaka till haven, sjöarna och floderna i form av regn. Sedan rinner det ned genom markskikten och blir grundvatten. Värmen från solen gör att mera vatten avdunstar och att vattnets kretslopp fortsätter.

2

3

moln kondensation

avdunstning

vattenånga regn avdunstning avdunstning ytvatten

växter

mark djur grundvatten hav

Vattnets kretslopp i naturen

Vattnet har speciella egenskaper Vatten är ett bra lösningsmedel. Det löser upp till exempel socker och salt. Vatten löser inte bara fasta ämnen utan också såväl flytande som gasformiga ämnen. Luftens syre och kväve löser sig i vatten.

Det lösta syret gör livet möjligt i vatten. Livsfunktionerna hos alla levande varelser sker i vattenlösning. Vätskan inne i cellerna är vatten där bland annat socker och salter finns lösta.

Om du droppar en vattendroppe på bordet, hålls droppen i halvklotsform. Det ser ut som om dess

4

5

6

yta var täckt av en hinna. Hinnan på vatten­ytan kommer sig av att vattenmolekylerna på ytan växelverkar med varandra. Fenomenet kallas ytspänning.

Vattnet stiger upp i smala rör eftersom vattenmolekylerna växelverkar med byggstenarna på rörets insida. Fenomenet kallas kapillärkraft. Ju tunnare rör, desto högre stiger vattnet. Kapillärkraften gör det möjligt för växterna att få upp vatten ur marken.

4 Vatten bryter ljuset.

5 Vatten är ett bra lösningsmedel. Tvättmedel minskar vattnets ytspänning.

6 Havsvattnet binder värme under sommaren.

41

Sammanfattning

Undersökning och modeller av ämnen

Kemiska och fysikaliska egenskaper Kemiska egenskaper: lukt, smak, löslighet och surhet samt reaktivitet.

Fysikaliska egenskaper: färg, hårdhet, glans, skörhet, smält- och kokpunkt samt elektricitets- och värmeledningsförmåga.

Atomen I atomens kärna finns det protoner och neutroner. Protonernas laddning är positiv.

I elektronhöljet finns det elektroner som har negativ laddning.

Protonernas och elektronernas antal i atomen är alltid detsamma. Atomen har ingen laddning utåt.

Byggsten Byggstenen är ämnets minsta del som bestämmer vilket ämne det är fråga om. Den kan vara en atom eller en atomgrupp.

Byggstenarna i järn består av järnatomer. Syrets byggstenar består av syremolekyler.

elektronhölje

järn

+

neutron elektron

proton

syre

Grundämne Alla atomer i samma grundämne har samma antal protoner. Antalet protoner bestämmer vilket grundämne det är.

En förenings formel Formeln för en förening visar vilka och hur många grundämnesatomer det finns i föreningens byggsten.

Förening I en förening är åtminstone två olika grundämnen bundna till varandra.

Byggstenen i vatten är vattenmolekylen H2O. Den bildas av två väteatomer och en syreatom.

Grundämne eller förening?

kärna

+

O

C

O

CO2

Kalottmodell och formel för koldioxid H

H O

ÄMNE

grundämne

förening

byggsten

byggsten

järn

till exempel atom

grundämnesmolekyl

alla atomer har samma antal protoner

atomer av minst två olika grundämnen

till exempel järn Fe

44

Undersökning av ämnen och olika modeller

molekyl

till exempel syrgas O2

koldioxid CO2

syre

vety

hiilidioksidi koldioxid

otsoni

vesi

hiili

magn

Har du koll?

II

1. a) Vad är en storhet? b) Vilka storheter mäts i kemiarbetena?

2. På ett ämnes förvaringskärl finns följande faropiktogram.

Beskriv ämnet utgående från piktogrammen.

Ämnen och reaktioner

3. Hur kan man undvika olyckor när man gör laborationer?

4. Förklara begreppen: a) smältpunkt b) kokpunkt.

5. Vilka av järnets egenskaper kan man undersöka?

6. Rita a) en kalottmodell av väteatomen b) en kalottmodell av vätemolekylen c) en modell av väteatomens inre struktur (uppbyggnad).

• Vad betyder ett rent ämne?

• Av vilka ämnen kan man göra en lösning?

• Hur kan man avlägsna giftiga ämnen från murklor?

• Hur kan man framställa kol?

• Varför finns det katalysatorer i bilar?

• Hurdan eldsvåda får man inte släcka med vatten?

7. a) Vad är det för skillnad på en atom och en grundämnesmolekyl? b) Vad är det för skillnad på ett grundämne och en förening?

8. Vilka av följande beteckningar S, Cl2, CO, Fe, O2 och NaCl står för a) grundämnesmolekyler b) grundämnen c) föreningar?

9. SO2, CaO, O2, Cu, C6H12O6 och N2 är förkortningar för ämnen. a) Vilka av ämnena är grundämnen? b) Vilket ämnes byggsten innehåller flest atomer? c) Vilka ämnen innehåller kalcium? d) Vilka ämnen innehåller syre?

10. Vilka specialegenskaper har vatten?

Begrepp ämne 7 rent blandning homogen blandning heterogen blandning

8 lösning mättad lösning 9 extraktion filtrering indunstning destillering

reaktion 10 kemisk reaktionslikhet

11 reaktionshastighet katalysator 12 förbränningsreaktion antändningstemperatur flampunkt självantändnings­ temperatur

45

Sammanfattning

Ämnen och reaktioner Lösning, lösningsmedel och upplösningshastighet En lösning är en homogen blandning där alla byggstenar i de lösta ämnena och i det vätskeformiga lösningsmedlet är fullständigt omblandade.

Klassificering av ämnen Ämnena klassificeras på basis av byggstenarna som rena ämnen och blandningar. alla byggstenar likadana grundämne

MATERIA

rent ämne

kan vara

blandning

kan vara

Lösligheten och upplösningshastigheten påverkas av: 1) egenskaperna hos lösningsmedlet och ämnet som ska lösas, 2) lösningsmedlets temperatur, 3) finfördelningen, det vill säga ytan, av det ämne som ska lösas, 4) omrörning, 5) mängden ämne som ska lösas och 6) mängden lösningsmedel.

förening

kan vara homogen heterogen flera olika byggstenar

Förutsättningar för förbränning

Separeringsmetoder Ämnena i en blandning kan separeras.

Exempel på separeringsmetoder är: extraktion

filtrering

indunstning

ett bränn­ bart ämne

destillering

Kemisk reaktion I en kemisk reaktion bildas det nya ämnen. En kemisk reaktion är ett skeende där ämnen reagerar med varandra. Kemiska reaktioner kan beskrivas med kalottmodeller och reaktionslikheter.

Förbränning av kol, alltså kolets reaktion med syre: +

C O2

tillräckligt hög temperatur

Reaktionshastigheten i en kemisk reaktion Hastigheten i en kemisk reaktion påverkas av

1 de reagerande ämnena 2 ämnenas koncentration 3 hur finfördelade ämnena är

CO2

utgångsämnen → reaktionsprodukt

4 omrörning 5 ändring av temperaturen 6

80

Ämnen och reaktioner

katalysatorer

syre

Har du koll?

III

1. Vad är det för skillnad på ett rent ämne och en blandning?

2. Ge exempel på a) en gasblandning b) en vätskeblandning c) en blandning av fasta ämnen.

3. Föreställer modellen på bilden ett rent ämne eller en blandning? Motivera.

O O O

O

S O O

O

S O

4. I läsk finns det löst socker. Är läsk en mättad sockerlösning? Motivera ditt svar.

5. I ett dekanterglas finns det en blandning av mull och vatten. a) Hur kan du separera ämnena i blandningen? b) Rita ett separeringsschema.

6. a) Vad är en kemisk reaktion? b) Varför är det inte en kemisk reaktion när våt tvätt torkar? c) Man kan skriva en reaktionslikhet för en kemisk reaktion. Vad är det för nytta med en reaktionslikhet?

7. a) Hur får man reaktionen mellan magnesium och saltsyra att ske så snabbt som möjligt? b) Hur kan man göra en förbränningsreaktion snabbare? c) Vilket brinner snabbare: ett magnesiumband eller magnesiumpulver? Motivera.

8. Förklara begreppen a) förbränning b) antändningstemperatur c) flampunkt d) självantändningstemperatur.

Periodiska systemet och bindningar • Vad är ämnenas periodiska sysem?

• På vad känner du igen ett metalliskt ämne?

• Vad är joner för nåt?

• Av vad bildas ett salt?

• Vilken typ av förening kan en metall och en icke-metall bilda när de reagerar?

• Vilken typ av förening kan icke-metaller bilda när de reagerar med varandra?

Begrepp systemet 13 periodiska elektronhölje period grupp

14 metall icke-metall halvmetall alkalimetaller jordalkalimetaller halogener ädelgaser

16 kristall jonbindning jonförening salt för ett salt 17 formeln namnet på ett salt

18 molekyl molekylförening kovalent bindning

15 oktett positiv jon negativ jon

81

13 Grundämnena

är grupperade i periodiska systemet

Du har en massa olika saker på din hylla.

När alla saker finns på sina egna platser är det lätt att hitta och använda dem. Du har ordnat böckerna, spelen, filmerna och cdskivorna enligt vissa regler. Du kan ordna dem enligt serie, stil, författare, storlek eller färg, i alfabetisk ordning eller varför inte i rangordning – från bästa till sämsta.

Grundämnen kan också ordnas på olika sätt.

Hur ordnas grundämnena?

Atomerna består av protoner, neutroner och elektroner Atomen har en kärna och ett elektronhölje som omger kärnan. Kärnan består av protoner med positiv elektrisk laddning och neutroner som inte är elektriskt laddade. Elektronerna, som är negativt laddade, kretsar runt kärnan i elektronhöljet.

I en atom finns det alltid lika många protoner och elektroner. Atomen har ingen laddning utåt.

I alla atomkärnor av samma grundämne finns det lika många protoner. Väteatomen har en proton, heliumatomen har två, litiumatomen har tre och så vidare. Du känner igen ett grundämne på antalet protoner. Antalet protoner är grundämnets atomnummer.

Atomnummer Atomnumret är detsamma som antalet protoner i grundämnets atomkärnor.

Modellerna till höger föreställer grundämnena med atomnumren 1–10. Kärnans laddningstal berättar hur många protoner det finns i kärnan.

82

Periodiska systemet och bindningar

1+

väte H

2+

3+

4+

helium He

litium Li

beryllium Be

5+

bor B

kärna

I litiumatomens kärna finns det tre protoner och i elektronhöljet kring kärnan tre elektroner. Atomnumret för litium är därför 3.

Neonatomen består av tio protoner och tio elektroner.

Neutronernas antal kan variera. Atomnumret för neon är 10.

elektronhölje

Grundämnena kan ordnas på ett regelbundet sätt Många grundämnen upptäcktes i naturen på 1800-talet. Man kunde redan då undersöka grundämnena i laboratorium. Kemisterna märkte att vissa grundämnen hade liknande egenskaper.

Den ryska kemisten Dimitri Mendelejev skrev upp alla kända grundämnen och deras typiska egenskaper på kort. Han insåg att man kan gruppera ämnena och lyckades så ordna de 63 grundämnen som man kände till på hans tid i ett regelbundet system. År 1869 publicerade han grundäm­ nenas periodiska system. Eftersom alla grundämnen ännu inte hade upptäckts lämnade Mendelejev tomma platser i periodiska systemet. Han kunde ändå noggrant förutsäga egenskaperna hos de saknade grundämnena. Senare upptäcktes också dessa grundämnen, och det visade sig att Mendelejevs förutsägelser stämde.

I Mendelejevs periodiska system var grundämnena inordnade enligt atomvikt och egenskaper.

6+

7+

kol C

kväve N

8+

syre O

9+

10+

fluor F

neon Ne 13 Grundämnena är grupperade i periodiska systemet

83

Har du koll?

VI

1. Vilken typ av grundämnen är metaller?

2. Förklara begreppen: a) metallbindning b) legering c) tungmetall d) ädel metall 3. Svara med hjälp av den elektrokemiska spänningsserien. a) Vilken metall är ädlare: kalium eller bly? b) Vilken avger lättare elektroner: järnatomen eller silveratomen? c) Bildas det vätgas när man lägger nickel i saltsyra?

4. a) Förklara vad reaktionslikheten Cu → + beskriver? b) Är det fråga om en oxidation eller en reduktion?

Cu2+

2e–

5. Förklara vad som händer på bilderna A–C. B.

C. +

V Al

Al

–

A.

Cu + + +

– – –

+

–

Organisk kemi • Vilken typ av ämnen består den levande naturen av?

• Varför blir många ämnen svarta när de brinner?

• Hur mognar frukt som plockas omogen?

• Vad är alkohol?

• Vad beror syrligheten i frukt och bär på?

• Vilka ämnen behöver människokroppen få med kosten?

kolstav

Begrepp förening 31 organisk oorganisk förening

Cl – Cl –

Cl 2+

Zn

Cl –

Zn2+ Cl –

–

Cl –

Cl 2+

Zn

Cl –

Zn2+ Cl –

–

Cl –

Cl 2+

Zn

molekylformel strukturformel

Zn2+ –

Cl –

6. Redogör för hur man tillverkar stål av järnmalm.

7. a) Vad är korrosion? b) Ge ett exempel på korrosion. c) På vilka olika sätt kan man hindra korrosion på cyklar och fartyg?

32 kolväte alkan alken alkyn mättat kolväte omättat kolväte

33

alkohol hydroxylgrupp flervärd alkohol

34 karboxylsyra karboxylgrupp

35 fett fettsyra ester estergrupp mättat fett omättat fett fettlösligt vitamin härskna

36 kolhydrat protein enkel sockerart (monosackarid) sammansatt sockerart (disackarid) polysackarid protein (äggviteämne) aminosyra

203

31 Organiska föreningar innehåller kol

Alla levande varelser är uppbyggda av nästan samma föreningar. Alla levande varelser inne­ håller en stor mängd vatten. Dessutom består de av olika föreningar av kol. Kol är det vikti­ gaste grundämnet i den levande naturen.

Hurdana är kolföreningarna i den levande naturen?

Kol är det viktigaste grundämnet i organiska föreningar Vi behöver dagligen ämnen som härstammar från naturen. De här ämnena finns i födan, och de används för framställning av läkemedel samt av hygien- och skönhetsprodukter. Kolhydrater, protei­ ner, fetter, vitaminer och många bränslen kommer från naturen.

Ursprungligen klassificerades alla föreningar som härstammade från naturen som organiska för­ eningar. Ordet organisk står för något som härstammar från levande organismer. Senare lärde man sig framställa organiska ämnen i laboratoriet på konstgjord väg, alltså syntetiskt. Då omdefinierade man den organiska kemin så att den med några undantag också omfattar andra kolföreningar än sådana som har uppstått i den levande naturen.

Gemensamt för alla organiska föreningar är att de innehåller kol C. Förutom kol innehåller de i allmänhet också väte H och därtill ofta syre O och/ eller kväve N samt i någon mån andra grundämnen.

Idag känner vi till omkring tjugo miljoner olika organiska föreningar. Deras andel av alla kända föreningar är cirka 95 procent.

Organisk kemi Organisk kemi är kolföreningarnas kemi. Organiska föreningar innehåller förutom kol vanligen också väte och ofta syre och/eller kväve.

Alla kolföreningar är inte organiska föreningar.

Koldioxid CO2, kolmonoxid CO, kolsyra H2CO3 och kolsyrans salter karbonaterna samt vissa för­ Ämnen som innehåller organiska föreningar

204

Till de organiska föreningarna räknas alla kolföreningar med undantag av kolsyra och dess salter karbonaterna, vissa föreningar av kol och svavel samt kolets oxider (CO2 och CO).

De här är oorganiska kolföreningar.

eningar av kol och svavel räknas inte till de organiska föreningarna.

De organiska föreningarna har gemensamma egenskaper De flesta organiska föreningarna tål inte upphettning och antänds lätt. När veden brinner i öppna spisen blir det bara en liten mängd aska kvar eftersom största delen av förbränningsprodukterna är gaser. Organiska föreningar innehåller alltid kol, och när de brinner bildas det koldioxid CO2.

De flesta föreningarna innehåller också väte, som bildar väteoxid, alltså vatten H2O, när det brinner.

Många organiska föreningar har en stark arom.

Aromen hos till exempel vanilj, kanel och frukter samt fisk och ättika beror på organiska föreningar.

Väldoftande föreningar kan användas som doftoch aromämnen.

Många organiska föreningar löser sig inte i vatten. De används som lösningsmedel eftersom de kan lösa ämnen som inte löser sig i vatten. Hudrengöringsmedel kan till exempel innehålla organiska lösningsmedel, till exempel alkoholer, som löser överflödigt fett på huden.

Typiska egenskaper hos organiska föreningar • •

• •

tål inte upphettning vid förbränning bildas koldioxid CO2 och vanligen också vatten H2O kraftig arom goda lösningsmedel, löser sig dåligt i vatten

Exempel 1 Vilka av följande föreningar är organiska? a) C2H6 b) CaI2 c) NH3 d) O2 e) CaCO3 f) C3H8O Lösning a) Föreningen innehåller kol, men är inte kol­ dioxid, karbonat eller kolsyra, alltså är den en organisk förening. b) Det finns inte något kol i föreningen, och den är därför inte en organisk förening. c) Det finns inte något kol i föreningen, och den kan därför inte vara en organisk förening. d) Syrgas är ett grundämne, inte en förening, och är alltså inte heller en organisk förening. e) Föreningen innehåller kol, men den är en karbonat och alltså en oorganisk kolförening. f) Föreningen innehåller kol, väte och syre och är inte en oorganisk kolförening, och alltså är den en organisk förening.

Svar a) och f) är organiska föreningar.

205

Kolatomen bildar fyra bindningar

Kolatomer kan bindas till varandra

Kol C är ett grundämne med atomnumret sex. Kolatomen har alltså sex protoner och sex elektroner, av vilka fyra elektroner befinner sig i det yttersta elektronskalet.

Kolatomerna kan bilda bindningar med andra atomer och på det sättet få oktettstruktur, alltså åtta elektroner i yttersta skalet. Varje kolatom kan bilda bindningar genom att dela fyra gemensamma elektronpar med andra atomer. En kolatom kan alltså bilda fyra kovalenta bindningar. Man kan säga att kolatomen har fyra händer med vilka den kan ta tag i andra atomer.

Kolatomerna kan också bindas till andra kolatomer med kovalenta bindningar. Kolatomerna är bundna till varandra med en enkel kovalent bindning när de har ett gemensamt elektronpar.

Skalmodell av kolatomen och elektronformel

Den enklaste organiska föreningen är metan. Byggstenarna i metan består av metanmolekyler. I en metanmolekyl finns det en kolatom och fyra väte­ atomer. I molekylen har kolatomen fyra elektronpar gemensamt med fyra väteatomer. I metan finns det alltså fyra kovalenta bindningar mellan kol­atomen och väteatomerna.

1+

6+

1+

1+

6+

1+

1+ 1+

H H

C H

H H

H C H H

kan ritas

H H C H H

Metanmolekylen består av en kolatom och fyra väteatomer.

De fyra gemensamma elektronparen mellan kolatomen och väte­atomerna avbildas enklast med ett streck.

206

Organisk kemi

C

C

C

C kan ritas

6+

6+

C

C

Kolatomerna kan bindas till varandra i rad så att det bildas långa kedjor. Kedjorna kan också förgrena sig eller bilda ringar. En kolkedja eller kolring bildar ryggraden i en organisk förening, och de övriga atomerna är bundna till den.

H

1+ 1+

6+

Två kolatomer kan bilda en kovalent bindning med varandra.

Det gemensamma elektronparet kan också ritas med ett streck, som föreställer en kovalent bindning. Med de lediga elektronerna binder kolatomerna andra atomer.

C

6+

6+

H

H

C

C

H

H

H

H

H H C H H H C C C H H H C H H H

H H H

H

H

C

C

C H

H C

C

C

H

H

Kolatomerna bildar ryggraden i de organiska föreningarna.

Atomerna av andra grundämnen, såsom väte och syre, är bundna till ryggraden. Kolkedjorna kan vara raka eller förgrenade, eller bilda ringar.

H

H H

Organiska föreningar åskådliggörs med olika modeller Man kan avbilda byggstenarna i organiska för­ eningar på olika sätt. Molekylformeln berättar vilka grundämnesatomer och hur många det finns i varje molekyl. Metanets molekylformel är CH4. Eftersom alla organiska föreningar innehåller kolatomer ordnade på olika sätt ger molekylformeln inte en exakt bild av molekylens uppbyggnad eller av bindningarna. Många olika föreningar kan ha samma molekylformel, trots att molekylerna har olika struktur.

Molekylformeln kallas också summaformel, eftersom den betonar antalet atomer i molekylen.

Strukturformeln ger en exaktare bild av byggstenarna i organiska föreningar än molekylformeln.

Den berättar hur atomerna är ordnade i molekylen.

I strukturformeln ritar man bindningarna mellan atomerna som streck.

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

H H

H

H

H

C

C

C

H

Exempel 2 Metan kan avbildas med modellerna a–c.

Alla modeller visar föreningen på lite olika sätt.

Ge namn åt modellerna. a) CH4 b)

H H

C

H

H c)

Svar a) molekylformel b) strukturformel c) pinn-kulmodell

H H H C H H

De här kolvätena har olika strukturformler, men molekylformeln för båda är C4H10. På bilden ser du strukturformlerna.

När man ritar en strukturformel måste man kontrollera att kolet alltid har fyra bindningar – varken mera eller mindre. Väte däremot bildar bara en kovalent bindning, syre två och kväve tre bindningar.

I kalott- och kulmodellerna märker man ut atomerna med olika färger, trots att de i verkligheten inte har någon färg. Man använder i allmänhet följande färger för grundämnena:

kol

väte

syre

kväve

Kolets, vätets, syrets och kvävets bindningar

C

H

O

N

Organiska föreningar avbildas också med olika slags kalott- eller kulmodeller. Kalottmodellen visar molekylens tredimensionella form. Pinn-kul­ modellen är också tredimensionell och visar dessutom tydligt bindningarna mellan atomerna.

Pinn-kulmodellen visar molekylen med bindningar, kalottmodellen utan bindningar.

31 Organiska föreningar innehåller kol

207

+ Kolet har många former som grundämne Kolet har olika strukturer också som grundämne. Fenomenet att ett och samma grundämne har olika strukturer kallas allotropi. Kolets allotropiska former är diamant, grafit och olika nanotillämpningar, såsom fulleren, nanorör och grafen.

Diamanterna har uppstått under jord för miljoner år sedan under högt tryck och hög temperatur. Numera kan man också tillverka diamanter på konstgjord väg.

I en diamant är kolatomerna bundna till varandra med kovalenta bindningar i ett regelbundet mönster. Strukturen är hård och hållbar och den bryter ljuset. Diamant är faktiskt det hårdaste ämnet i naturen. Det används såväl som ädelsten som i borrar och skärare.

En betydligt mjukare form av kol är grafit. Grafit används bland annat i blyertspennor. I grafiten bildar kolatomerna ringstrukturer som lägger sig i skikt på varandra. Varje kolatom bildar tre kovalenta bindningar med andra kolatomer. Den fjärde valenselektronen har kolatomerna avgett för gemensamt bruk. Valenselektronerna rör sig fritt mellan skikten. Grafit leder elektricitet eftersom de rörliga elektronerna leder elektrisk ström.

Man kan lösgöra enskilda grafitskikt från varandra, och då får man grafen. Grafenskikten kan också bilda rör, som kallas nanorör. Nanorör används bland annat som armering i ishockeyklubbor. Eftersom grafen leder elektricitet tror man att det kan få betydelse i framtiden, när man till exempel utvecklar elektriskt ledande plaster.

De stora klotformade molekylerna som bildas av kolringar och påminner om fotbollar kallas fullerener.

Sådana "kolklot" finns det bland annat i sot.

Olika nanotillämpningar av kol utvecklas hela tiden och man tror att de kommer att få många nya användningsmöjligheter i framtiden, bland annat inom elektronik- och läkemedelsindustrin.

Diamant är den enda ädelstenen som består av endast ett grundämne. Diamanter slipas till vackra ädelstenar med olika slipmetoder. Färgade diamanter innehåller andra ämnen som föroreningar.

Blyertspennans stift består trots namnet av grafit och inte av bly. Grafit är ett mjukt och svart ämne som färgar av sig, och därför lämnar det spår när man skriver.

Olika former av kol 1

2

3

4 5

Strukturer för diamant (1), grafit (2), grafen (3), ett nanorör (4) och fulleren (5).

208

Organisk kemi

Uppgifter 299. Vilka grundämnen ingår i de organiska föreningarna? Skriv grundämnets namn och kemiska beteckning.

300. Förklara följande begrepp: a) kovalent bindning b) molekylformel c) strukturformel.

31

303. Kombinera molekylformeln med strukturformeln.

H H a) C4H6 A) H C C H H H

b) C2H6

B)

H

H

301. Är påståendet sant eller falskt? Rätta till de felaktiga påståendena. a) Organiska föreningar tål upphettning bra. b) Syreatomen bildar två kovalenta bindningar. c) Organiska föreningar löser sig bra i vatten. d) Det finns omkring 6 000 olika organiska föreningar. e) Det finns alltid kolatomer i organiska molekyler. f) När organiska föreningar brinner bildas det koldioxid och vatten.

302. Rita molekyl- och strukturformler för följande föreningar utgående från pinn-kulmodellerna.

De svarta kulorna är kolatomer, de vita väteatomer, de blå kväveatomer och de röda syreatomer. a) b) c)

c) C3H8O d) C2H7N

D) H E) H

N

H H

H

C

C

H

H

H

H C

C

C

C

H H

H

H

C

C

C

H

H

H

O

H H

H

304. Vilka av följande ämnen är organiska föreningar? Motivera. b) CO2 c) H2 a) H2O d) NaCl e) C2H7N f) CH4 g) CaCl h) CH3COOH 305. Vilka av följande modeller visar samma förenH ingar?

O a) b) C2H4O2 c) H C C H

d)

e) C3H6O2

OH

f)

306. Rita så många olika strukturformler som möjligt för en förening vars molekylformeln är C5H12.

307. Ge en förklaring på varför just kol är det grundämne som har flera föreningar än alla andra grundämnen tillsammans. +308. Sök

mera information om någon av kolets allotropiska former. Skriv en essä.

31 Organiska föreningar innehåller kol

209

36 Kroppen behöver kolhydrater och proteiner

Det är viktigt med en hälsosam diet för växande ungdomar. Idrottare måste vara särskilt noga med sin diet. För att få goda resultat ska man äta mångsidigt och regelbundet. Maten måste innehålla tillräckligt med energi för att musk­ lerna ska orka arbeta. Förutom den energi som fetterna ger behöver din kropp också kolhydra­ ter och proteiner.

Vad är kolhydrater och proteiner?

Livsmedel som innehåller kolhydrater

234

Sockerarterna är kolhydrater Kolhydraterna är en grupp organiska föreningar som består av kol, väte och syre. Kolhydraterna har inga egna funktionella grupper, men de innehåller flera hydroxylgrupper. De klassificeras ändå inte som alkoholer. Kolhydraterna är i allmänhet ringformade föreningar. Det kan finnas en eller flera ringar i molekylen. I ringarna finns det förutom kolatomer en syreatom.

Kolhydraterna delas in i tre grupper: enkla socker­arter eller monosackarider, sammansatta sockerarter eller disackarider och långkedjade kolhydrater eller polysackarider.

Enkla sockerarter är bland annat glukos (druvsocker) och fruktos (fruktsocker). Glukos bildas i växternas fotosyntes av koldioxid och vatten med hjälp av solenergi.

I de sammansatta sockerarterna har två enkla socker förenats genom en kovalent bindning. Ett exempel är det vanliga sockret, sackaros (rörsocker), som har bildats av en glukos- och en fruktos­molekyl.

Laktos (mjölksocker) och maltos (maltsocker) är också sammansatta sockerarter.

CH2OH H

C

C

H OH

HO

O

OH O CH 2

OH

C

C

H

HO

H

C

C

H

OH

Glukos eller druvsocker

CH2OH

H

H

OH

C

C

OH

H

O OH

C

OH

CH2OH

Fruktos eller fruktsocker

CH2OH O

OH

OH OH

OH

CH2OH

OH

Glukos och fruktos beskrivs ofta med en förenklad strukturformel där kolatomerna och väteatomerna i ringen lämnas bort.

Sackaros (rörsocker) CH2OH

H

O CH 2

O OH

OH

O

OH OH

O

CH2OH OH

glukos

fruktos

En –OH-grupp i glukos reagerar med en –OH-grupp i fruktos och molekylerna förenas. Under reaktionen spjälks en vattenmolekyl bort.

Laktos (mjölksocker) är en kolhydrat som spjälks upp till enkla socker av laktasenzymer i kroppen: glukos och galaktos. Vissa människor saknar laktasenzym.

Hos dem spjälks inte laktosen i tunntarmen, utan den förs vidare till tjocktarmen. I tjocktarmen bryts laktosen ned till syror, vatten och gaser, som ger magont och andra tarmsymtom.

Kolhydrater Kolhydraterna består av kol-, väte- och syreatomer.

Kolhydraterna delas in i tre grupper: monosackarider (enkla sockerarter), disackarider (sammansatta sockerarter) och polysackarider.

CO2 Glukos bildas av koldioxid och vatten i växternas fotosyntes med hjälp av solenergi. I reaktionen binds energi i glukosmolekylens bindningar. Den bundna energin frigörs när glukosmole­ kylen bryts ned, till exempel i den förbränningsreaktion som sker vid cellandningen. Energin används av cellerna.

Cellandning

Fotosyntes + 6 H2O → C 6H12O6 + 6 O2

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

koldioxid + vatten → socker + syre

socker + syre → kol- + vatten

dioxid

6 CO2

energi binds

energi frigörs

O2

Livsmedel som innehåller proteiner

235

Stärkelse och cellulosa är lång­ kedjade kolhydrater

Kolhydrater i födan

Polysackariderna är stormolekylära föreningar i vilka tiotals, hundratals och till och med tusentals enkla sockermolekyler har kopplats ihop med kovalenta bindningar till långa kedjor. Stärkelse och cellulosa är exempel på polysackarider. De har bildats av glukosmolekyler.

I stärkelse vrider sig kedjorna av glukosmolekyler i spiralform. Det finns mycket stärkelse i potatis och sädeskorn. Under matsmältningen bryts stärkelsen ned till glukos.

I cellulosa kan det finnas tiotusentals glukosmolekyler. Molekylkedjan i cellulosa är rak. Cellulosa är en kolhydrat som bildar stödstrukturen i växterna. Det finns mycket cellulosa i sädeskornens skal, i frukter och i grönsaker. Cellulosa bryts inte ned i kroppen eftersom människan saknar det enzym som katalyserar nedbrytningen. Cellulosa är en kostfiber och omvandlas inte i kroppen. Kostfibrer förhindrar bland annat förstoppning eftersom de hjälper tarmen att fungera bättre.

POLYSACKARIDER

SOCKER

enkla sockerarter = monosackarider

sammansatta sockerarter = disackarider

• glukos • fruktos • galaktos

• sackaros • laktos • maltos

• stärkelse

• cellulosa

Växtätande djur, såsom korna, har ett enzym i kroppen som kan bryta ned cellulosa till glukos. Enzymerna är proteiner som påskyndar kemiska reaktioner.

Stärkelse och cellulosa bildas av en rad glukosmolekyler.

I stärkelse vrider sig glukoskedjan, medan kedjan i cellulosa är rak.

CH O 2 H

H CH 2O O

Stärkelse

O

OH

O

OH

O

OH

O

2 OH

OH CH 2

OH

CH

…O OH

O…

O

OH

…

236

CH2OH

OH

O

O

OH

OH

Cellulosa O OH O CH2OH

O

OH

O

O OH O

OH

CH2OH

OH

CH2OH

O

OH OH

O…

Proteinerna består av aminosyror Proteinerna är stormolekylära organiska för­ eningar som innehåller kol, väte, syre och kväve.

Dessutom kan proteinerna innehålla vissa andra grund­ ämnen. Proteinerna bildas av aminosyror genom en kemisk reaktion. Aminosyrorna är organiska föreningar med två funktionella grupper. De innehåller en karboxylgrupp –COOH och en ami­ nogrupp –NH2.

I proteinerna är aminosyrorna bundna till var­ andra med kovalenta bindningar så att de bildar långa molekylkedjor. Proteinerna byggs upp så att karboxylgruppen i en aminosyra reagerar med aminogruppen i en annan aminosyra. Aminosyrorna förenas med varandra och en vattenmolekyl spjälks bort.

Den funktionella gruppen i ett protein är gruppen O H .

I kroppen transporterar de röda blodkropparna syre med blodet. Syret binds av hemoglobinet i de röda blodkropparna.

I en röd blodkropp finns det cirka 280 miljoner hemoglobinmolekyler.

1

Hemoglobin C2932H4724N828S8Fe4O848 Hemoglobin är ett protein som består av 574 aminosyror.

I hemoglobinet finns det fyra nystan av proteinkedjor, och inne i dem är syret bundet.

2

C N GL Y

TRP A LA ALA

LYS

Y GL

Proteinerna är långkedjade föreningar som är uppbyggda av aminosyror. Aminosyramolekylerna har grupperna –COOH och –NH2.

LYS

ALA

P

AS

Proteiner

3 LYS

Föreningar av aminosyror kallas också peptider, och därför kallas den funktionella gruppen ofta peptidbindning.

THR

L VA

ASN AL A

HIS

ALA

Nystanen består av spiralformade proteinkedjor. Spiralerna hålls ihop av bindningar mellan delar i kedjan.

Aminosyrorna, som proteinerna byggs upp av, betecknas med förkortningar på tre bokstäver.

O H

-grupI proteinmolekylerna finns det flera C N per, peptidbindningar.

En proteinmolekyl bildas av minst hundra aminosyramolekyler, men det finns proteiner som består av tiotusentals aminosyramolekyler.

Atomer på olika ställen i proteinmolekylen kan bilda inbördes bindningar. Tack vare de här bindningarna bildar proteinmolekylerna spiraler eller veckas till en tredimensionell struktur (som ett veckat papper ungefär). Veck- eller spiralstrukturerna dras dessutom ihop till olika slags nystan på grund av bindningskrafterna mellan olika delar av molekylen. Den tredimensionella formen är viktig för proteinets funktion, och proteinernas egenskaper beror på den här strukturen.

4 H

H

O

H

H

O

N

C

C

N

C

C

H

CH3

GLY glycin

5

ALA alamin

H H H

N

C

Aminosyrorna har förenats med varandra i en kemisk reaktion i vilken proteinets funktionella grupp, peptidbindningen, har bildats.

O C

H glycin (GLY) (aminosyra)

OH

Molekyler av fria amino­ syror har en karboxylgrupp –COOH och en aminogrupp –NH2.

36 Kroppen behöver kolhydrater och proteiner

237

Sammanfattning

Organisk kemi

Organiska föreningar De organiska föreningarna består av byggstenar som innehåller en ryggrad av kolatomer och i allmänhet till kolatomerna bundna väte-, syre- och/eller kväveatomer.

Kolets, vätets, syrets och kvävets bindningar C

H

O

N

Antal kolatomer

Förled

1 2 3 4 5

metetpropbutpent-

Formler för organiska föreningar Strukturformel

Molekylformel

Pinn-kulmodell

Kalottmodell

H

CH4 metan

H

C

H

H

ORGANISKA FÖRENINGAR

Kännetecknande för strukturen

Ändelse i namn

kolväten

bara enkelbindningar mellan kolatomerna

-AN

alkaner

alkener alkyner alkoholer

Exempel

H

en dubbelbindning mellan kolatomerna

-EN

en trippelbindning mellan kolatomerna hydroxylgrupp

-YN

C

C

H

H

H

-OL

H

H

H

H

C C eten

H

karboxylgrupp

H

etan

H

karboxylsyror

H

-SYRA

C

C

H

H

C

C

H

H

H H

C

C

H

ORGANISKA NÄRINGSÄMNEN Byggstenen består av

etyn

OH

etanol

O OH

etansyra eller ättiksyra

Indelning

Exempel

fetter

glycerol och tre fettsyramolekyler

växtfetter djurfetter

rybsolja ister

kolhydrater

ringformad molekyl med kol-, syre- och väteatomer

enkla sockerarter

glukos fruktos

sammansatta sockerarter

sackaros laktos

polysackarider

stärkelse cellulosa

proteiner

240

H

Organisk kemi

aminosyror

hemoglobin

Har du koll?

VII

1. a) Vilka grundämnen innehåller de organiska föreningarna? b) Nämn fyra organiska föreningar.

2. a) Hurdana föreningar är kolhydraterna? b) Vad finns det för skillnader respektive likheter mellan alkaner, alkener och alkyner?

3. Dela in följande föreningar i alkaner, alkener, alkyner, alkoholer och karboxylsyror. a) etan b) pentyn c) butanol d) propen e) metansyra 4. Rita strukturformlerna för föreningarna i uppgift 3.

5. a) Vad är det för skillnad mellan mättade och omättade fettsyror? b) Av vilka föreningar bildas fetterna? c) På basis av den funktionella gruppen, till vilken grupp av föreningar hör fetterna?

6. a) Hur delar man in kolhydraterna? b) Vad finns det för skillnader respektive likheter i strukturerna för glukos, sackaros respektive stärkelse?

7. a) Av vilka föreningar bildas proteinerna? b) Vilken är den funktionella gruppen i proteinernas struktur?

Tillämpningar av organisk kemi • Hur får bilar energi?

• Hur påverkar olika bränslen koldioxidhalten i atmosfären?

• Vad allt används plast till?

• Hur tillverkar man tyger?

• Hur får man papper?

• Hur fungerar tvättmedel?

• Hur gör man mediciner?

Begrepp bränsle 37 fossilt biobränsle (förnybart bränsle) oljeraffinering katalytisk avgasrenare

38 plast polymer monomer härdplast termoplast

39 naturfiber konstfiber regenatfiber syntetfiber oorganisk fiber

40 papper pappersmassa tillverkning av kemisk massa tillverkning av mekanisk massa returfibermassa

41 tensid tvål tvättmedel

42 läkemedel målprotein modellering syntes klinisk prövning

241

40 Papper tillverkas av trä Skogsindustrin i Finland är specialiserad på att producera högt förädlat tryck- och skrivpapper samt hygienpapper. Den elektroniska kommunikationen har genom att vara snabbare och lättare gjort att man inte längre använder pappersbrev så mycket. Trots att de elektroniska medierna har blivit allt vanligare är behovet av tidnings- och tidskriftspapper fortfarande stort.

Vilka två metoder används för framställning av papper från ved?

Ved är råvara för papper. Pap­ per tillverkas av kemisk trä­ massa, mekanisk massa eller returfibermassa. I Finland har man samlat in och återvunnit papper sedan 1940-talet. Re­ turpappret sorteras och renas innan det används på nytt.

260

Trä är en mångsidig råvara inom skogsindustrin I Finland växer det mycket träd som lämpar sig som råvara för skogsindustrin. Med skogsindustri avses framställning av pappersmassa och papper, vidareförädling av papper och tillverkning av byggnadsmaterial.

Skogsindustrin utnyttjar vedråvaran ekonomiskt. Av de stora stockarna tillverkas träprodukter, såsom möbler och byggnadsmaterial. Av mindre träd framställs pappersmassa och papper. Hyggesresterna, såsom kvistar och bark, används för att producera värme och elektricitet.

Trä är en förnybar naturresurs. Trä är ett starkt och lätt naturmaterial som isolerar värme och elektricitet bra. Det är lätt att bearbeta, och träprodukter kan återvinnas och användas som energi.

Omkring tre fjärdedelar av det trävirke som används i Finland är inhemskt och en fjärdedel är importvara. Största delen av det importerade trävirket kommer från lövträd (björk och asp) och används som råvara för papper, alltså för framställning av fibermassa.

1

2

CH2OH H

C

O

C

H OH

H

OH C H

C

H C OH

OH

Ved innehåller cellulosa och lignin Ved innehåller omkring 50 procent cellulosa, som är stödämne i växtcellerna. Cellulosa är en långkedjad polysackarid som består av glukosmolekyler. Cellulosa löser sig inte i vatten och inte heller i många andra lösningsmedel.

Vedfibrerna, som huvudsakligen består av cellulosamolekyler, binds samman av lignin. Det finns 20–30 procent lignin i ved. Ligninet har inte någon entydig struktur eftersom den varierar hos olika växter.

Utöver cellulosa och lignin innehåller ved omkring 20 procent hemicellulosa och små mängder av andra ämnen. Hemicellulosa är en polysackarid med förgrenad struktur. Den bildar bindningar mellan cellulosa och lignin.

Den vedmassa som används när man framställer papper består till stor del av cellulosa. I pappersframställningen separeras cellulosan från veden med hjälp av kemikalier och värme eller mekaniskt. Ligninet som binder cellulosan måste avlägsnas så noggrant som möjligt.

1. Cellulosamolekylen består av tusentals sam­ mankopplade glukosmolekyler.

2. Lignin binder samman cellulosamolekylerna i veden.

Kemisk massa framställs av tall eller björk i en lösning av lut Vid kemisk massaframställning separerar man vedfibrerna från varandra med hjälp av tillsatsämnen och värme. Den här metoden att framställa fibermassa för papper kallas massakokning.

I Finland framställs fibermassan, den kemiska massan, av tall eller björk med sulfatmetoden.

Sulfatmetoden går ut på att vedflis kokas i vitlut, en basisk lösning av lut, som innehåller natrium­ hydroxid NaOH (lut) och natriumsulfid Na2S. Under kokningen löser sig ligninet, som binder vedfibrerna till varandra, i vitluten och vedfibrerna lösgörs. Endast hälften av vedmassan utnyttjas eftersom en del av cellulosan i vedfibrerna löser sig med ligninet i luten.

Massan separeras från kokspadet och tvättas.

Det mörka kokspadet utnyttjas noga. Kemikalierna avskiljs och återanvänds i massakokningen. Vattnet avdunstas från kokspadet och de ämnen som blir kvar bränns, och ger då energi.

Den kemiska massan bleks eftersom den är brunfärgad av kvarblivet lignin. Hälften av det lignin som finns kvar i fibrerna kan avlägsnas med lut och syre. Den slutliga blekningen kan göras med föreningar av klor och syre eller med syre, ozon, väteperoxid och enzymer. Man försöker minska användningen av klorföreningar eftersom de är skadliga för miljön.

Fördelar med kemisk massa i pappersframställ­ ningen: • Papper som tillverkas av kemisk massa är starkt och gulnar inte.

• Vid sidan av papper får man energi.

40 Papper tillverkas av trä

261

Mekanisk massa fås genom slipning och malning av granved Vid den mekaniska massaframställningen separeras vedfibrerna från varandra genom slipning eller malning av granved. Under både slipningen och malningen bildas det värme. Värmen mjukar upp ligninet som binder fibrerna till varandra. Med andra ord öppnas bindningarna mellan fibrerna tack vare värmen.

Vedråvaran utnyttjas noga i framställningen av mekanisk massa eftersom massan innehåller både fibrer och lignin. Av samma mängd ved får man dubbelt så mycket mekanisk massa som kemisk massa. Papper som tillverkas av mekanisk massa är inte så hållbart eftersom slipningen och malningen

bryter fibrerna och försvagar pappret. Därför tillsätter man olika ämnen i massan som bland annat förbättrar papprets vattenbeständighet, färg och tryckegenskaper.

Papper som är tillverkat av mekanisk massa gulnar i solljus eftersom det innehåller mycket lignin.

Framställning av kemisk massa

Tillverkning av mekanisk massa

Fördelar med mekanisk massa i pappers­ framställningen: • Pappret är ogenomskinligt.

• Vedråvaran kan utnyttjas effektivt.

• Det uppstår mindre miljöskadliga utsläpp än med kemisk massa.

Trävirke eller massaved vatten kemikalier

vattnet cirkulerar

vatten

flisas och kokas Kemisk massa

blekmedel

Trävirke eller massaved

tvättas och bleks

tillsatsämnen vattnet cirkulerar

tillverkas i pappersmaskiner Papper

restmassa till energiproduktion

På mikroskopbilden ser du att fibrerna i den mekaniska massan är brutna.

Fibrer i kemisk massa

262

Tillämpningar av organisk kemi

Mekanisk massa tillverkas i pappersmaskiner Papper

Blekt massa kokspad

slipas eller mals

Returfibermassa framställs av returpapper

Papperstillverkning i pappersmaskin

Det insamlade returpappret sorteras och rengörs innan man framställer returmassan. Returpappret sönderdelas med hjälp av vatten och kemikalier till en suspension: mäld. Från mälden avlägsnar man resten av föroreningarna, såsom nitar, plast och trycksvärta. Det här kallas avsvärtning. Trycksvärtan som separeras vid avsvärtningen bränns tillsammans med sorteringsavfallet i fabrikens kraftverk och blir energi.

Returfibermassan används för tillverkning av tidnings- och hygienpapper. Papper som tillverkas av returfibermassa, alltså returpapper, är skört eftersom träfibrerna har förkortats under tidigare massa- och papperstillverkningsprocesser. Fibrerna tål återanvändning cirka 4–5 gånger. I framställningen av returmassa använder man omkring hälften kemisk eller mekanisk massa för att pappret ska ha bättre kvalitet.

Fibrer i hygienpapper

Pappersfibrer i tidskrifter

Papper tillverkas av kemisk massa, mekanisk massa eller returfibermassa. Man kan kombinera dem i olika förhållanden för att ge pappret de önskade egenskaperna. Till exempel måste förpackningspappret vara starkt, medan tryck- och skrivpapper ska ha goda tryckegenskaper.

Papper tillverkas i pappersmaskiner som är över 100 meter långa. I pappersmaskinens våtända späds massablandningen ut med vatten till en tunn fiberblandning, och därefter breds den ut på en löpande plastduk med nätstruktur, det vill säga en vira. När vatten rinner bort från fiberblandningen förenar sig fibrerna med varandra och det bildas en enhetlig pappersbana. Vatten dräneras ytterligare i virans slutända. Efter att man så tagit bort vatten innehåller fiberblandningen omkring 80 procent vatten.

Efter det här leds pappersbanan mellan pappersmaskinens pressvalsar, och då pressas största delen av vattnet ut ur banan. När man tillverkar bestruket papper, bestryker man pappersbanan med pigment.

Banan torkas genom att det leds mellan heta cylindrar. Efter det är banans torrsubstans redan över 90 procent.

Slutligen pressas pappret mellan heta mangellika valsar för att det ska få en bestämd tjocklek och en jämn och glansig yta. Det färdiga pappret rullas upp på en stor rulle som sedan skärs ned till pappersrullar av den storlek som kunden beställt.

Fibrer i hushållspapper

1. massan breds ut på viran

4. förtorkning 2. pappersbanan formas

3. dränering

5. bestrykning

6. eftertorkning

7. ytan jämnas och glättas

Olika skeden i papperstillverkningen på pappersmaskin

40 Papper tillverkas av trä

263

+

Träden ger xylitol och växtsteroler Xylitol och växtsteroler är alkoholer som man får från träd. Xylitol isoleras från björk och växtsteroler från tall i samband med massakokning. Xylitol används i sötsaks-, livsmedels- och läkemedelsindustrin som sötningsmedel.

Det har visat sig att xylitol minskar risken för hål i tänderna. Växtsteroler å sin sida tillsätts i margarin eftersom man har sett att de sänker kolesterolet i blodet.

Xylitol motverkar hål i tänderna. Xylitoltuggummit utvecklades i Finland och kom ut på marknaden år 1975.

Som biprodukt i massakokningen får man också råtallolja och råterpentin Den viktigaste biprodukten vid framställning av kemisk massa är råtallolja. Den bildas under massakokningen av fett- och hartssyror i vedens kåda. Från råtalloljan destillerar man tallfettsyra, tallhartser, tallolja och tallbeck.

Tallfettsyra är bland annat råvara för målarfärger och tvålar. Av destillerad tallolja framställs talltvål, och tallbeck används i vägbeläggning.

Terpentin får man från de lättflyktiga ämnena i barrträd. Råterpentinen destilleras till terpentin, som används som lösningsmedel i färg- och lackindustrin. Terpentin används också vid framställning av läkemedel, såsom kamfer.

Träfiberisolering är det äldsta industriellt framställda isoleringsmaterialet Träfiberisolering, eller cellulosaull, används som värmeisolering i ytterväggar, mellanväggar, tak, golv och mellanbotten. Cellulosaullen fås på plats genom inblåsning i byggnadskonstruktionerna, och den bildar då en tät sammanhängande värmeisolering.

266

Tillämpningar av organisk kemi

Råmaterialet i cellulosaull är utvalt returtidningspapper. Vid tillverkningen tillsätter man borax B4Na2O7 · 10 H2O och borsyra H3BO3 i träfibern för att förbättra mögelbeständigheten och brandsäkerheten. Om en eld­ svåda bryter ut avger borföreningarna i ullen det vatten som de har bundit och bromsar på så vis upp spridningen av branden.

Uppgifter 389. Vad menas med skogsindustrin?

390. Vilka ämnen innehåller vedfiber?

391. a) Av vilka trädslag framställs kemisk massa? b) Hur separerar man vedfibrerna i massakokningen? c) Varför bleker man pappersmassan?

392. a) Av vilka trädslag framställs mekanisk massa? b) Hur separerar man vedfibrerna vid framställningen av mekanisk massa? c) Hur skiljer sig egenskaperna hos kemisk respektive mekanisk massa?

40

395. Vilka egenskaper krävs av pappret i en lärobok?

396. Hur belastar pappersframställningen naturen?

397. Ta reda på: a) Var finns den insamlingsplats för papper som är närmast ditt hem? b) Hur utnyttjar ni returpapper hemma?

398. Undersök hemma. Riv hushållspapper, tidningspapper och kopieringspapper på bredden och på längden. Vad observerar du? Förklara vad det beror på att pappren rivs olika.

393. Vilka egenskaper hos papper kan man ändra?

394. a) Vad är returfibermassa? b) Ta reda på vad begreppet returpapper betyder och vilka produkter man tillverkar av det.

40 Papper tillverkas av trä

267

41 Tvättmedel innehåller tensider

Du har fått till uppgift att tvätta familjens smutstvätt. Du sorterar plagg av samma färg i tvättmaskinen och häller en lämplig mängd tvättmedel i tvättmedelsdosan. Sedan väljer du program och startar maskinen. Den oljiga tomatsåsen som har stänkt på din skjorta lossnar inte i en normal maskintvätt. Du prövar ett fläckborttagningsmedel på fläcken.

Tvättmedel är både fett- och vattenlösliga Smuts kan avlägsnas från kläder eller från huden med olika tvättmedel. Tvättmedlen innehåller flera olika ämnen, men deras tvätteffekt baserar sig på att de löser upp smuts. Vissa fläckar kan rengöras med vatten, till exempel salt, socker och andra vattenlösliga ämnen. Alla vattenlösliga fläckar försvinner ändå inte bara med vattentvätt. Det beror på att rent vatten inte tränger tillräckligt bra in i tyget så att smutsfläcken löser sig.

Många smutsfläckar är olösliga i vatten. För att få bort dem måste man använda tvättmedel. Ett tvättmedels tvätteffekt baserar sig på strukturen hos de tensider det innehåller. Tvättekniken, tiden och temperaturen påverkar också resultatet.

En tensid är den ingrediens i tvättmedlet som tvättar. Dess byggstenar består av långa kedjor av kol- och väteatomer i vars ena ända det finns syreatomer och till exempel en metalljon. I vatten lösgör sig den positiva metalljonen från molekylen. Den långa negativa tensidjonen som blir kvar är den egentliga verksamma delen i tvättprocessen. Tensidjonens långa kolkedja är hydrofob, vilket betyder att den stöter vatten ifrån sig. Jondelen i andra ändan är hydrofil, den dras till vatten, och löser sig Calltså O i vatten.

På vad grundar sig fläckborttagningen?

H

H

C

O

– vattenavstötande (hydrofob), fettlöslig ända vattenavstötande (hydrofob), fettlöslig ända

vattenlöslig (hydrofil) ända

– Tillämpningar av organisk kemi

+

+

vattenlöslig (hydrofil) ända

+

–

268

–

+

Tensiden har en hydrofob del, som består av en kolkedja och stöter bort vatten, och en hydrofil del som löser sig i vatten. Den hydrofila ändan består av en kolatom med syreatomer som bildar en negativ jon och drar till sig en positiv metall­ jon, såsom Na+. Natriumjonen lösgör sig när man löser tensiden i vatten och deltar inte i tvättpro­ cessen. Strukturen hos en tensidjon kan visas på ett förenklat sätt (den nedre bilden).

positiv metalljon

tensidjon

1

+

vattenmolekyl

+

2

3 +

+

+

+

+

Tensiderna i tvätt­ medlet lösgör fläck­ arna från tyget.

+

+

+

+

+

+ +

klädesplagg

+

+

+

+

+

+

+

fläck

Tensider tar bort fläckar

Tvål är en tensid som tillverkas av naturämnen

Tensidjonerna förekommer i vattnet som klotformade partiklar, där de hydrofoba ändorna vänder sig inåt och de hydrofila ändorna sitter på partikelns yta. (Bild 1) När tensidjonerna träffar en fettlöslig smutsfläck tränger sig deras hydrofoba ändor, som är fettlösliga, in i smutsfläcken och omringar den. (Bild 2) När de tränger sig mellan fläcken och tygfibern försvagas krafterna mellan smutsen och fibern och smutsfläcken lossnar från tyget. Smutsen sköljs bort med vattnet och plagget blir rent.

(Bild 3) Tensidjoner dras också till tyget och bildar ett smutsavstötande skikt på dess yta. Då fastnar inte smutsen på nytt.

Tvål framställs ur fett med hjälp av natriumhydroxid.

I reaktionen bildas tvål och glycerol.

H

Tvättmedel kan indelas i tvålar och syntetiska tvättmedel och rengöringsmedel. Tvål tillverkas av naturprodukter, såsom växt- och djurfetter. Traditionellt tillverkas tvålar av djurfetter som kokas i en lösning av lut, alltså natriumhydroxid NaOH. Under kokningen bryter natriumhydroxiden esterbindningarna i fettet och fettet sönderdelas i glycerol och natriumsalter av fettsyrorna. De här natriumsalterna fungerar som tvättande delar i tvålen, alltså som tensider. Tvål är ett effektivt tvättmedel och den bryts lätt ned i sjöar, hav och vattendrag. Men tvål passar ändå inte för all tvätt och rengöring.

O C

H

C

O

H

C

O

H

C

O

H

H

C15H31 O

C C

C15H31

+ 3 NaOH

C15H31

C

OH

H

C

OH + 3 C15H31COONa

H

C

OH

H

O fett

H

natriumhydroxid

glycerol

natriumsalt av fettsyra - d.v.s. tvål

Smutsfläckarna lossnar från plaggen när du väljer ett lämpligt tvättmedel, tvättar plaggen tillräckligt länge i lämplig temperatur och med rätt teknik. Alla de här faktorerna har man beaktat när man utvecklat den moderna tvättmaskinen.

41 Tvättmedel innehåller tensider

269