9789162297626 by Smakprov Media AB

Kemi Direkt

Kemi direkt

Kemi Direkt

anpassad till Lgr 11

Nya Fysik Kemi har:

• sex kapitel med välskrivna och berättande texter • en klar struktur och en modern form som passar alla elever • tydliga och konkreta kunskapsbeskrivningar i alla kapitel • Plussidor där elever kan fördjupa sig • Sammanfattning efter varje kapitel • Uppslaget med frågor, sökuppgifter, diskussionsfrågor, fördjupningar och laborationer som följer det centrala innehållet och kunskapskraven i Lgr 11, samt förbereder eleverna inför nationella prov

ISBN 978-91-622-9762-6

(622-9762-6)

Mona Gidhagen svante Åberg

• Facit med svar på frågorna i boken.

Sanoma Utbildning postadress :

Box 30091, 104 25 Stockholm Alströmergatan 12, Stockholm www.sanomautbildning.se info@sanomautbildning.se

besöksadress : hemsida : e-post:

Order/Läromedelsinformation telefon : telefax :

08-587 642 10 08-587 642 02

författare :

Mona Gidhagen och Svante Åberg Fredrik Enander, fredrik.enander@sanomautbildning.se Anders Pålsson, anders.palsson@sanomautbildning.se grafisk form : Anders Wikberg / Bånges Grafiska Form AB bildredaktör : Putte Salminen redaktör :

Kopieringsförbud! Detta verk är skyddat av lagen om upphovsrätt. Kopiering utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt Bonus-Presskopias avtal, är förbjuden. Sådant avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner/universitet. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnares huvudman eller Bonus-Presskopia. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare

Tryck: Livonia Print, Lettland 2014

Kemi Direkt 01.indd 2

2014-04-07 09.50

Sanoma Utbildning postadress :

Box 3159, 103 63 Stockholm Sveavägen 56, Stockholm www.sanomautbildning.se info@sanomautbildning.se

besöksadress : hemsida : e-post:

Order/Läromedelsinformation telefon :

telefax :

08-696 86 00 08-696 86 10

författare :

�

förord

ya Kemi Direkt är en omfattande omarbetning av den tidigare upplagan av Kemi Direkt. Nya Kemi Direkt är helt anpassad till Lgr11. Innehåll, kontroll frågor och arbetsuppgifter stämmer väl överens med de nya kursplanerna i Lgr11. Kemi Direkt har en klar och tydlig struktur. Texten är uppdaterad, väl genom arbetad och elevnära, med ett brett innehåll som beskriver kemin i vår vardag och kemins roll i vår gemensamma framtid. Kemi Direkt innehåller historiska tillbakablickar och framtida utmaningar, tankeväckande foton och klar görande illustrationer som stimulererar elevernas intresse för kemi. Kemi Direkt är indelad i 6 kapitel, två kapitel för varje årskurs. Alla kapitel börjar med ett intressant foto, en utmanande frågeställning och en lista med viktiga begrepp som tas upp i kapitlet. Listan kan användas av eleverna efter arbetet med kapitlet, för att kontrollera sina kunskaper. Bokens kapitel är i sin tur indelade i mindre avsnitt, som inleds med en tydlig och konkret målbeskrivning och avslutas med ett antal kontrollfrågor. Kontrollfrågorna är ett stöd för eleverna medan de arbetar med texten.

Kopieringsförbud! Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen! Kopiering, utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-Presskopias avtal, är förbjuden. Sådant avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare t.ex. kommuner/universitet. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnarens huvudman eller BONUS-Presskopia. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare.

Printed in Latvia by Livonia Print, 2012

Efter varje kapitel finns en omfattande Sammanfattning och Plussidor med fördjupande innehåll för intresserade elever. Allra sist i kapitlet finns Uppslaget, fyra sidor med frågor, förslag på fördjupningar, enkla försök som kan göras hemma, begreppsbilder (Concept Cartoons), sökuppgifter och diskussionsförslag. Uppslaget prövar elevernas förståelse, förbereder dem inför det nationella provet, uppmuntrar dem att fördjupa sig och att ta ställning till aktuella frågor. Det sista kapitlet, Hållbar utveckling, fokuserar på den betydelse kunskaper i kemi har när man arbetar med vår framtid. Kapitlet ger nycklar till förståelsen av dagens och framtidens miljöfrågor och kan med fördel läsas tematiskt med andra ämnen som biologi och samhällkunskap. Sist i boken finns ett facit på frågorna i boken, som underlättar elevernas läxläsning och inläsning inför prov. Där finns också en grundämnestabell och ett periodiskt system.

�ycka ti��

med era kemistudier!

Innehåll

Kemins grunder

Livets kemi

116

Fotosyntes och cellandning 118 Kolhydrater 122

Fetter 130

Kemi förr och nu 4

Proteiner 132

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar 10

Vitaminer och mineralämnen 134

Ämnens egenskaper 14 Rena ämnen och blandningar 18

Att separera ämnen 24 Ämnen kan förändras 28 Det brinner 30

Atomer, joner och kemiska reaktioner I atomens inre 148 Periodiska systemet 152

Metaller 156

Luft, vatten, mark, syror och baser

Joner 162

Syror och baser 2 166

Luft 46

Salter 170

Vatten 53

Mark 60 Syror och baser 1 64

Kol och kolföreningar

Hållbar utveckling

190

Vårt hem jorden 192 Principer för en hållbar utveckling 196 Klimat och miljö 205

Organisk kemi – kolets kemi 82 Kolväten 86 Fossila bränslen 93

Facit 220

Alkoholer 98

Organiska syror och estrar 102

Bildförteckning 234

146

Innehåll

Kemins grunder

Livets kemi

116

Fotosyntes och cellandning 118 Kolhydrater 122

Fetter 130

Kemi förr och nu 4

Proteiner 132

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar 10

Vitaminer och mineralämnen 134

Ämnens egenskaper 14 Rena ämnen och blandningar 18

Att separera ämnen 24 Ämnen kan förändras 28 Det brinner 30

Atomer, joner och kemiska reaktioner I atomens inre 148 Periodiska systemet 152

Metaller 156

Luft, vatten, mark, syror och baser

Joner 162

Syror och baser 2 166

Luft 46

Salter 170

Vatten 53

Mark 60 Syror och baser 1 64

Kol och kolföreningar

Hållbar utveckling

190

Vårt hem jorden 192 Principer för en hållbar utveckling 196 Klimat och miljö 205

Organisk kemi – kolets kemi 82 Kolväten 86 Fossila bränslen 93

Facit 220

Alkoholer 98

Organiska syror och estrar 102

Bildförteckning 234

146

Kapitel

Innehåll

Kemi förr och nu sid. 4

Kemins grunder

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar sid. 10 Ämnens egenskaper sid. 14 Rena ämnen och blandningar sid. 18 Att separera ämnen sid. 24 Ämnen kan förändras sid. 28 Det brinner sid. 30

Fundera på

•

V arför slocknar en eld när man häller vatten på den?

Fok us på

 Naturvetenskapligt arbetssätt  Säkerhetsföreskrifter  Materia, atom och molekyl  Grundämne och kemisk förening  Periodiska systemet  Kemiska tecken och reaktionsformler  Ämnens egenskaper  Fast, flytande och gasform  Rena ämnen och blandningar  Lösningar, emulsioner och uppslamningar  Separationsmetoder  Kemisk reaktion  Förutsättningar för eld  Släckningsmetoder

Kemins grunder

Kapitel

Innehåll

Kemi förr och nu sid. 4

Kemins grunder

Fundera på

•

V arför slocknar en eld när man häller vatten på den?

Fok us på

Kemins grunder

Kemi förr och nu

Egyptierna gav oss ordet kemi För ungefär 3 000 år sedan balsamerade man döda människooch djurkroppar i Egypten. Först behandlades den döda kroppen med olika ämnen, som kallades khems. Kroppen lindades sedan med tygremsor av lin, som doppats i vätskor från växter. Balsameringen skulle hindra döden från att förstöra kroppen.

När du har arbetat med Avsnittet kemi förr och nu Kan du • berätta något om kemins historia • förklara hur man arbetar på ett naturvetenskapligt sätt • redogöra för säkerhetsföreskrifterna på ett kemiskt laboratorium

Man tror att ordet kemi kommer från egyptiernas ord för det magiska khems. Khems var viktigt för egyptierna, inte bara vid balsameringen utan också när man gjorde öl, färger och smink.

• känna igen vanliga farosymboler

Vad är kemi och vad kan man göra med kemi? Är kemi bubblande färggranna vätskor, konstiga glaskolvar, rök och explosioner? Eller är kemi bara giftiga ämnen som förgiftar naturen och gör människor sjuka?

Grekerna tänkte kemi Människor har i alla tider studerat och försökt förklara hur världen och naturen är uppbyggd. De grekiska filosoferna Empedokles och Aristoteles påstod för tvåtusen år sedan, att naturen var uppbyggd av fyra grundläggande element – jord, luft, eld och vatten.

Kemi finns överallt Det finns kemi när du duschar och fixar till håret, när du äter frukost och när du tar dig till skolan. Kemi finns överallt. När du ser dig omkring, finns det kemiska ämnen överallt. Vatten, växter, mat, kläder … Ja, allt du ser är olika kombinationer av kemiska ämnen. Allt du ser, luktar, smakar och känner är kemi. Kemi är läran om olika ämnens egenskaper, uppbyggnad och deras reaktioner med varandra. Kemi är en naturvetenskap och har stor betydelse i vår vardag, men kanske ännu mer i vårt framtida samhälle.

Vatten är världens viktigaste kemiska ämne.

De grekiska filosoferna såg på naturen, funderade och drog slutsatser, men de gjorde inga experiment. De ansåg att det räckte med tankar och idéer för att förklara hur världen fungerade.

Alkemister försökte göra guld

Dagens kemister har god hjälp av flera hundra års erfarenheter och modern teknisk utrustning. De har också utvecklat ett gemensamt kemispråk med kemiska namn, symboler och formler. På så vis kan alla som arbetar med kemi lättare förstå varandra och samarbeta. Men så har det inte alltid varit.

Alkemisterna gjorde ändå en hel del upptäckter som vi har stor nytta av idag. De framställde många nya ämnen som till exempel syror och upptäckte dessutom flera nya grundämnen. Men framförallt utvecklade de nya arbetsmetoder i sina laboratorier, som kemister fortfarande använder.

Kemins grunder

Målningen visar hur ett alkemist laboratorium kunde se ut i Europa under medeltiden.

När man sedan på 1700-talet började göra vetenskapliga experiment och undersökningar, förstod man att deras förklaring av naturen inte stämmer med verkligheten.

Du kanske tror att kemister alltid står ensamma i ett laboratorium med rykande flaskor runt omkring sig och blandar gifter? Det stäm mer inte. Kemister jobbar i team och ofta tillsammans med andra yrkesgrupper, som biologer, läkare och tekniker. De tar till exempel fram nya mediciner och material, forskar fram nya miljövänligare sätt att producera energi eller söker efter förklaringar till sjukdomar.

En balsamerad flicka som levde i Egypten för över 3000 år sedan.

Alkemin har en lång historia. Den fanns i Kina och Egypten för mer än två tusen år sedan och kom till Europa under medeltiden. Alkemisterna försökte bland annat framställa guld ur andra metaller. De arbetade hårt med detta utan att lyckas. Numera vet vi att det inte går att tillverka guld ur andra ämnen.

Kemi förr och nu

Man tror att ordet kemi kommer från egyptiernas ord för det magiska khems. Khems var viktigt för egyptierna, inte bara vid balsameringen utan också när man gjorde öl, färger och smink.

• känna igen vanliga farosymboler

Vatten är världens viktigaste kemiska ämne.

De grekiska filosoferna såg på naturen, funderade och drog slutsatser, men de gjorde inga experiment. De ansåg att det räckte med tankar och idéer för att förklara hur världen fungerade.

Alkemister försökte göra guld

Kemins grunder

Målningen visar hur ett alkemist laboratorium kunde se ut i Europa under medeltiden.

När man sedan på 1700-talet började göra vetenskapliga experiment och undersökningar, förstod man att deras förklaring av naturen inte stämmer med verkligheten.

En balsamerad flicka som levde i Egypten för över 3000 år sedan.

Kemi förr och nu

Ett naturvetenskapligt arbetssätt

I kemilabbet

Under 1600- och 1700-talen förändrades naturvetenskapen. Naturvetarna började testa sina teorier, genom att göra mer genomtänkta undersökningar och experiment. På så vis kunde de få bevis för sina idéer om hur naturen är uppbyggd och fungerar. Det här kallas för ett naturvetenskapligt arbetssätt och är det arbetssätt som dagens forskare fortfarande använder.

Om du bakar en sockerkaka hemma är det bara att följa ett recept. Då blir det en sockerkaka. Men att göra en laboration i kemisalen är något helt annat. Där ska du använda ett naturvetenskapligt arbetssätt.

En naturvetenskaplig undersökning börjar med att man formulerar en hypotes. Att göra en hypotes innebär att man med hjälp av sina kunskaper och erfarenheter försöker förutsäga vad som kommer att hända i till exempel ett experiment. Sedan genomför man experimentet och får ett resultat.

Det betyder att du ska göra hypoteser, planera och utföra experiment, anteckna dina resultat och försöka dra slutsatser. Efter laborationen gör man alltid en laborationsrapport. Då är det lättare komma ihåg vad man gjort och sina resultat. Laborationsrapporten ska också kunna läsas, förstås och laborationen ska kunna upprepas av någon annan.

Stämmer resultatet med hypotesen, upprepar man försöket för att kontrollera att det blir samma resultat varje gång. Stämmer inte resultatet med hypotesen, börjar man leta efter möjliga felkällor. Det kan vara något med hypotesen som inte stämmer, eller så kan det vara att experimentet utfördes fel. När man har hittat möjliga felkällor, gör man nödvändiga förändringar och nya experiment. Med den här nya arbetsmetoden lärde sig vetenskapsmännen att tänka kritiskt. En teori måste kunna bevisas med hjälp av olika undersökningar och experi ment. Om undersökningarna visar att teorin inte stämmer, måste teorin förändras. Det här var ett nytt sätt att arbeta, jämfört med alkemisternas. Nu samtalade också vetenskapsmännen med varandra, om vad de gjorde och sina resultat. Det bildades också veten skapliga sällskap, som skrev ner och publicerade sina naturvetenskapliga undersökningar.

En laborationsrapport: 1. Rubrik – Vad laborationen heter. 2. Frågeställning – Vad är det jag ska ta reda på och vad tror jag kommer att hända. Vad är min hypotes? 3. Materiel – Vilken utrustning och vilka kemikalier använde jag? 4. Utförande – Hur gjorde jag? Skriv en kortfattad beskrivning av försöket, gärna med en teckning.

Forskning är ett lagarbete. 6

Kemins grunder

5. Resultat – Vilket resultat fick jag? Skriv ner dina iakttagelser och observationer, under och efter experimentet. Redovisa gärna med tabeller, diagram och teckningar. 6. Slutsats – Blev resultatet som jag trodde? Stämmer det med min hypotes? Var det något som blev annorlunda eller gick fel? Varför blev det så, vilka var felkällorna?

Kemi förr och nu

Ett naturvetenskapligt arbetssätt

I kemilabbet

Forskning är ett lagarbete. 6

Kemins grunder

Kemi förr och nu

Säker kemi

Betydelse (gäller till och med 31 maj 2015)

Nästan alla experiment i skolan är riskfria, men någon gång kommer du att använda ämnen som är frätande, brandfarliga eller giftiga. Därför är det viktigt att du känner till säkerhetsföreskrifterna och att du följer dem noggrant. Annars riskerar du att skada dig själv eller någon annan.

Gamla symboler Nya symboler (gäller från och med 2009)

Irriterande/ hälsofarlig/ skadlig

• Följ lärarens instruktioner

Miljöfarlig

Läraren ger både muntliga och skriftliga instruktioner som är viktiga att följa. Gör aldrig egna experiment utan att först få godkänt av din lärare.

Mycket brandfarlig

• Använd skyddsutrustning Använd alltid skyddsglasögon och skyddsförkläde eller labbrock. Om du har långt hår ska du knyta upp håret. Du ska känna till var salens skyddsutrustning finns, samt när och hur den ska användas. Det är förbjudet att äta och dricka i labbsalen och tvätta alltid händerna efter en laboration.

Frätande

Giftig

• Håll ordning Om du håller ordning på din arbetsplats, minskar risken för olyckor. Läs alltid etiketten på burkar och flaskor så att du inte använder fel kemikalier. Plocka undan, diska och torka rent när du är klar. Tänk på att många kemikalier inte får hällas ut i vasken, utan måste samlas upp i speciella avfallskärl.

• Farosymboler Ibland finns farosymboler på etiketten. De är till för att varna om innehållet är farligt. Lär dig vad farosymbolerna betyder.

Explosiv

Oxiderande

Använd alltid skyddsglasögon när du laborerar.

Farosymbolen på etiketten visar hur man ska handskas med ämnet.

Kan du?

Rätt eller fel?

1. Varför behövs kemister?

a) Kemi handlar om olika ämnes egenskaper.

2. V ilken nytta har vi idag av alkemisternas kunskaper?

b) Guld kan framställas om man blandar rätt ämnen.

3. Vad är ett naturvetenskapligt arbetssätt? 4. S kriv ner vilka säkerhetsföreskrifter som gäller i kemisalen, vilken säkerhetsutrustning som finns och hur den ska användas.

Kemins grunder

c) En hypotes är en vild gissning. d) Man kan hälla ut alla kemikalier i vasken.

Kemi förr och nu

Säker kemi

Betydelse (gäller till och med 31 maj 2015)

Gamla symboler Nya symboler (gäller från och med 2009)

Irriterande/ hälsofarlig/ skadlig

• Följ lärarens instruktioner

Miljöfarlig

Läraren ger både muntliga och skriftliga instruktioner som är viktiga att följa. Gör aldrig egna experiment utan att först få godkänt av din lärare.

Mycket brandfarlig

Frätande

Giftig

• Farosymboler Ibland finns farosymboler på etiketten. De är till för att varna om innehållet är farligt. Lär dig vad farosymbolerna betyder.

Explosiv

Oxiderande

Använd alltid skyddsglasögon när du laborerar.

Farosymbolen på etiketten visar hur man ska handskas med ämnet.

Kan du?

Rätt eller fel?

1. Varför behövs kemister?

a) Kemi handlar om olika ämnes egenskaper.

2. V ilken nytta har vi idag av alkemisternas kunskaper?

b) Guld kan framställas om man blandar rätt ämnen.

3. Vad är ett naturvetenskapligt arbetssätt? 4. S kriv ner vilka säkerhetsföreskrifter som gäller i kemisalen, vilken säkerhetsutrustning som finns och hur den ska användas.

Kemins grunder

c) En hypotes är en vild gissning. d) Man kan hälla ut alla kemikalier i vasken.

Kemi förr och nu

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar

Molekyl Atomer är nästan alltid bundna till andra atomer. När atomer binds till varandra bildar de en molekyl. Molekyler kan innehålla likadana atomer, eller olika slags atomer. Många molekyler består av enbart två atomer, men det finns molekyler som innehåller miljontals atomer.

Molekyler

väte, H

vätgas

syrgas

vatten

Grundämne När du har läst avsnittet Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar Kan du

Ett grundämne består av ett enda slags atomer. Syre, väte, kväve, kol, koppar och bly är exempel på olika grundämnen. Syre består av syreatomer, kol består av kolatomer, bly av blyatomer osv. Eftersom det bara finns lite fler än hundra olika slags atomer, finns det också lite fler än hundra olika grundämnen. En del grundämnen finns bara som molekyler, till exempel väte och syre.

• redogöra för vad en atom och en molekyl är • redogöra för vad ett grundämne och en kemisk förening är • n ågra vanliga kemiska tecken och hur man skriver och läser en kemisk formel

Alla ämnen är uppbyggda av materia, men vad är materia då? Svaret har förändrats genom tiden. Empedokles och Aristoteles teori om de fyra elementen ansågs vara det rätta svaret i mer än 2 000 år! Men nu vet vi att materia är uppbyggt av atomer.

Kemisk förening

Allt som har en massa och kan vägas, består av materia. Allt levande – även du själv, din mobil, dina kläder, möbler, stenar, vatten och luft består av materia och kan vägas. Att luft har en massa är kanske konstigt, men om du cyklar i stark motvind märker du det tydligt. Materia består i sin tur av mycket små partiklar, som kallas atomer. Det finns lite mer än hundra olika slags atomer och de är alla så små att vi inte kan se dem med våra ögon. På en millimeter får det plats ungefär 5 miljoner atomer i rad och ett enda sandkorn består av 100 000 000 000 000 000 atomer! Med ett så kallat sveptunnelmikroskop kan man se att kolatomerna i grafit bildar ett regelbundet mönster. Atomerna på bilden är färgade. 10

Kemins grunder

Atomer

väte

syre

kol

väte, H

vätgas

syrgas

kol

Kemiska föreningar

De flesta ämnen har molekyler med två eller flera olika slags atomer. Sådana ämnen kallas kemiska föreningar. Vatten är en kemisk förening som är uppbyggd av två väteatomer och en syreatom. Koldioxid är en annan vanlig kemisk förening av en kolatom och två syreatomer.

Atom

Grundämnen

vatten

koloxid

Kolmondioxid, CO

Kolmonoxid, CO koldioxid

En kemisk förening har andra egenskaper än de grund ämnen den är uppbyggd av. Ett exempel är vatten, som är en kemisk förening av grundämnena väte och syre. Vatten har helt andra egenskaper än väte och syre. Väte är en explosivt brandfarlig gas, syre gör så att det brinner bättre medan vatten släcker eld. Eftersom atomer kan kombineras på så många olika sätt, finns det ett oändligt antal kemiska föreningar. Det framställs också hela tiden nya kemiska föreningar med nya egenskaper. Det behövs effektiva läkemedel, miljövänliga material och nya drivmedel i framtiden.

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar

Molekyler

väte, H

vätgas

syrgas

vatten

Grundämne När du har läst avsnittet Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar Kan du

• redogöra för vad en atom och en molekyl är • redogöra för vad ett grundämne och en kemisk förening är • n ågra vanliga kemiska tecken och hur man skriver och läser en kemisk formel

Kemisk förening

Kemins grunder

Atomer

väte

syre

kol

väte, H

vätgas

syrgas

kol

Kemiska föreningar

Atom

Grundämnen

vatten

koloxid

Kolmondioxid, CO

Kolmonoxid, CO koldioxid

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar

Kemiska tecken och formler

Kemispråket

Alla grundämnen har ett kemiskt tecken. Det kemiska tecknet som består av en eller två bokstäver, är en förkortning av deras grekiska eller latinska namn. Det var den svenske kemisten Jacob Berzelius som under 1800-talet införde de kemiska tecknen, som fortfarande används över hela världen.

Grund- Kemiskt Upptäckare Årtal ämne tecken

Kobolt Co Brandt

1735

Nickel Ni Cronstedt 1751

Kemiska föreningar har ofta långa och besvärliga namn. Därför är det enklare att använda en kemisk formel. Formeln består av kemiska tecken för grundämnen som ingår i föreningen och antalet atomer i molekylen.

Syre

O Scheele 1772

Klor

Cl Scheele 1774

Litium

Arfwedsson 1817

Kemister har ett internationellt kemispråk för att kunna redogöra för en kemisk förening eller en kemisk reaktion. Förutom grundämnens och kemiska föreningars namn, tecken och kemiska formler använder de också olika modeller. Modellerna gör det lättare att förstå hur atomerna i en molekyl är bundna till varandra. Namn

Kemiskt tecken formel

Selen Se Berzelius 1817

Många grundämnen har upptäckts av svenska kemister. I tabellen ser du några av dem och vilka grundämnen de upptäckte.

Den kemiska formeln för vatten är H2O. Formeln visar att vatten består av grundämnena väte och syre. Dessutom ser man att vattenmolekylen består av två väteatomer och en syreatom.

Syreatom

Syremolekyl

Två syremolekyler

2O2

Vattenmolekyl

H2O

Molekylmodell

Periodiska systemet Dmitrij Mendelejev var en rysk kemist som levde på 1800-talet. När han skrev en lärobok i kemi, ordnade han alla grundämnen han kände till efter deras vikt. Då upptäckte han att vissa egenskaper hos grundämnena återkom regelbundet. Han kallade därför sitt system, det periodiska systemet.

Kolmondioxid, CO

Koldioxidmolekyl

18 2

Na Mg

B C N O F Ne

Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 55

104

105

106

107

108

109

110

111

11 2

113

114

115

116

117

118

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Kemins grunder

Saltsyra

CO2

Salpetersyra

Kolsyra Kolmonoxid, CO2

Vilka grundämnen finns i

He period 1, 2, och 3?

Li Be

1. V ad heter de små partik lar, som all materia är uppbyggt av?

Koloxidmolekyl

Period 1 2

Kan du?

Svavelsyra

Kolatom

I Mendelejevs periodiska system fanns det en del tomrum där det borde finnas ett grundämne, men som han inte kände till. Dessa ämnen har olika kemister upptäckt senare och lagt in i systemet. Du kommer att lära dig mer om det periodiska systemet senare. Grupp 2 Grupp 1 Period 1

2H2O

Två vattenmolekyler

H2SO4

HNO3

HCl

3. V ad är det för skillnad på ett grundämne och en kemisk förening? 4. V ad är det för skillnad på en kemisk formel och kemiska tecken?

H2CO3

Kolsyramolekyl

2 V ad skiljer en molekyl från en atom?

H2CO3

Rätt eller fel? a) En atom är alltid ensam. b) En molekyl består alltid av olika slags atomer. c) Ett kemiskt tecken är en symbol för ett grundämne. d) Den kemiska formeln CO2, visar att två syreatomer är bundna till en kolatom.

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar

Kemiska tecken och formler

Kemispråket

Grund- Kemiskt Upptäckare Årtal ämne tecken

Kobolt Co Brandt

1735

Nickel Ni Cronstedt 1751

Syre

O Scheele 1772

Klor

Cl Scheele 1774

Litium

Arfwedsson 1817

Kemiskt tecken formel

Selen Se Berzelius 1817

Många grundämnen har upptäckts av svenska kemister. I tabellen ser du några av dem och vilka grundämnen de upptäckte.

Den kemiska formeln för vatten är H2O. Formeln visar att vatten består av grundämnena väte och syre. Dessutom ser man att vattenmolekylen består av två väteatomer och en syreatom.

Syreatom

Syremolekyl

Två syremolekyler

2O2

Vattenmolekyl

H2O

Molekylmodell

Kolmondioxid, CO

Koldioxidmolekyl

18 2

Na Mg

B C N O F Ne

Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 55

104

105

106

107

108

109

110

111

11 2

113

114

115

116

117

118

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Kemins grunder

Saltsyra

CO2

Salpetersyra

Kolsyra Kolmonoxid, CO2

Vilka grundämnen finns i

He period 1, 2, och 3?

Li Be

1. V ad heter de små partik lar, som all materia är uppbyggt av?

Koloxidmolekyl

Period 1 2

Kan du?

Svavelsyra

Kolatom

2H2O

Två vattenmolekyler

H2SO4

HNO3

HCl

3. V ad är det för skillnad på ett grundämne och en kemisk förening? 4. V ad är det för skillnad på en kemisk formel och kemiska tecken?

H2CO3

Kolsyramolekyl

2 V ad skiljer en molekyl från en atom?

H2CO3

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar

Organisk kemi – kolets kemi När du har arbetat med Avsnittet organisk kemi – Kolets kemi kan du • förklara varför organisk kemi också kallas kolföreningarnas kemi

Det finns kolatomer i luften, i marken och i det mesta som vi äter. Våra kläder, skor, plastpåsar, bensin, mobiltelefoner och vår mat innehåller också kolatomer. Ja, till och med din kropp består av ungefär 14 kilo kol.

Diamant Diamant är en annan form av rent kol. Alla kolatomer sitter tätt ihop med fyra andra kolatomer. På det sättet kopplas alla kolatomerna i diamanten ihop till ett stort nätverk och bildar en jättemolekyl. Det starka nätverket av atomer är förklaringen till att diamant är det hårdaste ämnet som finns i naturen. Diamanter är genomskinliga eller svagt ljusgula. Diamanter leder värme men inte elektrisk ström.

Kol Trä, plast, bomull och ylle är några vanliga material som har något gemensamt. Alla innehåller nämligen kolatomer som kommer från växter och djur. Den delen av kemi som behandlar kolföreningar kallas organisk kemi. Det betyder ungefär vetenskapen om ämnen från levande organismer. Numera kan organiska ämnen framställas utan att de har varit i närheten av en växt eller något djur. Så egentligen borde man inte säga organisk kemi utan kolets kemi.

Kol är världens största energiresurs och finns lagrad som stenkol, olja och naturgas i berggrunden. Stenkol var en förutsättning för industrialiseringen på 1800-talet. Det nya industrisamhället krävde stora mängder energi och stenkol blev den nya energikällan. Numera har både olja och naturgas passerat kol som viktiga energikällor, trots att användningen av kol ökar i världen. Rent kol finns i fyra olika former: grafit, diamant, fulleren och den nyligen upptäckta grafen. De fyra formerna innehåller bara kolatomer, men har ändå mycket olika egenskaper. Det beror på hur kolatomerna är bundna till varandra. 82

Kol och kolföreningar

Grafit är ett mjukt, svart ämne som leder elektrisk ström. I grafit ligger kolatomerna i flera skikt ovanpå varandra. Skikten består av kolatomer sammanbundna i sexhörningar. Kolatomerna i skikten är hårt bundna till varandra, men mellan skikten är bindningarna svagare. De svagare bindningarna mellan skikten gör att de kan glida över varandra och lossna. Om man drar ett stycke grafit mot något, lämnar det ett svart streck efter sig. Man kan alltså rita med grafit. Stiftet i en blyertspenna är gjort av grafit blandat med lera. Grafit är också ett bra smörjmedel för lås eftersom det klarar sträng kyla utan att frysa.

• r edogöra för kolets olika former, deras egenskaper och vad de kan användas till

Kol är ett grundämne som du kommer i kontakt med varje dag. En vanlig blyertspenna som du skriver med innehåller kol, precis som maten du äter och luften du andas ut.

Grafit

Sveriges enda kolgruvor fanns i trakten kring Höganäs i Skåne.

Grafit består av tunna skikt av kolatomer.

Naturliga diamanter bildas av kolföreningar som omvandlas av det mycket höga trycket och värmen i jordens inre. Det kan ta flera miljarder år för en diamant att bildas och de är väldigt sällsynta. Naturliga diamanter bryts framförallt i Australien, Sydafrika, Ryssland och Brasilien. Naturliga diamanter kallas också för äkta diamanter. Det är bara de lite större och renare diamanterna som kan användas för smycken. Resten används framförallt inom industrin till skärverktyg, slipskivor och borrspetsar. Man kan tillverka diamanter genom att upphetta grafit under högt tryck. Världens första konstgjorda diamant framställdes år 1953 av ASEA i Västerås. Konstgjorda diamanter används framförallt för slipning och skärning av glas. I början var de konstgjorda diamanterna gulare och mindre än naturliga diamanter. Men numera har processen förfinats och bara experter kan se skillnad på konstgjorda och naturliga diamanter.

Organisk kemi – kolets kemi

Organisk kemi – kolets kemi När du har arbetat med Avsnittet organisk kemi – Kolets kemi kan du • förklara varför organisk kemi också kallas kolföreningarnas kemi

Kol och kolföreningar

• r edogöra för kolets olika former, deras egenskaper och vad de kan användas till

Kol är ett grundämne som du kommer i kontakt med varje dag. En vanlig blyertspenna som du skriver med innehåller kol, precis som maten du äter och luften du andas ut.

Grafit

Sveriges enda kolgruvor fanns i trakten kring Höganäs i Skåne.

Grafit består av tunna skikt av kolatomer.

Organisk kemi – kolets kemi

Fulleren

Amorft kol

På 1980-talet upptäcktes en ny form av rent kol som fick namnet fulleren. I fulleren är kolatomerna bundna till varandra så att de bildar ett fotbollsliknande klot. Det finns 60 eller 70 kolatomer i ett klot.

I rent kol som grafit, diamant, fulleren och grafen sitter kol atomerna ordnade i regelbundna mönster. Men om kolatomerna inte är ordnade i regelbundna mönster, kallas det amorft kol. Stenkol, träkol och aktivt kol är några exempel på amorft kol. Stenkol innehåller cirka 90 % amorft kol medan träkol är nästan 100 % amorft kol.

Fulleren leder ström och bildas naturligt i stoftmolnen runt stjärnorna. Fulleren har senare också hittats i vanligt sot, som bildas när ved eller olja brinner.

Grafen Nobels fysikpris år 2010 gick till två ryskfödda forskare som lyckades framställa en ny form av rent kol, grafen. Grafen liknar grafit, men består av enbart ett skikt kolatomer. Ett skikt, som bara är en atom tjockt och har många unika egenskaper. Det leder ström, är hundra gånger starkare än stål och genomskinligt. Framtidens supertunna och genomskinliga bildskärmar kommer med all säkerhet att tillverkas av grafen.

Fulleren

Träkol som vi numera mest använder när vi grillar, tillverkas genom att man hettar upp trä utan syretillförsel. Då drivs vatten, tjära och brännbara gaser ut ur träet och det som blir kvar kallas träkol. Metoden att hetta upp ämnen utan syretillförsel kallas torrdestillation. Torrdestillation används också för att framställa koks och stadsgas ur stenkol. Aktivt kol är ett svart pulver som är mycket bra på att binda andra ämnen. Det beror på att partiklarna i pulvret har små hål, porer. I porerna kan andra ämnen sugas upp och hållas kvar. Aktivt kol kan framställas av i stort sett vilket ämne som helst, bara det innehåller kol, till exempel trä eller olja. Tack vare det aktiva kolets stora uppsugningsförmåga används det i sjukvården när någon har drabbats av akut förgiftning. Kolet tar upp de farliga ämnena så att kroppen inte skadas. Aktivt kol används också till att rena luft, både hemma och på arbetsplatser. Det finns aktivt kol i skyddsmasker, köksfläktar och ventilationssystem.

Grafen

Nanoteknik Med hjälp av nanoteknik kan man påverka och omvandla material på atomnivå. Fulleren och grafen är två exempel på material som man tror kommer att få mycket stor betydelse inom den så kallade nanotekniken. De kommer att användas i material som ska vara väldigt bra på att leda elektrisk ström. Av de plana skikten i grafen kan man också göra rullar, så kallade nanorör. Det blir naturligtvis inga stora rullar. Det behövs 50 000 rullar för att det ska bli lika tjockt som ett hårstrå. Men de här små, små rullarna av kol har sådana egenskaper att man tror att de kan bli grunden i framtidens högpresterande datorer. 84

Kol och kolföreningar

Nanorör

Kan du?

Rätt eller fel?

1. Vilka olika former av rent kol finns det?

a) Vatten är en organisk förening.

2. Varför är diamant så hårt?

b) Nanoteknik är teknik på atomnivå.

3. Vilken form av kol ingår i blyertspennor?

c) Man kan tillverka diamanter.

4. Vad skiljer amorft kol från de övriga formerna av kol?

d) Det finns aktivt kol i blyertspennor.

Organisk kemi – kolets kemi

Fulleren

Amorft kol

Fulleren leder ström och bildas naturligt i stoftmolnen runt stjärnorna. Fulleren har senare också hittats i vanligt sot, som bildas när ved eller olja brinner.

Fulleren

Grafen

Kol och kolföreningar

Nanorör

Kan du?

Rätt eller fel?

1. Vilka olika former av rent kol finns det?

a) Vatten är en organisk förening.

2. Varför är diamant så hårt?

b) Nanoteknik är teknik på atomnivå.

3. Vilken form av kol ingår i blyertspennor?

c) Man kan tillverka diamanter.

4. Vad skiljer amorft kol från de övriga formerna av kol?

d) Det finns aktivt kol i blyertspennor.

Organisk kemi – kolets kemi

Plus sidor Kemiska bindningar Cl–

Na+

Cl–

Det finns tre viktiga bindningstyper – jonbindning, kovalent bindning och metallbindning. Vilken bindningstyp som bildas beror Cl– Cl– Cl– Cl– Cl– Na+ Na+ Na+ Na+ på valenselektronerna. Det är de som bestämmer vilka andra atomer en atom kan reagera med och hur den gör när den binder till sig. + Cl– Cl– Na

Reagerande ämnen

Bildad förening

Kemisk bindning

metall + icke-metall

salt

jonbindning

icke-metall + icke-metall

molekylförening

kovalent bindning

metall + metall

legering

metallbindning

Jonbindning Positiva och negativa laddningar dras till varandra. Det är det som är grunden för jonbindningen. Jonbindning finns till exempel i alla salter. Koksalt, natriumklorid, består av positiva natriumjoner och negativa kloridjoner. Det finns inga natriumkloridmolekyler, utan natriumklorid är en jonförening. Natriumjonerna och kloridjonerna fogas samman en efter en, varannan positiv och varannan negativ, till en natriumkloridkristall. Formeln för natriumklorid, NaCl, talar om att det finns lika många natriumjoner och kloridjoner. I en annan klorid, kalciumklorid, finns det dubbelt så många kloridjoner som kalciumjoner, eftersom kalciumjoner har två plusladdningar. Formeln för kalciumklorid är alltså CaCl2.

Cl–

Na+

Cl–

Na+

Cl–

Na+

Cl–

Na+

Cl–

Na+

Cl–

Na+

Cl–

En koksaltskristall är uppbyggd av positiva natriumjoner och negativa kloridjoner, som ligger tätt intill varandra.

178

Atomer, joner och kemiska reaktioner

Kovalent bindning innebär att två atomer delar på två elektroner – ett elektronpar. Atomer som håller ihop med kovalent bindning bildar molekylföreningar, till exempel vätgas, klorgas och vatten. Kolföreningar är också molekylföreningar. När kolatomen delar åtta valenselektroner, fyra elektronpar, med andra atomer får den ett fullt yttersta elektronskal. I en diamantkristall är varje kolatom bunden till fyra andra kolatomer med elektronparbindningar. En bindning motsvarar ett elektronpar.

De två kväveatomerna i kvävgas molekylen delar på sex elektroner. På så vis blir bägge atomernas yttersta elektronskal fullt.

Metallbindning

Kovalent bindning – elektronparbindning Atomerna i många ickemetaller är bundna till varandra två och två, till exempel H2, O2, N2, F2 och Cl2. De kan inte skaffa sig ett fullt yttersta skal genom att dra till sig elektroner från varandra. I stället fungerar det så att en del av deras valenselektroner blir gemensamma för båda atomerna. Elektronerna hör varken till den ena eller den andra av atomerna, utan till båda.

Så är det till exempel med de båda kväveatomerna i kvävgas. De har vardera fem valenselektroner var i L-skalet. Eftersom elektronerna är rörliga kan kväveatomerna dela på sex elektroner. På så sätt får bägge kväveatomerna åtta elektroner i L-skalen och fyllda yttre skal. Med kolatomen och de fyra väteatomerna i metan är det på liknande sätt. Varken kolet eller vätet kan dra till sig elektroner helt och hållet – i stället delar de valenselektronerna.

I ett stycke metall är atomerna omgivna av ett ”moln” av elektroner. Alla valenselektronerna är gemensamma för alla atomer. Det är det som är det speciella med metallbindning. Samtidigt som elektronerna håller samman atomerna rör de sig fritt genom metallen. Eftersom det finns så många elektroner som inte är bundna till någon viss atom, flyter en elektrisk ström snabbt och lätt fram genom hela metallen. Metallbindningen ger metaller en bra ledningsförmåga. Metallernas typiska blanka yta beror också på elektronerna. Ljus reflekteras i ”elektronhavet” mellan atomkärnorna, likt ljusspeglingar på en vattenyta.

Jonbindning, kovalent bindning och metallbindning är tre starka bindningar. Det finns ännu fler typer av bindningar, till exempel van der Waalsbindning, vätebindning och dipolbindning. Läs mer om olika kemiska bindningar, deras egenskaper och var de finns.

I en vätgasmolekyl delar atomerna på elektronerna. Det gemensamma elektronparet skapar en bindning som kallas kovalent bindning, eller elektronparbindning.

Atomer, joner och kemiska reaktioner

179

Plus sidor Kemiska bindningar Cl–

Na+

Cl–

Reagerande ämnen

Bildad förening

Kemisk bindning

metall + icke-metall

salt

jonbindning

icke-metall + icke-metall

molekylförening

kovalent bindning

metall + metall

legering

metallbindning

Cl–

Na+

Cl–

Na+

Cl–

Na+

Cl–

Na+

Cl–

Na+

Cl–

Na+

Cl–

En koksaltskristall är uppbyggd av positiva natriumjoner och negativa kloridjoner, som ligger tätt intill varandra.

178

Atomer, joner och kemiska reaktioner

De två kväveatomerna i kvävgas molekylen delar på sex elektroner. På så vis blir bägge atomernas yttersta elektronskal fullt.

Metallbindning

I en vätgasmolekyl delar atomerna på elektronerna. Det gemensamma elektronparet skapar en bindning som kallas kovalent bindning, eller elektronparbindning.

Atomer, joner och kemiska reaktioner

179

Plus sidor Oxidation och reduktion Reaktioner med syre ger oxider. När till exempel kol brinner reagerar det med syret i luften och bildar koldioxid. Man säger att kolet oxideras och det bildas koldioxid. Magnesium brinner också i luft. Vid reaktionen oxideras magnesium till magnesiumoxid. 2Mg + O2

→

Reaktioner när elektroner avges eller tas upp, kallas oxidation och reduktion. • oxidation = avgivande av elektroner • reduktion = upptagande av elektroner I reaktionen oxideras magnesium, samtidigt som syre reduceras. En reaktion där ett ämne oxideras och ett annat ämne reduceras, kallas en redox-reaktion.

Metaller oxideras och icke-metaller reduceras

2MgO

Magnesiumoxid är en jonförening av positivt laddade magnesiumjoner (Mg2+) och negativt laddade oxidjoner (O2–).

Metaller har få valenselektroner som de kan lämna. Därför oxideras metaller till positiva joner. Till exempel: Na

→

Na+ + 1e–

(grupp 1, tappar 1 elektron)

Den kemiska formeln för magnesiumoxid är MgO. Men man kan också skriva ut jonladdningarna i föreningen. Då skriver man så här:

→

Ca2+ + 2e–

(grupp 2, tappar 2 elektroner)

Mg2+O2–

→

Al3+ + 3e–

(grupp 13, tappar 3 elektroner)

Jonerna bildas då elektroner lämnar magnesiumatomerna och tas upp av syreatomerna. Magnesiumatomen avger 2 elektroner: Mg

→

Mg2+ + 2e–

Atomerna i syrgasmolekylen tar emot elektroner. För att ange en syreatom i en syrgasmolekyl, skriver man det som en halv molekyl, dvs. ½O2 En syreatom tar upp 2 elektroner: ½O2 + 2e–

→

Vad är det för skillnad på en oxidation och en förbränning?

Icke-metaller som har många valenselektroner, tar i stället emot elektroner så att de får fyllda elektronskal. Därför reduceras ickemetaller till negativa joner. Till exempel: Cl + 1e–

→

Cl–

(grupp 17, tar upp 1 elektron)

O + 2e–

→

O2–

(grupp 16, tar upp 2 elektroner)

N + 3e–

→

N3–

(grupp 15, tar upp 3 elektroner)

O2–

Om man skriver båda reaktionerna tillsammans blir det: 2 e– Mg + ½O2

180

→

MgO

Atomer, joner och kemiska reaktioner

181

→

Metaller oxideras och icke-metaller reduceras

2MgO

Magnesiumoxid är en jonförening av positivt laddade magnesiumjoner (Mg2+) och negativt laddade oxidjoner (O2–).

Metaller har få valenselektroner som de kan lämna. Därför oxideras metaller till positiva joner. Till exempel: Na

→

Na+ + 1e–

(grupp 1, tappar 1 elektron)

Den kemiska formeln för magnesiumoxid är MgO. Men man kan också skriva ut jonladdningarna i föreningen. Då skriver man så här:

→

Ca2+ + 2e–

(grupp 2, tappar 2 elektroner)

Mg2+O2–

→

Al3+ + 3e–

(grupp 13, tappar 3 elektroner)

Jonerna bildas då elektroner lämnar magnesiumatomerna och tas upp av syreatomerna. Magnesiumatomen avger 2 elektroner: Mg

→

Mg2+ + 2e–

Atomerna i syrgasmolekylen tar emot elektroner. För att ange en syreatom i en syrgasmolekyl, skriver man det som en halv molekyl, dvs. ½O2 En syreatom tar upp 2 elektroner: ½O2 + 2e–

→

Vad är det för skillnad på en oxidation och en förbränning?

Icke-metaller som har många valenselektroner, tar i stället emot elektroner så att de får fyllda elektronskal. Därför reduceras ickemetaller till negativa joner. Till exempel: Cl + 1e–

→

Cl–

(grupp 17, tar upp 1 elektron)

O + 2e–

→

O2–

(grupp 16, tar upp 2 elektroner)

N + 3e–

→

N3–

(grupp 15, tar upp 3 elektroner)

O2–

Om man skriver båda reaktionerna tillsammans blir det: 2 e– Mg + ½O2

180

→

MgO

Atomer, joner och kemiska reaktioner

181

Plus sidor guld platina silver

Elektrokemi Metallernas spänningsserie

väte

Precis som vätejoner har metalljoner ett underskott av elektroner. Därför kan de ta upp elektroner från andra ämnen, också från andra metaller. Metaller har olika lätt för att lämna ifrån sig elektroner och bli joner. Ju svårare metallen har för att bli jon, desto ädlare är den. Man kan ordna metallerna i en serie med den ädlaste metallen överst och den minst ädla underst. En metall som står ovanför en annan metall kan ta elektroner från den undre. En ädlare metall oxiderar alltså en mindre ädel metall. Det här sättet att ordna metallerna har ett speciellt namn: den elektrokemiska spänningsserien. På bilden är metallerna ordnade efter hur bra de är på att oxidera varandra (göra varandra till joner). En metall kan oxidera alla metaller som ligger under den. Högst upp hittar du guld och de andra ädla metallerna. Skiljelinjen mellan ädla och oädla metaller går vid väte. Vätejoner drar till sig elektroner från de oädla metallerna så att de oxideras. Det är förklaringen till att oädla metaller löses och bildar salter i syror, samtidigt som vätgas bubblar iväg.

bly järn zink aluminium magnesium natrium kalcium

Om man lägger en bit zink i en lösning med kopparjoner, avger zinken elektroner till koppar jonerna och det bildas zinkjoner och metallisk koppar. Varför sker ingen reaktion när man stoppar en bit koppar i en lösning med zinkjoner?

Galvaniskt element Ett galvaniskt element lämnar elektrisk energi när det sker en kemisk reaktion i det galvaniska elementet.Om man sänker ner två olika metaller, så kallade elektroder, i en saltlösning uppstår det en elektrisk spänning mellan elektroderna som kan mätas med en voltmeter. Det här kallas ett galvaniskt element. I ett galvaniskt element avger den oädlare metallen elektroner och bildar därför en negativ pol. Den ädlare metallen bildar en positiv pol. Den oädlare metallen oxideras (förlorar elektroner) samtidigt som den ädlare metallen reduceras (tar upp elektroner). Det är denna redox-reaktion som gör att man kan utvinna energi ur det galvaniska elementet. Kemisk energi omvandlas till elektrisk energi.

182

Atomer, joner och kemiska reaktioner

Batteri koppar

Batterier är galvaniska element som har utformats för att vara praktiska att använda och dessutom ge mycket energi. Vanliga alkaliska batterier är uppbyggda som figuren intill visar. Zinkstaven i mitten är negativ pol, eftersom zink är oädel. Den är kopplad till botten av batteriet. Den positiva polen utgörs av mangandioxid och är kopplad till batteriets topp. Saltlösningen utgörs av kaliumhydroxid, som är en bas. Alkalisk betyder basisk. Till slut tar mangandioxiden i batteriet slut eller så går zinkbägaren sönder och batteriet börjar läcka. Då kan inte mer zinkmetall oxideras till zinkjoner och därför slutar elektronerna att strömma genom kretsen. Den kemiska energin är slut och därigenom också den elektriska energin. Eftersom många batterier innehåller giftiga tungmetaller, som bly och kadmium, ska ett batteri inte slängas med de vanliga soporna när det är slut. Detsamma gäller också apparater med inbyggda batterier. I stället ska batterierna och apparaterna läggas i speciella batteribehållare eller lämnas tillbaka till affären – om batterierna inte är laddningsbara förstås. I laddningsbara batterier kan man ladda batteriet genom att låta den kemiska reaktionen gå på andra hållet. Genom att tillföra elektrisk energi utifrån återskapar man kemisk energi i batteriet. När batteriet är laddat, kan man använda det på nytt. Ackumulera är ett annat ord för lagra och därför kallas ett laddningsbart batteri för en ackumulator. Ett bilbatteri är en ackumulator, men det finns även laddningsbara batterier som liknar vanliga ficklampsbatterier. N å g r a va n l i ga b at t e r i e r

Elektroderna i ett galvaniskt element måste vara 5-44 gjorda Ill av två olika metaller, för att det ska uppstå en elektrisk spänning mellan elektroderna.

Det finns en mängd olika typer av batterier, som i princip fungerar på samma sätt, men har helt olika uppbyggnad. I tabellen ser du sju exempel på olika batterier. Ta reda på hur de är uppbyggda, vad de innehåller, och till vad man använder dem.

mangandioxid

kaliumhydroxid

stålburk

zinkstav

– Alkaliskt+batteri brunsten

salmiaklösning

zinkhölje kolstav

–

Alkaliskt Silveroxid/ silverzink Kvicksilver Litium Nickel-metallhydrid (NiMH) Litiumjon (Li-ion) Blyackumulator

Atomer, joner och kemiska reaktioner

183

Plus sidor guld platina silver

Elektrokemi Metallernas spänningsserie

väte

bly järn zink aluminium magnesium natrium kalcium

182

Atomer, joner och kemiska reaktioner

Batteri koppar

Elektroderna i ett galvaniskt element måste vara 5-44 gjorda Ill av två olika metaller, för att det ska uppstå en elektrisk spänning mellan elektroderna.

mangandioxid

kaliumhydroxid

stålburk

zinkstav

– Alkaliskt+batteri brunsten

salmiaklösning

zinkhölje kolstav

–

Alkaliskt Silveroxid/ silverzink Kvicksilver Litium Nickel-metallhydrid (NiMH) Litiumjon (Li-ion) Blyackumulator

Atomer, joner och kemiska reaktioner

183

Plus sidor Rostskydd

Elektrolys Rena grundämnen är mycket ovanliga i naturen, de flesta finns i olika jonföreningar. Människan har genom årtusendena kommit på olika metoder för renframställning av till exempel metaller. En metod är att upphetta dem med ett reduktionsmedel som i en masugn, en annan är att använda elektrisk ström – elektrolys. En elektrolyscell liknar ett galvaniskt element, men i stället för en voltmeter så kopplar man in en strömkälla. Elektrolys är ett vanligt sätt att renframställa grundämnen ur kemiska föreningar. Med hjälp av en elektrisk spänning kan man få jonerna i en jonlösning att vandra mot elektroderna. Negativa joner vandrar mot den positiva elektroden (+) och positiva joner mot den negativa elektroden (–). Vid elektroderna förlorar jonerna sin laddning. Negativa joner släpper sitt överskott av elektroner och positiva joner tar upp elektroner. Vid elektrolys sker det alltså en kemisk reaktion med hjälp av ström. Med elektrolys kan man till exempel framställa gaser som vätgas och klorgas ur saltsyra. Vid den positiva elektronen som kallas anod, sker en oxidation och det bildas klorgas. Vid den negativa elektroden som kallas katod, sker en reduktion och det bildas vätgas. Katoden – reduktion 2H+ + 2e– →

katod

Järnföremål rostar när de utsatts för syre och fukt. Syret oxiderar järnet till järnjoner och tillsammans med vatten bildas det rost. Ett sätt att skydda järn är därför att måla järnet med någon täckande rostskyddsfärg, så att fukten inte kommer åt.

kol

smälta

smält aluminium

Aluminium framställs med hjälp av elektrolys av smält aluminiumoxid.

Trots att aluminium är den vanli gaste metallen i jordskorpan, kunde man inte renframställa aluminium förrän på mitten av 1800-talet. Varför är det svårare att renframställa aluminium än koppar och järn?

Anoden – oxidation 2Cl–

saltbrygga

→

Cl2 + 2e–

anod

Om elektrolyscellen är utformad med två skilda bägare, måste det finnas en saltbrygga mellan bägarna. Annars kan jonerna inte vandra mellan elektroderna, vilket leder till att strömmen bryts.

184

5-47 Ill

Atomer, joner och kemiska reaktioner

Spik, skruv, ståltråd och plåt kan skyddas genom att man lägger en tunn hinna av zink på metallen. Zink som är en oädel metall, oxideras lätt av syret i luften och bildar en tät hinna av zinkoxid som skyddar järnet. Elförzinkad spik har belagts med zink med hjälp av elektrolys, medan varmförzinkad spik har doppats i flytande zink. Stora fartyg är ofta gjorda av järn. Om man målar järnet skyddas det mot korrosion, men man kan också utnyttja redox-reaktioner som rostskydd. Järn är en ädlare metall än zink och kan därför oxidera zink. Om man fäster klumpar av zink på fartygsskrovet bildas det ett ”batteri” med zink som minuspol och järn som pluspol. Det blir alltså zinken och inte järnet som oxideras. Zinken ”offras” för att järnet ska förbli oskadat och därför kallas zinkstycket för offeranod. När rostfritt stål som innehåller krom, utsatts for syre bildas det ett skyddande skikt av kromoxid på ytan. På samma sätt bildas det ett skyddsskikt av aluminiumoxid på aluminiumföremål. Du har säkert sett att räcken av aluminium blir gråare efter ett tag. Man brukar säga att metaller som har ett oxidskikt som skyddar dem mot att förstöras är passiverade. Man kan göra det skyddande oxidskiktet tjockare med hjälp av elektrolys. Processen kallas anodisering och används ofta på aluminium. Med elektrolys kan man också lägga på ett ytskikt av en annan metall. Det kallas elektroplätering. Det föremål som ska få en beläggning kopplas in som minuspol och sänks sedan ner i en lösning av metalljoner till exempel tenn, zink eller krom. De plusladdade metalljonerna dras till det minusladdade föremålet och reduceras och bildar ett skikt på föremålet. Förtenning, förzinkning och förkromning är några exempel på elektroplätering.

Atomer, joner och kemiska reaktioner

185

Plus sidor Rostskydd

katod

kol

smälta

smält aluminium

Aluminium framställs med hjälp av elektrolys av smält aluminiumoxid.

Anoden – oxidation 2Cl–

saltbrygga

→

Cl2 + 2e–

anod

Om elektrolyscellen är utformad med två skilda bägare, måste det finnas en saltbrygga mellan bägarna. Annars kan jonerna inte vandra mellan elektroderna, vilket leder till att strömmen bryts.

184

5-47 Ill

Atomer, joner och kemiska reaktioner

185

Uppslaget 5a I atomens inre

3. Hur kan man skydda järn från rostangrepp?

1. Hur kan man veta vad en atom är uppbyggd av? Man har ju aldrig sett en atom.

4. Kopparföremål började tillverkas av människan för över 6 000 år sedan, medan aluminium började användas för bara cirka 200 år sedan. Vad kan det bero på att aluminiumföremål kom i bruk så långt senare, fastän aluminium är den vanligaste metallen i jordskorpan?

2. En atom har 17 elektroner och väger 36 u. Vilket grundämne tillhör den och hur många neutroner finns i kärnan? 3. a) Hur många elektronskal har grundämnet som har 12 elektroner?

b) Hur många elektronskal har en jon av grundämnet som har 12 protoner?

Joner

4. Vilken är störst, en jon eller en atom av natrium? Förklara varför.

1. Hur många protoner och elektroner finns det i jonerna? – b) Mg2+ c) 2H+ a) Cl

Periodiska systemet

2. Hur många elektroner finns det totalt i jonerna b) K+ c) S2– d) Al3+ a) Fe2+

1. I vilken grupp och i vilken period finns följande grundämnen i det periodiska systemet? c) O e) Cu g) He a) Li b) V d) Cd f) H h) Au 2. Hur många valenselektroner har grundämnena?

a) Ne b) Ca

c) Ba d) Na

e) Cl f) H

g) He

3. Ta med hjälp av det periodiska systemet reda på, vilka av följande grundämnen som har kemiska egenskaper som liknar klor?

a) Na b) Ca

c) F d) K

e) Ne f) Br

g) Ar

3. Vilka av molekylerna kan bildas? Vilka av formlerna är möjliga? Tänk på grundämnenas placering i det periodiska systemet.

a) HF b) NaN

c) MgAr d) KCl

e) CaCl2

4. Elektronmolnet i vattenmolekylen är förskjutet från väteatomerna mot syreatomen. Det blir därför ett överskott av elektroner kring syret och ett underskott kring väteatomerna. Bilden visar en lösning av natriumklorid i vatten. Vad är Na+, Cl– och H2O i figuren?

5. Vilken typ av bindning håller samman atomerna i: a) Kaliumfluorid (KF) b) Natriumklorid (NaCl) c) Koppar (Cu)

Salter 1. Figuren föreställer en saltkristall av CaCl2. Vad är fel på figuren?

Syror och baser 2 1. Är pH högre, lägre eller ungefär 7 i följande lösningar?

a) ammoniak

b) kolsyra

c) avjoniserat vatten

d) kalkvatten

2. Vilka joner bildas när basen ammoniak, NH3, reagerar med vatten? 3. En lösning av ättiksyra och en lösning av saltsyra har samma volym och samma koncentration.

a) Vilken av lösningarna har lägst pH-värde?

b) Vilken av lösningarna kräver mest natriumhydroxid för att neutraliseras?

4. En lösning av natriumhydroxid och en annan lösning av ammoniak har samma volym och samma pH.

a) Vilken av lösningarna är mest koncentrerad?

b) Vilken av lösningarna kräver mest saltsyra för att neutraliseras?

2. Man har en lösning innehållande följande joner: K+, Mg2+, Al3+, NH4+, Cl–, OH–, SO42– a) Hur många olika sorters salter kan bildas med dessa joner? b) Skriv en kemisk formel för vart och ett av salterna. c) Ange kemiskt namn för varje salt. (Tips: NH4+ kallas för ammonium, SO42– kallas för sulfat) 3. Vilka av följande kemiska föreningar kan leda ström i en vattenlösning? c) C2H5OH e) NaOH a) O2 b) MgCl2 d) HCl f) Cl2 4. NH4Cl är ett salt med handelsnamnet salmiak. Vilken syra och vilken bas kan reagera med varandra och bilda salmiak?

Metaller 1. Vad är det för skillnad mellan råjärn, stål, och rostfritt stål? 2. Ge exempel på metallers egenskaper och varför har de har så lika egenskaper?

186

Kemiska reaktioner

187

Uppslaget 5a I atomens inre

3. Hur kan man skydda järn från rostangrepp?

1. Hur kan man veta vad en atom är uppbyggd av? Man har ju aldrig sett en atom.

2. En atom har 17 elektroner och väger 36 u. Vilket grundämne tillhör den och hur många neutroner finns i kärnan? 3. a) Hur många elektronskal har grundämnet som har 12 elektroner?

b) Hur många elektronskal har en jon av grundämnet som har 12 protoner?

Joner

4. Vilken är störst, en jon eller en atom av natrium? Förklara varför.

1. Hur många protoner och elektroner finns det i jonerna? – b) Mg2+ c) 2H+ a) Cl

Periodiska systemet

2. Hur många elektroner finns det totalt i jonerna b) K+ c) S2– d) Al3+ a) Fe2+

1. I vilken grupp och i vilken period finns följande grundämnen i det periodiska systemet? c) O e) Cu g) He a) Li b) V d) Cd f) H h) Au 2. Hur många valenselektroner har grundämnena?

a) Ne b) Ca

c) Ba d) Na

e) Cl f) H

g) He

3. Ta med hjälp av det periodiska systemet reda på, vilka av följande grundämnen som har kemiska egenskaper som liknar klor?

a) Na b) Ca

c) F d) K

e) Ne f) Br

g) Ar

3. Vilka av molekylerna kan bildas? Vilka av formlerna är möjliga? Tänk på grundämnenas placering i det periodiska systemet.

a) HF b) NaN

c) MgAr d) KCl

e) CaCl2

5. Vilken typ av bindning håller samman atomerna i: a) Kaliumfluorid (KF) b) Natriumklorid (NaCl) c) Koppar (Cu)

Salter 1. Figuren föreställer en saltkristall av CaCl2. Vad är fel på figuren?

Syror och baser 2 1. Är pH högre, lägre eller ungefär 7 i följande lösningar?

a) ammoniak

b) kolsyra

c) avjoniserat vatten

d) kalkvatten

2. Vilka joner bildas när basen ammoniak, NH3, reagerar med vatten? 3. En lösning av ättiksyra och en lösning av saltsyra har samma volym och samma koncentration.

a) Vilken av lösningarna har lägst pH-värde?

b) Vilken av lösningarna kräver mest natriumhydroxid för att neutraliseras?

4. En lösning av natriumhydroxid och en annan lösning av ammoniak har samma volym och samma pH.

a) Vilken av lösningarna är mest koncentrerad?

b) Vilken av lösningarna kräver mest saltsyra för att neutraliseras?

Metaller 1. Vad är det för skillnad mellan råjärn, stål, och rostfritt stål? 2. Ge exempel på metallers egenskaper och varför har de har så lika egenskaper?

186

Kemiska reaktioner

187

Uppslaget 5b Beskriv och förklara 1. Vem var först med att skapa en atommodell med en atomkärna och elektroner som rör sig utanför kärnan? 2. Vilka elementarpartiklar har betydelse för atomens massa?

20. Varför kan man säga att elektronen är den viktigaste partikeln i atomen? 21. Varför heter det periodiska systemet? 22. Varför är ädla metaller så dyra? 24. Är det någon skillnad på att neutralisera en syra och att späda en syra?

4. Hur många elektroner behövs för att fylla L-skalet?

25. Varför finns det så få guldsalter?

5. Hur många valenselektroner har ett ämne som har 9 elektroner?

Fundera mera 1. I det periodiska systemet längst bak i boken, finns alla grundämnes atommassa angiven. Vad är atommassa?

6. Vad har grundämnena i en grupp gemensamt? 7. Vad är det för skillnad på metaller och icke metaller?

12. Vad är speciellt med metallbindningar? 13. Hur framställer man järn? 14. Vad är färskning, hur går det till och vilken produkt framställer man genom färskning? 15. Vad är rostfritt stål? 16. Hur bildas joner? 17. Vad är en sammansatt jon? 18. Vad är det för kemisk skillnad mellan en stark syra och en svag syra? 19. Vad är det för kemisk skillnad på en syra och en bas?

188

Atomer, joner och kemiska reaktioner

Stål innehåller mer kol.

Järn innehåller mer kol.

Om man värmer en aluminiumplåt, bildas det en droppe omsluten av en seg hinna som en liten påse. Vad kan hinnan bestå av?

10. Vad är utmärkande för halogenerna 11. Vad är utmärkande för ädelgaserna?

Stål är hårdare än järn.

Järn rostar men det gör inte stål.

2. Kan det finnas två olika grundämnen med samma masstal? Motivera ditt svar.

8. Vad är utmärkande för alkalimetallerna?

Järn och stål är samma sak.

Vad är det för skillnad på järn och stål?

23. Förklara hur en jonbindning bildas.

3. Varför har man infört atommassaenheten u?

9. Vad är utmärkande för övergångsmetallerna

Vem har rätt?

3. Oädla metaller rostar lätt, men varför rostar inte aluminium som ju är en oädel metall? 4. Salt, t.ex. saltstänk från havet eller salt som sprids på vägarna, gör att stål rostar mycket snabbare. Vad kan det bero på? 5. Gör ett utsläpp av en syra i en sjö mindre skada om den först späds ut? Eller är det bättre om syran släpps ut lite i taget?

Nät och bibliotek 1. Ta reda på vilket grundämne som är ditt landskapsgrundämne. 2. Vilka grundämnen har upptäckts av svenskar?

3. Namnge fem grundämnen som har fått sitt namn efter berömda personer. 4. Vad betyder ordet krypton? 5. Det svenska 10-kronorsmyntet består av legeringen Nordic gold. Vilka metaller finns i legeringen Nordic gold? 6. Varför härdas stål?

Gör ett försök Ändras pH-värdet? Om man lägger lite socker på en grapefruit, smakar den inte så surt. Ändras pH-värdet om man tillsätter socker till en svag syra? Planera, genomför och redovisa ditt försök.

7. Hur salt är vårt blod?

Vad tycker du?

8. Ta reda på vilka E-nummer syror, baser och salter har, som livsmedelstillsatser.

Det behövs stora mängder energi för att renfram ställa aluminium. Ska man då använda aluminium till förpackningar? Till läsk och öl använder man burkar av aluminium, men till mjölk använder man pappersförpackningar. Är plast bättre, eller borde alla drycker förpackas i returglas?

9. Zinkvitt är ett vitt färgpigment. Vad är det kemiska namnet för zinkvitt?

Elektrokemi och rostskydd

189

4. Hur många elektroner behövs för att fylla L-skalet?

25. Varför finns det så få guldsalter?

5. Hur många valenselektroner har ett ämne som har 9 elektroner?

Fundera mera 1. I det periodiska systemet längst bak i boken, finns alla grundämnes atommassa angiven. Vad är atommassa?

6. Vad har grundämnena i en grupp gemensamt? 7. Vad är det för skillnad på metaller och icke metaller?

188

Atomer, joner och kemiska reaktioner

Stål innehåller mer kol.

Järn innehåller mer kol.

Om man värmer en aluminiumplåt, bildas det en droppe omsluten av en seg hinna som en liten påse. Vad kan hinnan bestå av?

10. Vad är utmärkande för halogenerna 11. Vad är utmärkande för ädelgaserna?

Stål är hårdare än järn.

Järn rostar men det gör inte stål.

2. Kan det finnas två olika grundämnen med samma masstal? Motivera ditt svar.

8. Vad är utmärkande för alkalimetallerna?

Järn och stål är samma sak.

Vad är det för skillnad på järn och stål?

23. Förklara hur en jonbindning bildas.

3. Varför har man infört atommassaenheten u?

9. Vad är utmärkande för övergångsmetallerna

Vem har rätt?

Nät och bibliotek 1. Ta reda på vilket grundämne som är ditt landskapsgrundämne. 2. Vilka grundämnen har upptäckts av svenskar?

7. Hur salt är vårt blod?

Vad tycker du?

8. Ta reda på vilka E-nummer syror, baser och salter har, som livsmedelstillsatser.

9. Zinkvitt är ett vitt färgpigment. Vad är det kemiska namnet för zinkvitt?

Elektrokemi och rostskydd

189

Kapitel

Innehåll

Hållbar utveckling

Vårt hem jorden sid. 192 Principer för en hållbar utveckling sid. 196 Klimat och miljö sid. 205

Vad tro r du?

• Det är bara kemikalier i allt nuförtiden. Man får ju cancer av allt!

Stämmer det? Finns det något utan några kemikalier?

Fo kus på

 De blågröna bakterierna och syre  Hållbar utveckling  Principer för miljöanalys – resurser, spridning, halter, tid, jämvikt och ämnes egenskaper.

 Naturvetenskapligt argument  Försiktighetsprincipen  Den globala uppvärmningen  Försurning av haven  Ozonskiktet  Återvinning av avfall

190

Hållbar utveckling

191

Kapitel

Innehåll

Hållbar utveckling

Vårt hem jorden sid. 192 Principer för en hållbar utveckling sid. 196 Klimat och miljö sid. 205

Vad tro r du?

• Det är bara kemikalier i allt nuförtiden. Man får ju cancer av allt!

Stämmer det? Finns det något utan några kemikalier?

Fo kus på

 De blågröna bakterierna och syre  Hållbar utveckling  Principer för miljöanalys – resurser, spridning, halter, tid, jämvikt och ämnes egenskaper.

 Naturvetenskapligt argument  Försiktighetsprincipen  Den globala uppvärmningen  Försurning av haven  Ozonskiktet  Återvinning av avfall

190

Hållbar utveckling

191

Vårt hem jorden När du har arbetat med avsnittet Vårt hem jorden kan du • förklara hur människan påverkar naturen och klimatet • redogöra för hur universum, stjärnor och planeter bildades • känna till var livet på jorden uppstod • r edogöra för hur de blågröna bakterierna påverkade livets utveckling

Jordklotet är vår plats i universum. Det finns ingen annan planet i vårt solsystem som vi kan leva på. Om vi vill leva ett bra liv, måste vi se till att göra det här på jorden. Men allt vi gör påverkar vår miljö. Hur ska man veta om det är bra, dåligt eller kanske utan betydelse? Det är det som detta kapitel handlar om. Jorden och människan Jorden är en underbar plats, ett paradis med växter, djur och en natur Det finns ingen väg tillbaka! som har försett människan med allt hon behöver. Under årmiljoner levde människan och hennes föregångare på samma villkor som andra djur, i små grupper som samlade och jagade för att få mat. Jordens befolkning var mycket liten, mindre än en tusendel av världens befolkning idag. Deras sätt att leva och det faktum att de var så få, innebar att naturen inte påverkades så mycket.

Människan använder ekosystemens tjänster Men det fanns något som skilde människan från djuren. Hon var mer intelligent och kunde planera för framtiden. Människan använde sin intelligens och sitt språk för att utveckla kulturer där man fick idéer av varandra och kunde föra dessa vidare. Befolkningen ökade och människan började bruka jorden. Arbetsmetoder, teknik och samhällsorganisation ledde till att tillgången på mat ökade. 192

Hållbar utveckling

Det här är en utveckling som har fortsatt ända fram till idag. Men det har nu gått så långt att människan inte bara förvandlar naturens utseende genom att bruka marken och haven, bygga dammar och städer. Människan påverkar nu till och med jordens klimat. Många av jordens resurser som en gång verkade oändliga håller på att ta slut.

Big Bang, stjärnor och planeter Man tror att universum bildades med det man kallar Big Bang för 13,7 miljarder år sedan. Inom cirka 20 minuter började protoner, neutroner och elektroner slå sig samman till de lättaste grundämnena väte och helium. I detta inferno bildades så småningom fler grundämnen, stjärnor och planeter.

Livet börjar

Ett gasmoln, 62 miljoner ljusår bort. I gasmolnet ser man ny bildade stjärnor med ljusblå färg.

Vårt hem jorden, som kretsar kring stjärnan solen, bildades för ungefär 4,5 miljarder år sedan. Då var jorden en ogästvänlig och död planet med vulkaner och en atmosfär av vätgas. Först efter 1 miljard år av vulkan utbrott, oväder och regn, började de första formerna av liv utvecklas. Jorden var då täckt av stora hav och där kunde livet utvecklas. Haven skyddade de första organismerna mot den livsfarliga UVstrålningen från solen. De första encelliga organismerna kan ha använt svavelväte som energikälla. De levde framförallt vid havsbottnar med vulkanisk aktivitet, där olika svavelföreningar strömmade upp från jordens inre. Luften innehöll inget syre, utan var en bland ning av koldioxid, kväve, vätesulfid, metan och ammoniak. Som du förstår var ekosystemen helt annorlunda på jorden för 1 miljard år sedan.

Vårt hem jorden

193

Hållbar utveckling

Livet börjar

Ett gasmoln, 62 miljoner ljusår bort. I gasmolnet ser man ny bildade stjärnor med ljusblå färg.

Vårt hem jorden

193

Dessa tidiga livsformer var mikroskopiskt små, encelliga organismer. När de blågröna bakterierna försvann, bildades det mängder med nya organismer.

Blågröna bakterier – fotosyntes Ungefär 500 miljoner år senare utvecklades de första blågröna bakterierna. Det var de första organismerna med fotosyntes. De kunde tillverka energirika kolhydrater med hjälp av solenergin, koldioxid och vatten. Nu satte livet fart. De blågröna bakterierna behövde inte leva nära svavelkällorna. De levde nära havsytan och kunde föröka sig och sprida sig över hela jordens alla hav. De blågröna bakterierna var perfekt anpassade till sin miljö, men det fanns ett problem. De blågröna algerna tålde inte syre. Vid fotosyntesen sönderdelas vatten och då bildas det syre och väte. Vätet byggs in i sockermolekylen medan syret blir över som avfall. Syre fungerade som ett gift för dem. Men som tur var fanns det enorma mängder järnjoner i haven. Syret reagerade med järnjonerna och bildade järnoxid, rost, som föll ner till botten. Därför klarade bakterierna sig bra och förökade sig, tack vare järnjonerna. Oxideringen av järnjonerna pågick i lite mer än 1 miljard år, sedan kom undergången. Järnjonerna började ta slut och syrehalten steg. De blågröna bakterierna förgiftade sig själva och dog.

Samtidigt som syrehalten steg i atmosfären, bildades det också ett skyddande ozonlager högt uppe i atmosfären.

→

Att oxonlagret bildades var helt avgörande för att växter och djur kunde ta sig upp ur haven och leva på land, utan att brännas till döds av UV-strålningen från solen.

Livet anpassar sig Alla blågröna bakterier dog inte ut. Det finns blågröna bakterier som tål syre, till exempel släktet Nostoc som syns på bilden.

Fe + O

→

FeO

Livet har utvecklats genom att anpassa sig till förhållandena på jorden. Tack vare de blågröna bakterierna, finns idag de ekosystem som vi är anpassade för. Det finns fler händelser som har påverkat utvecklingen. Vulkaner och enorma meteoritnedslag har påverkat vårt klimat, sammansättningen av vår atmosfär och tillgång på kemiska ämnen. Det har också inträffat perioder med massdöd av organismer, men livet har alltid återhämtat sig. Nya arter har uppstått och tagit över. Men inte någon gång i jordens historia har djur och växter utrotats i så snabb takt som nu. Och denna gång beror det på att människan förändrar förutsättningarna för liv på jorden.

Syret förändrade jordens ekosystem Syre var undergången för de blågröna bakterierna, men samtidigt var syret början på något nytt. När syrehalten steg, uppstod nya former av liv som tålde syre och kunde använda syre som energikälla. (%)

O2 + O

Kommer fjällräven att försvinna? Det finns bara ett 50-tal djur kvar i Sverige, så risken är mycket stor att den försvinner från våra fjällmarker.

Syrehalt i atmosfären

10 Tid

0 0

idag

(miljarder år) jorden bildas oceaner och kontinenter kommer till

första cellerna med fotosyntes första flercelliga växterna och djuren

första levande cellen

194

Hållbar utveckling

När syrehalten steg i atmosfären, förändrades förutsättningarna helt för liv på jorden. Nu fick nya livsformer chansen att ta över.

Kan du?

Rätt eller fel?

1. Hur uppstod universum med alla stjärnor och planeter?

a) Jorden bildades samtidigt som Big Bang, för 13,7 miljarder år sedan.

2. Varför uppstod livet först i havet?

b) Livet på jorden kunde uppstå först när det bildats syre i atmosfären.

3. Varför var syret en förutsättning för att växter och djur skulle kunna leva ovanför vattenytan? 4. Ge exempel på förändringar som har påverkat jorden och som människan inte är ansvarig för.

c) Ozon i atmosfären skyddar växter och djur från UV-strålning. d) De blågröna bakterierna tålde syre.

Vårt hem jorden

195

Dessa tidiga livsformer var mikroskopiskt små, encelliga organismer. När de blågröna bakterierna försvann, bildades det mängder med nya organismer.

Samtidigt som syrehalten steg i atmosfären, bildades det också ett skyddande ozonlager högt uppe i atmosfären.

→

Att oxonlagret bildades var helt avgörande för att växter och djur kunde ta sig upp ur haven och leva på land, utan att brännas till döds av UV-strålningen från solen.

Livet anpassar sig Alla blågröna bakterier dog inte ut. Det finns blågröna bakterier som tål syre, till exempel släktet Nostoc som syns på bilden.

Fe + O

→

FeO

O2 + O

Kommer fjällräven att försvinna? Det finns bara ett 50-tal djur kvar i Sverige, så risken är mycket stor att den försvinner från våra fjällmarker.

Syrehalt i atmosfären

10 Tid

0 0

idag

(miljarder år) jorden bildas oceaner och kontinenter kommer till

första cellerna med fotosyntes första flercelliga växterna och djuren

första levande cellen

194

Hållbar utveckling

När syrehalten steg i atmosfären, förändrades förutsättningarna helt för liv på jorden. Nu fick nya livsformer chansen att ta över.

Kan du?

Rätt eller fel?

1. Hur uppstod universum med alla stjärnor och planeter?

a) Jorden bildades samtidigt som Big Bang, för 13,7 miljarder år sedan.

2. Varför uppstod livet först i havet?

b) Livet på jorden kunde uppstå först när det bildats syre i atmosfären.

c) Ozon i atmosfären skyddar växter och djur från UV-strålning. d) De blågröna bakterierna tålde syre.

Vårt hem jorden

195

Principer för en hållbar utveckling

Sex principer För att kunna påverka besluten om hur vi hanterar vår miljö behöver vi naturligtvis kunskaper, men det räcker inte. När en miljöfråga är svår måste man ha några grundläggande principer att utgå ifrån. Vi ska nu gå igenom sex grundläggande principer. Med hjälp av dessa principer kan man få en bättre helhetsbild och agera på rätt sätt, utan att man skapar nya problem.

När du har arbetAT med avsnittet Principer för en hållbar utveckling kan du • redogöra för vad begreppet hållbar utveckling betyder

Försurning, förstärkt växthuseffekt, ozonhål och avfall – listan är lång över vad vi har framför oss. Men med rätt förståelse kan vi få den hållbara utveckling vi alla vill ha.

• förstå och förklara hur ett miljöproblem kan uppstå • förklara vad ett naturvetenskapligt argument innebär • förklara vad försiktighetsprincipen säger • kunna förklara hur det blir månförmörkelse

Resurser

När Benz konstruerade sina bilar kunde han inte de veta att bilarnas avgaser skulle orsaka stora miljöproblem 100 år senare. På samma sätt kan inte vi veta vad som kommer att hända i framtiden. Men genom kunskaper om hur ämnen sprider sig, hur de påverkar de kemiska jämnvikterna i naturen och genom att använda försiktig hetsprincipen, kan vi lyckas bättre än våra förfäder.

• • •

I vilken tillväxtfas befinner sig systemet? Vad är begränsningar för utvecklingen? Återskapas resurserna? Spridning

En stolt Carl Benz vid ratten i en av sina bilar år 1887. Hur skulle han kunna inse att bilar skulle leda till att polarisarna skulle smälta bort 125 år senare?

• • •

Hur långt och hur snabbt?

• • •

Innebär exponeringen en risk? Är halterna jämförbara med naturliga halter? Överskott eller underskott? Tid

Begreppet hållbar utveckling har sitt ursprung i en FNrapport från 1987. Där definierades hållbar utveckling som en utveckling för att tillgodose dagens behov utan att äventyra för kommande generationer att tillgodose sina. Om vi ska leva bra i framtiden behöver vi tänka på hur vi använder våra gemensamma resurser, våra ekosystemtjänster. Ekosystemtjänster är sådant vi behöver för att kunna överleva, till exempel mat, råvaror, energi och rent vatten. Om vi förbrukar resurserna fortare än de hinner återskapas, tar de helt enkelt slut. Och om vi förorenar eller skadar ekosystemen försvinner de ännu snabbare.

Hållbar utveckling

Vilka ämnen/partiklar kan spridas?

Halter

Hållbar utveckling

196

Vilka spridningsvägar finns?

• •

Länge eller kortvarigt? Snabb eller långsam process?

Jämvikt

• •

Vilka delar av systemet är sammankopplade? Buffertverkan? Ämnens egenskaper

• • •

Hur finfördelat är materialet? Hur tillgängligt är det? Reagerar det lätt med andra ämnen?

Principer för en hållbar utveckling

197

Principer för en hållbar utveckling

När du har arbetAT med avsnittet Principer för en hållbar utveckling kan du • redogöra för vad begreppet hållbar utveckling betyder

Försurning, förstärkt växthuseffekt, ozonhål och avfall – listan är lång över vad vi har framför oss. Men med rätt förståelse kan vi få den hållbara utveckling vi alla vill ha.

Resurser

• • •

I vilken tillväxtfas befinner sig systemet? Vad är begränsningar för utvecklingen? Återskapas resurserna? Spridning

En stolt Carl Benz vid ratten i en av sina bilar år 1887. Hur skulle han kunna inse att bilar skulle leda till att polarisarna skulle smälta bort 125 år senare?

• • •

Hur långt och hur snabbt?

• • •

Innebär exponeringen en risk? Är halterna jämförbara med naturliga halter? Överskott eller underskott? Tid

Hållbar utveckling

Vilka ämnen/partiklar kan spridas?

Halter

Hållbar utveckling

196

Vilka spridningsvägar finns?

• •

Länge eller kortvarigt? Snabb eller långsam process?

Jämvikt

• •

Vilka delar av systemet är sammankopplade? Buffertverkan? Ämnens egenskaper

• • •

Hur finfördelat är materialet? Hur tillgängligt är det? Reagerar det lätt med andra ämnen?

Principer för en hållbar utveckling

197

Resurser När de blågröna bakterierna utvecklades i haven hade de ingen konkurrens från andra organismer. De var de enda som hade fotosyntes och kunde därför föröka sig obehindrat. I början av en utveckling brukar man ofta se en sådan kraftigt ökande tillväxt. Det brukar inträffa när det inte finns några begränsningar för tillväxten.

•

I vilken tillväxtfas befinner sig systemet?

•

V ad är begränsningar för utvecklingen?

•

Återskapas resurserna?

Med tiden brukar tillväxten plana ut. Det beror på att det uppstår brist på något som behövs för att utvecklingen ska fortsätta, eller att utvecklingen i sig själv skapar problem. För de blågröna bakterierna var det den stigande mängden syre som stoppade deras tillväxt. Om resurserna återskapas genom att materialen får ingå i ett kretslopp där de återvinns, kan man behålla den höga nivån. Men om viktiga resurser tillåts ta slut, så kan kurvan vända nedåt och man går mot en kollaps. Järnjonerna tog slut och de blågröna bakterierna dog ut på grund av bristen på järnjoner. tillväxt resurser återskapas – hållbar utveckling

Gaser och små partiklar kan spridas med luften. Vindarna rör sig snabbt över stora områden. Luftburna ämnen transporteras därför både snabbt och långt. Partiklar i luften kan tvättas ur och följa med regnet som faller till marken. Gaser som är lättlösliga i vatten följer också med regnet till marken.

resurser återskapas inte

tillväxtfas

– kollaps

tid

Spridning Kemiska ämnen släpps inte ut bara genom skorstenar eller avloppsrör. Ämnen kan transporteras på många andra sätt. Det har också stor betydelse om de transporteras en kort sträcka eller över långa avstånd, och om de sprids långsamt eller fort. Och naturligtvis spelar det stor roll vilka ämnen det är som transporteras.

198

Hållbar utveckling

• •

V ilka spridningsvägar finns? V ilka ämnen/partiklar kan spridas?

•

H ur långt och hur snabbt?

Vi har länge använt luften som soptipp, eftersom många tror att det som inte syns, det finns inte. Men vi vet ju att ingenting försvinner!

Vatten transporterar både partiklar och lösta ämnen. Lösligheten av ämnet i vatten avgör hur mycket som kan transporteras. Vilket pH vattnet har påverkar lösligheten för många ämnen. Högt uppe i bergen är vattnet nästan fritt från lösta ämnen, men på vägen ner mot havet löses allt fler ämnen. Det är till exempel överskottet av näringsämnen från jordbruksmarker, organiska ämnen från skogs bruket och rester från reningsverken som till slut hamnar i haven. Människan bidrar också aktivt till spridningen av ämnen i ekosystemen. Utvinningen av olika råvaror flyttar ämnen från en plats till en annan, till exempel malmer och olja. Många gånger följer också skadliga ämnen med, till exempel svavel i råolja eller kadmium i gödningsmedel.

Principer för en hållbar utveckling

199

•

I vilken tillväxtfas befinner sig systemet?

•

V ad är begränsningar för utvecklingen?

•

Återskapas resurserna?

resurser återskapas inte

tillväxtfas

– kollaps

tid

198

Hållbar utveckling

• •

V ilka spridningsvägar finns? V ilka ämnen/partiklar kan spridas?

•

H ur långt och hur snabbt?

Vi har länge använt luften som soptipp, eftersom många tror att det som inte syns, det finns inte. Men vi vet ju att ingenting försvinner!

Principer för en hållbar utveckling

199

Halter Hur ett ämne påverkar levande organismer beror inte bara på om det är skadligt, utan också på hur mycket det finns av ämnet. Ämnen som är farliga i små mängder kallas gifter, medan vådliga ämnen är skadliga vid lite högre koncentrationer. Både giftiga och vådliga ämnen är alltså farliga, skillnaden är bara hur mycket som behövs för att vi ska ta skada.

•

I nnebär exponeringen en risk?

•

Ä r halterna jämförbara med naturliga halter?

•

Ö verskott eller underskott?

I tidningarna ser man stora rubriker med larm om ämnen som är giftiga eller är cancerframkallande. Man ska ta sådana varningar på allvar, men ofta glömmer man att berätta vilka mängder vi måste få i oss för att det ska vara skadligt. Alla ämnen är farliga om man utsätts för stora mängder. Det är inte ämnet i sig som är farligt. Det är kombinationen av hur mycket och hur giftigt eller cancerframkallande ämnet är, som avgör risken. Med kemiska analyser kan man bestämma vilka halter av gifter och andra ämnen som påverkar naturen. Vid utsläpp av ämnen kan man jämföra med de halter som finns naturligt. Om utsläppen sammanlagt är mycket mindre än de som förekommer naturligt, har utsläppen sannolikt ingen större betydelse. När ämnen reagerar med varandra blir det nästan alltid överskott av något ämne medan det andra tar slut. Till exempel kan arsenik i brunnsvatten bindas till järnjoner som finns i vattnet. Fällningen som bildas sjunker sedan till botten. På så vis renas vattnet. Men om mängden järnjoner inte räcker till, blir det kvar löst arsenik i vattnet och då är det giftigt att dricka.

Tid Påverkan av en verksamhet är ofta beroende av tiden. Det handlar dels om hur lång tid verksamheten håller på, dels med vilken fart allting sker. Det som sker med hög hastighet under lång tid, får stora effekter. Om skog avverkas på ett område och marken bearbetas av maskiner, kan det leda till jordlagret och berget utsätts för erosion. Marken nöts ner och blåser eller sköljs bort från området. Om marken på nytt täcks av växter, stannar erosionen av och jordlagret kan återskapas med tiden.

200

Hållbar utveckling

Akrylamid är ett cancerframkallande ämne som kan bildas när man steker eller friterar potatis. Men risken att vi blir sjuka är ändå liten. Vi får inte i oss några stora mängder akrylamid, även om vi äter potatischips då och då.

• •

L änge eller kortvarigt? S nabb eller långsam process?

Hur fort marken eroderar beror på nederbörd, vindar och om terrängen är kuperad. Vid mycket långsam erosion, gör det inte så mycket om marken är blottlagd under längre tid. Men om erosionen är kraftig måste man mycket snabbt få ny växtlighet i området.

Plötslig fiskdöd kan också bero på små utsläpp, som skett under lång tid.

Man kan jämföra hur snabbt ett ämne bildas, med hur snabbt det bryts ner. Om ämnen bryts ner mycket snabbt, hinner mängderna aldrig bli höga. Riskerna är då mindre än om de bryts ner långsamt. De flesta kemiska föreningar kan brytas ner, men inte grundämnen. Om till exempel kvicksilver släpps ut i naturen, ökar halterna hela tiden. Man säger att det anrikas. Det beror på att kvicksilver är ett grundämne och bryts inte ner. Även små utsläpp kan alltså ge höga halter, om det sker under lång tid.

Principer för en hållbar utveckling

201

•

I nnebär exponeringen en risk?

•

Ä r halterna jämförbara med naturliga halter?

•

Ö verskott eller underskott?

200

Hållbar utveckling

• •

L änge eller kortvarigt? S nabb eller långsam process?

Plötslig fiskdöd kan också bero på små utsläpp, som skett under lång tid.

Principer för en hållbar utveckling

201

Finfördelning skyndar på de kemiska reaktionerna. Finfördelning underlättar också transport i luft och vatten, genom att partiklarna blir så lätta.

Jämvikt Mycket av det som händer i naturen styrs av jämvikter. Det betyder att om det blir för mycket av ett ämne på ett ställe, jämnar naturen själv ut det på något sätt. Det finns olika slags jämvikter, till exempel löslighetsjämvikter. Ett exempel på en löslighetsjämvikt är koldioxid, som finns både i luft och löst i vatten. Det sker ett ständigt utbyte av koldioxiden i luften och i vattnet. Om halten koldioxid i luften fördubblas, så kommer koldioxid från luften att lösa sig i vattnet till dess att halten koldioxid i vattnet också har fördubblats. Löslighetsjämvikter styrs ofta av om ämnena är fettlösliga eller vattenlösliga. Regeln är ”lika löser lika”. Feta ämnen löser sig i organiska lösningsmedel som olja och bensin, medan till exempel salter och andra ämnen som liknar vatten är lösliga i vatten. CO2

Surt regnvatten är resultatet av en snabb jämviktsförändring. Det rena vattnet löser de sura gaserna i luften mycket snabbt. Men i försurad mark kan det ta flera hundra år innan mineralerna i marken uppnår jämvikt i sin sammansättning med ett ständigtCO2 nerfall av surt regn. Om man upptäcker döda fiskar i en sjö, tror man kanske först att det har skett ett giftutsläpp i vattnet. Ibland stämmer det, men det kan också bero på försurning som började för 10–20 år sedan. Om du droppar syra i rent vatten sjunker pH-värdet. Det beror på att syramolekylerna släpper ifrån sig vätejoner och fler vätejoner ger ett lägre pH-värde. Men pH sjunker inte lika mycket om du droppar syra i exempelvis sjövatten.

Det beror på att det finns många ämnen i sjövattnet som kan reagera med vätejonerna. Denna effekt, att mildra pH-förändringen, kallas buffertverkan. När bufferten är förbrukad, kan förändringen komma mycket snabbt.

Ämnens egenskaper Ett järnföremål i naturen kommer att rosta. Till att början bara på ytan eftersom kemiska reaktioner kräver kontakt mellan de reagerande ämnena. Om järnföremålet krossas blir kontaktytan större och det rostar snabbare. 202

Hållbar utveckling

•

Vilka delar av ekosystemet är

•

Buffertverkan

sammankopplade?

CO2

CO2 CO2

Ämne som innehåller mycket energi är reaktiva. Det betyder att de reagerar lätt med andra ämnen. När de reagerar förlorar de energi och blir stabilare. Ett giftigt ämne som binds i en stabil kemisk förening, blir därför mindre giftigt.

• • •

H ur finfördelat är materialet? H ur tillgängligt är det? R eagerar det lätt med andra ämnen?

Ett exempel på det är de heta källorna i djuphaven, som spyr ut giftiga metaller och svavelväte. Av detta bildas stabila kemiska föreningar mellan metaller och svavel, så kallade metallsulfider, som är mindre giftiga än de ingående ämnena.

Naturvetenskapliga argument CO2 CO2

CO2 CO2

Det är inte alla argument som är vetenskapliga. Man kan till exempel inte rösta om vad som är sanning. Det har inte heller någon betydelse om jag själv tror väldigt starkt på att jag har rätt. Om jag inte kan motivera vetenskapligt varför jag har rätt, då saknar mina argument betydelse. Ett annat vanligt fel man gör är att tro på något bara för att det är en känd person som uttalar sig. Det viktiga är att den som uttalar sig har kunskap och redovisar den på ett ärligt sätt. Tyvärr måste man vara på sin vakt och inte tro på allt man hör. När miljöfrågor debatteras kan det ibland finnas andra intressen som man inte berättar om. Ofta handlar det om pengar, men det kan också handla om politik eller respekt. Det bästa är att själv ha kunskaper. Det handlar inte om att ”veta” vad som är bra eller dåligt. I stället handlar det om att förstå hur allt hänger samman och kunna bedöma om argument är hållbara eller inte. Den som har kunskap är för det mesta öppen för nya kloka argument och ibland måste man faktiskt ändra uppfattning. Betyder detta att det inte finns någon vetenskaplig sanning? Nej, inte alls! Det visar bara på vetenskapens arbetssätt, att alltid kritiskt granska det man tror sig veta därför att man inser att man inte kan veta allt. Tack vare detta förhållningssätt utvecklas vetenskapen vidare.

Miljömärkningar är ett stöd när vi ska välja vilka tomater eller kläder vi ska köpa.

Principer för en hållbar utveckling

203

Finfördelning skyndar på de kemiska reaktionerna. Finfördelning underlättar också transport i luft och vatten, genom att partiklarna blir så lätta.

Hållbar utveckling

•

Vilka delar av ekosystemet är

•

Buffertverkan

sammankopplade?

CO2

CO2 CO2

• • •

H ur finfördelat är materialet? H ur tillgängligt är det? R eagerar det lätt med andra ämnen?

Naturvetenskapliga argument CO2 CO2

CO2 CO2

Miljömärkningar är ett stöd när vi ska välja vilka tomater eller kläder vi ska köpa.

Principer för en hållbar utveckling

203

Klimat och miljö

Försiktighetsprincipen Eftersom det är svårt att i förväg veta vilka effekter som olika kemiska ämnen, material, byggen, skogsbruk, fiske, odling, energiproduktion med mera har på miljön, bör man använda sig av försiktighetsprincipen när man fattar viktiga beslut.

När du har läst avsnittet Klimat och miljö kan du • ge några exempel på hur ett miljöproblem kan uppstå

Den svenska miljöbalken är en samling lagar som gäller för vår natur och miljö. I miljöbalken finns försiktighetsprincipen som säger:

Kemi kan ställa till det …

Alla som bedriver eller avser att bedriva en verksamhet eller vidta en åtgärd skall utföra de skyddsåtgärder, iaktta de begränsningar och vidta de försiktighetsmått i övrigt som behövs för att förebygga, hindra eller motverka att verksamheten eller åtgärden medför skada eller olägenhet för människors hälsa eller miljön. I samma syfte skall vid yrkesmässig verksamhet användas bästa möjliga teknik.

Försurning, växthuseffekt, ozonhål och övergödning – listan är lång över hur kemi kan ställa till det. Men med kemi kan man också reparera skadorna och få en hållbar utveckling för alla. … och kemi kan rätta till det!

Dessa försiktighetsmått skall vidtas så snart det finns skäl att anta att en verksamhet eller åtgärd kan medföra skada eller olägenhet för människors hälsa eller miljön.

Genom åren har vi varit tvungna att ta itu med flera olika miljöproblem, som vi själva orsakat. • 1 960-talet: Rovfåglar kan inte fortplanta sig på grund av utsläpp av kvicksilver. • 1 970-talet: Rovfåglar och sälar kan inte fortplanta sig på grund av utsläpp av miljögifterna PCB och DDT. • 1 960–1980-talen: Försurning på grund av utsläpp av svaveloxider och kväveoxider. • 1 990–2000-talen: Ozonlagret förstörs av freoner. • 1 990–2000-talen: Global uppvärmning och försurning av världshaven på grund av utsläpp av koldioxid.

Försiktighetsprincipen innebär att om man inte kan veta någor lunda säkert vad effekterna blir, då ska man avstå eller välja ett annat alternativ som man känner till bättre. Helt enkelt, om man inte vet – låt bli!

Tänk om vi kunde lämna ett hållbart jordklot till kommande generationer!

Antalet örnar och sälar ökar och ozonlagret håller på att återbildas. Vi kan alltså klara svåra miljö utmaningar, bara vi vet vad som måste göras.

En del av problemen har vi klarat av att göra något åt. Halterna av giftiga ämnen som bly, kvicksilver, kadmium, PCB och DDT har minskat i ekosystemen efter att man infört förbud. Ozonlagret håller nu på att återhämta sig efter att vi förbjudit användningen av freoner. Kan du?

Rätt eller fel?

1. Vilka typer av ämnen sprids lätt med luft?

a) Ett giftigt ämne kan vara ofarligt om mängden är väldigt liten.

2. Vad har det för betydelse om ett ämne är finfördelat?

b) Energirika ämnen är reaktiva.

3. Hur fungerar en kemisk jämvikt? 4. Vad innebär försiktighetsprincipen?

204

Hållbar utveckling

c) Det är lättare att upptäcka en långsam process än en snabb? d) Ämnen som transporteras med vinden rör sig långa sträckor.

Nu står vi inför nya stora utmaningar, bland annat med minskad tillgång på naturresurser. Oljan, fosfater, odlingsbar mark, rent vatten och fisken i världshaven håller på att ta slut. Samtidigt som jordens befolkning fortsätter att öka. Tyvärr är listan på miljöproblem som måste lösas fortfarande lång. Vi ska nu titta lite närmre på några av dem genom att använda våra sex principer.

Klimat och miljö

205

Klimat och miljö

När du har läst avsnittet Klimat och miljö kan du • ge några exempel på hur ett miljöproblem kan uppstå

Den svenska miljöbalken är en samling lagar som gäller för vår natur och miljö. I miljöbalken finns försiktighetsprincipen som säger:

Kemi kan ställa till det …

Dessa försiktighetsmått skall vidtas så snart det finns skäl att anta att en verksamhet eller åtgärd kan medföra skada eller olägenhet för människors hälsa eller miljön.

Tänk om vi kunde lämna ett hållbart jordklot till kommande generationer!

Antalet örnar och sälar ökar och ozonlagret håller på att återbildas. Vi kan alltså klara svåra miljö utmaningar, bara vi vet vad som måste göras.

Rätt eller fel?

1. Vilka typer av ämnen sprids lätt med luft?

a) Ett giftigt ämne kan vara ofarligt om mängden är väldigt liten.

2. Vad har det för betydelse om ett ämne är finfördelat?

b) Energirika ämnen är reaktiva.

3. Hur fungerar en kemisk jämvikt? 4. Vad innebär försiktighetsprincipen?

204

Hållbar utveckling

c) Det är lättare att upptäcka en långsam process än en snabb? d) Ämnen som transporteras med vinden rör sig långa sträckor.

Klimat och miljö

205

Metan är en växthusgas, mycket kraftfullare än koldioxid. Men tack vare att metan är ett energirikt ämne, så bryts det ner inom några år tionden. Därför kan man hoppas att metanutsläppen på lång sikt inte utgör samma stora problem som koldioxid. Koldioxiden bryts inte ner eftersom den är mycket stabil.

Den globala uppvärmningen Den globala uppvärmningen har tagit fart under de senaste åren. Man vet att en av huvudorsakerna är ökningen av koldioxid i atmosfären. Koldioxid är en växthusgas. Under jordens historia har det funnits tider med varmare och kallare klimat, men det som händer nu är utöver det vanliga. Jordens atmosfär innehåller idag mer växthusgaser än någon gång under de senaste 650 000 åren. Vad är det som har ändrats? Tidigare värmde vi våra hus med brasor i kaminer, kakelugnar eller öppna spisar. Maten lagade vi på vedspisar eller öppna spisar. Veden högg vi i skogen och samtidigt som vi högg ner en del träd växte det upp nya. De nya träden tog upp koldioxiden som bildades när de nerhuggna träden eldades upp.

Växthusgaserna sprids snabbt med vindarna runt hela jorden och därför påverkas alla kontinenter.

Jämvikt – Kretsloppet skapar balans mellan kol i atmosfären och kol i växter och djur.

Spridning

Försurning av haven Försurning av marken och sjöar beror framförallt på sur nederbörd. Också haven försuras, men det beror på den ökande mängden koldioxid i atmosfären.

Jämvikt – När halten koldioxid ökar i luften, stiger halten koldioxid i vattnet lika mycket.

Koldioxid löser sig i vatten och bildar kolsyra och det är jämvikt mellan koldioxiden i luften och koldioxiden i haven. När halterna koldioxid ökar i luften ökar också halten koldioxid i havet. Överföringen av koldioxid från luften till havet gör att den globala uppvärmningen fördröjs, vilket är bra.

Samma sak gäller också idag. När man förbränner ved och bränslen som tillverkas från växter som skördas använder man bara kol som växterna tagit upp som koldioxid från luften. Det gör att mängden koldioxid i atmosfären inte ökar. Det är samma kol som hela tiden går i kretslopp mellan luft och levande organismer. Växter och djur kan begravas under sediment och så småningom ombildas till olja, naturgas och stenkol som är fossila bränslen. Fossiliseringen för bort kol från kretsloppet ovan jord. Motsatta processen får vi när fossila bränslen hämtas upp ur underjorden och förbränns. Då tillförs kol till kretsloppet där atmosfären och levande organismer ingår.

Ämnens egenskaper

Tid – Det fossila kolet tar slut. Det bildas mycket långsammare än vi förbrukar det.

Men samtidigt försuras haven av kolsyran. Koraller och skaldjur som innehåller kalk får då svårt att klara sig. Kalk är ett basiskt ämne som reagerar med kolsyran och löses upp. Djuren klarar sig inte utan sina skyddande skal och kalkskelett. Ekosystemen förändras, korallreven dör och andra arter som lever på de mindre djuren kanske dör ut.

Jämvikt – pH påverkar jämvikten för syror och baser. I basisk miljö är baser stabila, men i sur miljö förbrukas de.

Problemet är tidsskalan. Fossiliseringen är en process som tar hundratals miljoner år, men förbränningen av fossila bränslen har skett under något hundratal år. Det är cirka 1 miljon gånger snabbare! Det finns också andra växthusgaser, till exempel metan. Metan fri görs när permafrosten i polartrakterna smälter. Permafrosten inne håller infruset organiskt material av döda växter och djur som bil dar metan när det förmultnar. Den globala uppvärmningen skyndar på utsläppen av metan. Metangasen förstärker växthuseffekten och det hotar att bli en galopperande utveckling. Även boskapsuppföd ning och växtodling i våtmarker ger stora metanutsläpp.

206

Hållbar utveckling

Jämvikt – Vid kyla förskjuts jämvikten så att metan binds i marken, vid värme så att den hamnar i luften.

När korallreven dör, försvinner också alla andra djur och växter som lever vid reven.

Klimat och miljö

207

Växthusgaserna sprids snabbt med vindarna runt hela jorden och därför påverkas alla kontinenter.

Jämvikt – Kretsloppet skapar balans mellan kol i atmosfären och kol i växter och djur.

Spridning

Försurning av haven Försurning av marken och sjöar beror framförallt på sur nederbörd. Också haven försuras, men det beror på den ökande mängden koldioxid i atmosfären.

Jämvikt – När halten koldioxid ökar i luften, stiger halten koldioxid i vattnet lika mycket.

Ämnens egenskaper

Tid – Det fossila kolet tar slut. Det bildas mycket långsammare än vi förbrukar det.

Jämvikt – pH påverkar jämvikten för syror och baser. I basisk miljö är baser stabila, men i sur miljö förbrukas de.

206

Hållbar utveckling

Jämvikt – Vid kyla förskjuts jämvikten så att metan binds i marken, vid värme så att den hamnar i luften.

När korallreven dör, försvinner också alla andra djur och växter som lever vid reven.

Klimat och miljö

207

Ozonslagret

Plast

På 2–3 mils höjd i atmosfären ligger ozonlagret. Det fångar upp mycket av den farliga UV-strålningen från solen. Utan ozonlagret skulle det inte finnas något liv på land. Under den senare delen av 1900-talet upptäckte forskare att ozonlagret var så tunt nära Nordoch Sydpolen, att man talade om hål i ozonlagret.

Plast tillverkas av olja, och olja är en råvara som håller på att ta slut. Genom att återvinna plasten, kan oljan räcka längre. Det kräver också mindre energi att smälta om plasten än att tillverka ny.

Resurser

Ett problem inom återvinning av plaster är att sortera dem. Om konsumenten, alltså du och jag, sköter sorteringen blir det enklare. Tyvärr innehåller förpackningar ofta flera olika sorters plaster och det går inte att skilja dem åt. Om återvinningen är för besvärlig kan den bli energikrävande och medför kanske många och långa transporter. Ett alternativ till återvinning är då att förbränna plasten.

är energirika och kan därför

Boven i dramat var framförallt freonerna. Gaser som tidigare fanns i sprayburkar, kyl- och frysskåp. När sedan sprayburkarna töms och gamla kyl- och frysskåp hamnar på soptippen, läcker freonerna ut i atmosfären. Om freonerna stannar vid markytan gör de ingen skada. De är väldigt stabila föreningar och inte giftiga. Men freoner stannar inte vid marken. De stiger uppåt i atmosfären, ända upp till ozonlagret. Där sönderdelar de ozonmolekylerna till syre. Vanligt syre skyddar inte mot UV-strålningen från solen. Och utan ozon i atmosfären kan strålningen passera obehindrat och skada landlevande växter och djur.

Ämnens egenskaper – Plaster förbrännas.

Tid – Visserligen är plaster energi rika och borde därför kunna brytas ner. Men reaktionen kommer inte igång vid normala tempera-

Spridning

turer. Det tar därför lång tid för nedbrytning.

Ämnens egenskaper – Freoner sprids lätt eftersom de är luftburna ämnen. Freoner blir reaktiva

Sedan år 2000 är det i många länder förbjudet att använda freoner. De har ersatts av andra mindre farliga gaser. Förbudet har minskat halten ozonförstörande ämnen atmosfären och enligt de senaste mätningarna har också uttunningen av ozonlagret hejdats. Men det kan ta upp mot 100 år innan det är helt återbildat. Förbudet mot freoner är alltså ett bra exempel på hur man med kunskaper och modern teknik, kan skapa en hållbar utveckling.

Återvinning av avfall I Sverige återvinner vi plast, metall, glas, papper och matavfall. Det finns flera bra skäl för detta. Ett är att spara på naturresurserna, ett annat är att minska miljöförstöringen. Återvinning minskar miljöbelastningen. Miljöbelastningen för en produkt beror inte bara på det avfall som blir. Man måste också räkna in tillverkningen av produkten, hur mycket råvaror som förbrukas, hur mycket energi som krävs, om det släpps ut föroreningar etc. Det spelar också stor roll vilken livslängd produkten har, vad det kostar att ta hand om avfallet och om det blir några restprodukter som man kan återvinna. 208

Hållbar utveckling

ämnen i kombination med energin från UV-strålningen.

Tid – Freoner bryts ner långsamt, vilket gör att det tar lång tid för ozonhålet att återbildas.

Vi minskar vår egen miljöbelastning genom att exportera vårt avfall till Afrika och Asien.

Varje år vräks mer än 6,5 miljoner ton plast i havet, som bryts ner mycket långsamt. En vanlig plastmugg kan finnas kvar i 100 år.

Kan du?

Rätt eller fel?

1. Ge exempel på två växthusgaser.

a) Metan frigörs när permafrosten smälter.

Plaster är också ettuttrycket problem– hål omi det hamnar som avfall i naturen. 2. Vad innebär ozonlagret? b) Försurning orsakas av kolsyra i haven. De flesta är stabila ner mycket långsamt. 3. Ge plaster ett exempel på en ämnen effekt avoch denbryts globala c) Miljöbelastning för en produkt avgörs om uppvärmningen. den kan återvinnas eller inte. Haven är fulla med plastbitar som flyter omkring. Fiskar och fåglar Ge exempeli på tvåatt saker ska ta med omen man d) Det äter4.plastbitarna tron detman är mat, men dör plågsam död närkrävs mindre energi att göra ny plast ska ange vilken miljöbelastning en produkt har. än att återvinna gammal. magen förstoppas.

Klimat och miljö

209

Ozonslagret

Plast

Resurser

är energirika och kan därför

Ämnens egenskaper – Plaster förbrännas.

Tid – Visserligen är plaster energi rika och borde därför kunna brytas ner. Men reaktionen kommer inte igång vid normala tempera-

Spridning

turer. Det tar därför lång tid för nedbrytning.

Ämnens egenskaper – Freoner sprids lätt eftersom de är luftburna ämnen. Freoner blir reaktiva

Hållbar utveckling

ämnen i kombination med energin från UV-strålningen.

Tid – Freoner bryts ner långsamt, vilket gör att det tar lång tid för ozonhålet att återbildas.

Vi minskar vår egen miljöbelastning genom att exportera vårt avfall till Afrika och Asien.

Varje år vräks mer än 6,5 miljoner ton plast i havet, som bryts ner mycket långsamt. En vanlig plastmugg kan finnas kvar i 100 år.

Kan du?

Rätt eller fel?

1. Ge exempel på två växthusgaser.

a) Metan frigörs när permafrosten smälter.

Klimat och miljö

209

1 Kemins grunder Sid. 9

1. Kemister behövs för att ta fram nya material och läkemedel. Det behövs också kunniga kemister för att ta fram framtidens miljöanpassade energikällor och produkter. 2. Alkemisterna gjorde många kemiska upptäckter och framställde nya ämnen, men framförallt utvecklade de olika kemiska arbetsmetoder som vi fortfarande använder. 3. Ett naturvetenskapligt arbetssätt innebär att man formulerar hypoteser, gör experiment och jämför resultaten från experimenten med hypotesen. Stämmer resultatet överens med hypotesen, upprepar man försöket för att vara säker på att man alltid får samma resultat. Stämmer det inte, måste man söka felkällor eller ändra i hypotesen. 4. – • Rätt: a). Fel: b), c) och d). Sid. 13

1. All materia är uppbyggd av atomer. 2. En molekyl består av minst två atomer som är bundna till varandra. 3. Ett grundämne består ett slags atomer. Kemiska föreningar består av två eller flera olika slags atomer. 4. Alla grundämnen har ett kemiskt tecken. Kemiska föreningar kan skrivas genom att sätta samman de ingående ämnenas kemiska tecken till en kemisk formel. • Rätt: c) och d). Fel: a) och b). Sid. 17

1. Man kan undersöka smältpunkt, kokpunkt, färg, doft, fas vid rumstemperatur, om det leder ström, hårt eller mjukt, densitet, frätande, magnetiskt, leder värme … 2. De flesta ämnen kan finnas i fast fas, flytande fas och gasfas. 3. Vatten och matolja är båda flytande vid rumstemperatur. De har olika färg och densitet. Matolja kan brinna, inte vatten. • Rätt: a) och b). Fel: c) och d)

220

Facit

Sid. 23

Uppslaget 1a

Att separera ämnen

1. Ett rent ämne består av endast ett ämne. En blandning är flera slags ämnen. 2. En mättad lösning kan inte lösa mer. 3. Om man rör om eller värmer vätskan, löser sig sockerbiten snabbare. 4. Rostfritt stål, mässing, brons och nysilver är olika legeringar. • Rätt: a) och b). Fel: c) och d).

Kemi förr och nu

1. a) Lösa blandningen i vatten och filtrera. b) Indunsta eller destillera blandningen. c) Destillera blandningen. 2. Rent vatten för en kemist innehåller inga lösta ämnen och kallas destillerat vatten. 3. Färgämnenas molekyler är så små att de går igenom filtret.

Sid. 27

1. Man kan skilja sand från vatten genom att filtrera blandningen. 2. Ett filter släpper igenom små partiklar, medan större partiklar fastnar i filtret. 3. Man kan skilja salt från vatten genom en indunstning. 4. Destillerat vatten tillverkas genom att koka vatten till vattenånga. Sedan kyler man vattenångan till vatten. Detta vatten innehåller inte några föroreningar, de finns kvar i den ursprungliga lösningen. • Rätt: c) och d). Fel: a) och b). Sid. 29

1. En kemisk reaktion sker när två eller fler ämnen reagerar med varandra och det bildas nya ämnen. 2 Vid en fasförändring bildas inte några nya ämnen. Is och flytande vatten är båda vatten. Efter en kemisk reaktion finns inte de ursprungliga ämnena kvar. Kol som brinner i syre blir koldioxid. 3. En reaktionsformel beskriver vilka ämnen som deltar i en kemisk reaktion och vilka ämnen som bildas. 4. Begreppet ”ingenting försvinner” innebär att atomerna inte förstörs vid en kemisk reaktion, de byter bara plats och bildar på så vis nya ämnen. • Rätt: b) och d). Fel: a) och c). Sid. 31

1. För att det ska kunna brinna behövs bränsle, syre och värme. 2. Man kan släcka en eld genom att kyla den, kväva den eller ta bort bränslet. 3. Häller man vatten på brinnande matolja kan det stänka upp brinnande oljedroppar och elden kan sprida sig. 4. Det finns brandfarliga bensinångor vid bensinstationer och en glödande cigarett eller öppen eld kan orsaka en explosion. • Rätt: c) och d). Fel: a) och b).

1. Alkemisterna arbetade inte på ett vetenskapligt sätt som dagens kemister. 2. Experiment visar om hypoteser och modeller stämmer. Om resultaten från upprepade experiment inte stämmer med hypotesen, är hypotesen inte rätt. 3. Anteckningar är ett stöd för minnet. Med hjälp av sammanställningen av resultatet kan man dra slutsatser och upptäcka eventuella felkällor. 4. Du ska arbeta lugnt och metodiskt, följa säkerhetsföreskrifterna och föra noggranna anteckningar. Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar

1. JA: a), b), c), d), f), g) och h). NEJ: e). 2. Grundämne: a) och c). Kemisk förening: b) och d). Atom: c). Molekyl: a), b) och d). 3. a) två atomer, b) två atomer, c) en atom och d) tre atomer. 4. a) H, b) CO2 och c) 2O2 5. Bly ska bort. Li, O och C finns i period 2, Pb finns i period 6. Ämnens egenskaper

1. I flytande vatten kan vattenmolekylerna röra sig och glida runt varandra. 2. a) Stelnar 0 oC, b) Smälter 1 500 oC, c) Kokar 100 oC och d) kondenserar –196 oC. 3. a) kväve och syre, b) vatten, kvicksilver och klor, c) flytande och d) –34 oC. 4. 0,3 liter aluminium väger 0,81 kg, 1 liter vatten väger 1 kg, 0,5 liter bly väger 5,65 kg och 1 liter järn väger 7,9 kg. Rena ämnen och blandningar 1. a) grundämne i gasfas, b) grundämne i fast fas, c) blandning i gasfas, d) grundämne i gasfas, e) grundämne i flytande fas och f) kemisk förening i flytande fas. 2. Rena ämnen: b) och f). Blandningar: a), c), d) och e). 3. A: d), B: a) och C: c).

Ämnen kan förändras

A: smältning, B: kemisk reaktion, C: avdunstning och D: stelning. Det brinner

1. Det är värme som saknas. Genom att värma fotogenet eller öka avdunstningen med hjälp av en veke, kan man få fotogen att brinna. 2. Med stängda dörrar och fönster begränsar man syretillförseln.

Uppslaget 1b Beskriv och förklara

1. Kemi finns överallt, till och med när du läser denna text sker det kemiska reaktioner i dina ögon och hjärna. 2. En syreatom består av en ensam atom. En syremolekyl består av två syreatomer som sitter ihop. 3. Vid alla kemiska reaktioner bildas det nya ämnen med nya egenskaper. Vatten bildas vid en kemisk reaktion mellan väte och syre och har då andra egenskaper. 4. En hypotes kan vara att alla atomer inte är lika stora. Då kan de packa ihop sig tätare och blandningen får en mindre volym. 1 dl ris och 1 dl sand blir inte 2 dl. 5. Järn är en rödaktig metall som leder ström och värme. Järn är tungt, hårt och rostar. 6. En emulsion är en blandning av ämnen som normalt inte kan blanda sig med varandra, till exempel vatten och matolja. Genom att finfördela oljan kan man få oljedropparna att sväva i vattnet. 7. Mjölkförpackningen kyler den omgivande luften och då kondenserar vattenånga på förpackningen och bildar vattendroppar. 8. Kalla vätskor löser gaser bättre än varma vätskor. 9. Vattenmolekylerna ligger inte så tätt i is som i flytande vatten. Det ger isen en lägre densitet – täthet.

Facit

221

1 Kemins grunder Sid. 9

220

Facit

Sid. 23

Uppslaget 1a

Att separera ämnen

Kemi förr och nu

Sid. 27

Ämnen kan förändras

A: smältning, B: kemisk reaktion, C: avdunstning och D: stelning. Det brinner

Uppslaget 1b Beskriv och förklara

Facit

221

Kemi Direkt

anpassad till Lgr 11

Kemi Direkt har:

•

sex kapitel med välskrivna och berättande texter

•

en klar struktur och en modern form som passar alla elever

•

tydliga och konkreta kunskapsbeskrivningar i alla kapitel

•

Plussidor där elever kan fördjupa sig

•

Sammanfattning efter varje kapitel

•

Uppslaget med frågor, sökuppgifter, diskussionsfrågor, fördjupningar och laborationer som följer det centrala innehållet och kunskapskraven i Lgr 11, samt förbereder eleverna inför nationella prov

•

Facit med svar på frågorna i boken.

ISBN 978-91-622-9762-6

(523-2895-8)

MONA GIDHAGEN SVANTE ÅBERG

Kemi direkt

Kemi Direkt