KEMI 1 Magnus ehinger
Kapitel tre
DET PERIODISKA
SYSTEMET
ELEKTRON KONFIGURATIONER
58
BOR-, KOL- OCH KVÄVE 72 GRUPPERNA Borgruppen
72
Kolgruppen
75
Kvävegruppen
78
HUR DET PERIODISKA SYSTEMET ÄR UPPBYGGT ÄDELGASER
60 BLANDADE ÖVNINGS 62 UPPGIFTER
ALKALIMETALLER OCH HALOGENER
65
ALKALISKA JORDARTSMETALLER OCH SYREGRUPPEN
69
Alkaliska jordartsmetaller
69
Syregruppen
70
82
I början av 1800-talet la den engelske kemisten John Dalton fram övertygande bevis för att materia är uppbyggd av atomer (se kapitel 1), och började dessutom sätta samman en tabell med relativa atomvikter. I den tabellen jämförde han atomernas olika vikt med varandra, och ordnade dem efter ökande massa. Jöns Jacob Berzelius, ”den svenska kemins fader”, utökade tabellen till att omfatta alla de cirka 50 grundämnen som man dittills hade upptäckt. En annan engelsk kemist, John Newlands, la märke till att vissa egenskaper återkom hos vart åttonde ämne i tabellen, och jämförde det med musikens oktaver, där till exempel tonen C återkommer i var åttonde ton i skalan. Han försökte år 1865 publicera en tabell baserad på de här oktaverna, men hans kemistkolleger skrattade i princip ut honom. De menade att det var ungefär lika meningsfullt som att helt enkelt ordna grundämnena i bokstavsordning. Istället blev det den ryske kemisten Dimitrij Mendelejev som år 1869 blev den allra första att publicera ett användbart periodiskt system. Mendelejev försökte inte klämma in grundämnena i ”oktaver” som Newlands hade gjort, utan sorterade dem efter stigande atomvikt. Ämnen som hade egenskaper som liknade varandra satte han i samma grupp. På det sättet byggde han upp sitt allra första periodiska system. Idag ser ett modernt periodiskt system ut som på bilden på nästa uppslag.
Dmitrij Mendelejev (1834–1907).
Gallium har så låg smältpunkt att det smälter om man håller det i handen.
54
Det periodiska systemet
PERSPEKTIV PÅ KEMIN VARFÖR DET KAN VARA SMART ATT LÄMNA LUCKOR I SYSTEMET En bra vetenskaplig teori ska inte bara kunna förklara
natriumhydroxid. Det skulle ha en atommassa på
alla de data man hittills har samlat in. Den ska också
68 u och en densitet på 5,9 g/cm3.
kunna göra förutsägelser om framtiden. Nu handlar detta inte om spådomar av astrologisk
Mendelejev föreslog att detta ännu inte upptäckta grundämne skulle få namnet eka-aluminium. Det
typ eller att spå i kaffesump, utan en bra teori ska
blev dock en fransk kemist, Paul-Émile Lecoq de
kunna förutse framtida resultat av experiment. Det
Boisbaudran, som några år senare upptäckte det
kunde Mendelejevs periodiska system. Mendelejev
ämne som fattades. Han gav det namnet gallium för
lämnade luckor i sitt periodiska system, där han
att hedra sitt hemland Frankrike, som kallades för
insåg att det borde finnas grundämnen som ännu
Gallien av romarna.
inte upptäckts. När Mendelejev ordnade in ämnena i sitt system,
Det visade sig att Mendelejev hade nästan helt rätt i sina förutsägelser. Gallium är en metall
jämförde han bland annat deras densiteter och
med mycket låg smältpunkt, 30 °C, och reagerar
smältpunkter. Tack vare detta kunde han förutsäga
med saltsyra och natriumhydroxid, precis så som
att det ämne som saknades precis under aluminium
Mendelejevs system förutspådde. Dess atommassa
borde vara en metall med låg smältpunkt, och
är 69,7 u och dess densitet är 5,9 g/cm3, också det
som skulle kunna gå att lösa i både saltsyra och
nästan exakt som Mendelejev förutspådde.
Det periodiska systemet
55
DET PERIODISKA SYSTEMET Period
1 IA 1
1
1s
H
atomnr. →
±1
2 II A
väte
namn →
1,008
3
2
2s
Li
+1
4
Be
litium
3
3s
Na
12
4s 37
5
5s 55
6
6s 87
7
7s
K
Mg
20
Ca kalcium
40,08 +1
38
Sr
rubidium
strontium
85,47
87,62 +1
56
Ba
cesium
barium
132,91
137,33
Fr
3 III B
+1
88
Ra
francium
radium
223
226
+2
21
3d +2
+2
+2
5 VB
6 VI B
7 VII B
8 VIII B
9 VIII B
10 VIII B
6d
11 IB
22
Ti
+4,3,2
+5,2,3,4
23
V
+3,2,6
24
Cr
25 +2,3,4,6,7 26
Mn
Fe
+3,2
27
Co
+2,3
28
Ni
titan
vanadin
krom
mangan
järn
kobolt
nickel
47,87
50,94
52
54,94
55,85
58,93
58,69
Y
+3
40
+4
Zr
41
Nb
+5,3
42
+6,3,5
Mo
+7,4,6
43
Tc
+4,3,6,8
44
Ru
+3,4,6
45
Rh
46
Pd
+2,3
29
Cu
+
koppar
63,55 +2,4
47
Ag
yttrium
zirkonium
niob
molybden
teknetium
rutenium
rodium
palladium
silver
88,91
91,22
92,91
95,94
98
101,07
102,91
106,42
107,87
Lu
+3
72
+4
Hf
73
+5
Ta
74
W
+6,4
+7,4,6
75
Re
+4,6,8
76
Os
77
Ir
+4,3,6
78
Pt
+4,2
79
Au
+
lutetium
hafnium
tantal
volfram
rhenium
osmium
iridium
platina
guld
174,97
178,49
180,95
183,84
186,21
190,23
192,22
195,08
196,97
Lr
+3
104
105
Rf
106
Db
107
Sg
108
Bh
109
Hs
110
Mt
111
Ds
Rg
lawrencium
rutherfordium
dubnium
seaborgium
bohrium
hassium
meitnerium
darmstadtium
röntgenium
262
261
262
266
264
277
268
281
272
4f 89
5f
+3
44,96
103
57
Det periodiska systemet
4 IV B
skandium
71
5d
aktinider
Sc
39
4d
lantanider
56
← atommassa (avrundad)
24,31 +1
39,1
Cs
63,55
+2
kalium
Rb
koppar
+2
magnesium
22,99
4
+2,1 ← vanliga oxidationstillstånd
9,012 +1
natrium
19
Cu
beryllium
6,941
11
29
kemiskt tecken →
La
+3
58
Ce
+3,4
59
Pr
+3,4
60
Nd
+3
61
Pm
+3
62
Sm
+3,2
63
Eu
+3,2
64
Gd
+3
65
Tb
+
lantan
cerium
praseodym
neodym
prometium
samarium
europium
gadolinium
terbium
138,91
140,12
140,91
144,24
145
150,36
151,96
157,25
158,93
Ac
+3
90
Th
+4
91
Pa
+5,4
92
+6,3,4,5
U
93
+5,3,4,6
Np
94
+4,3,5,6
Pu
95
+3,4,5,6
Am
96
Cm
+3
97
Bk
+
aktinium
torium
protaktinium
uran
neptunium
plutonium
americium
curium
berkelium
227
232,04
231,04
238,03
237
239
243
247
247
18 VIII A
vanliga oxidationstillstånd
13 III A
14 IV A
15 VA
16 VI A
2
17 VII A
helium
atommassa (avrundad)
4,003
5
9 VIII B
10 VIII B
11 IB
3p
6
C
Fe
27
Co
+2,3
28
Ni
+2,3
29
Cu
+2,1
30
järn
kobolt
nickel
koppar
zink
58,93
58,69
63,55
65,41
+4,3,6,8
Ru
+3,4,6
45
Rh
46
Pd
+2,4
47
+1
Ag
+2
Zn
55,85
4
48
Cd
rodium
palladium
silver
kadmium
101,07
102,91
106,42
107,87
112,41
+4,6,8
Os
77
Ir
+4,3,6
78
Pt
+4,2
79
Au
+3,1
80
Hg
+2,1
osmium
iridium
platina
guld
kvicksilver
190,23
192,22
195,08
196,97
200,59
08
109
Hs
110
Mt
111
Ds
112
Rg
Cn
meitnerium
darmstadtium
röntgenium
copernicium
277
268
281
272
285
Sm
+3,2
63
Eu
+3,2
64
Gd
+3
65
Tb
+3,4
66
Dy
neon
19
20,18
+3
Al
±4
14
Si +4,2
Ge
67
Ho
arsenik
selen
brom
72,64
74,92
78,96
79,9
+3
In
50
+4,2
Sn
51
tellur
jod
xenon
127,6
126,9
131,29
+1,3
Tl
82
+2,4
Pb
83
Es
At
vismut
polonium
astat
208,98
209
210
114
ununtrium
115
Fl
116
Uup
flerovium
ununpentium
+3
68
Er
+3
69
+3
100
Fm
+3
Lv
livermorium
117
Uus
ununseptium
86
0
Rn radon
222
118
Uuo
ununoctium
292
Tm
+3,2
tulium
Cf
85
bly
168,93
Bk
+4,2
207,2
erbium
Cm
Po
tallium
167,26
Am
84
204,38
164,93
Pu
+3,5
Bi
0
Xe
antimon
holmium
99
83,8
54
121,76
162,5 +3
I
1,+5,7
tenn
dysprosium
98
Te
53
krypton
118,71
terbium +3,4
Sb
+4,6, 2
52
0
Kr
indium
158,93
97
+3,5
39,95
36
114,82
157,25 +3
Br
±1,+5
germanium
gadolinium
96
Se
35
69,72
151,96 +3,4,5,6
As
35,45
+4, 2,+6
34
Ar argon
gallium
europium
95
Cl
0
18
klor
32,07
±3,+5
33
150,36 +4,3,5,6
S
1
17
svavel
30,97
28,09
32
2
16
fosfor
samarium
4
P
kisel +3
Ga
3
15
0
Ne
fluor
289
+3
F
10
16
Uut
7p
1
syre
113
hassium
O
9
kväve
81
6p
2
14,01
49
5p
N
8
kol
31
+2
3
12,01
aluminium
4p
rutenium
6
2
+3,2
7
bor
26,98
6
±4
10,81
13
12 II B
+3
B
2p
8 VIII B
0
He
101
Md
70
Yb
+3,2
ytterbium +3,2
173,04
102
No
+2,3
plutonium
americium
curium
berkelium
californium
einsteinium
fermium
mendelevium
nobelium
239
243
247
247
251
252
257
258
259
Det periodiska systemet
57
ELEKTRON KONFIGURATIONER Mendelejev ordnade atomerna efter stigande atomvikt eftersom man på den tiden trodde att det var vikten som avgjorde vilken typ av grundämne det handlar om. Idag vet vi att det i själva är antalet protoner som avgör vilken typ av grundämne det är. Vilka kemiska och fysikaliska egenskaper grundämnet har bestäms dock till stor del av hur elektronerna är fördelade i de olika skalen runt atomkärnan. Det är detta som kallas för elektronkonfiguration. När Niels Bohr presenterade sin atommodell i början på 1900-talet kunde man börja förstå hur elektronerna är fördelade på de olika energinivåerna (skalen). Efterhand som det blir fler protoner i kärnan på grundämnena, så blir det också fler elektroner som ska fördelas på de olika skalen. Ju närmare kärnan elektronerna befinner sig, desto lägre energi har de, och desto stabilare är de. Därför fylls elektronskalen på med elektroner inifrån och ut.
Vi börjar med att titta på väteatomen, 1H. I sin allra enklaste form består den bara av en proton p+ och en elektron e–. För att få så låg energi som möjligt hamnar elektronen i K-skalet (närmast kärnan). Helium, 2He, har atomnummer 2, och därför också två protoner. I och med att där finns två protoner, finns det också två elektroner att fördela. Båda dessa får plats i K-skalet. Nu är det dock så att i K-skalet får det inte plats mer än två elektroner. Därför måste vi gå upp i L-skalet när vi kommer till nästa grundämne i ordningen, litium. I litium, 3Li, finns det tre protoner och alltså även tre elektroner. Två av dem hamnar i K-skalet och den tredje i L-skalet.
EXEMPEL 3.1 Ange elektronkonfigurationen för syre, 8O.
Lösning Eftersom syre har atomnummer 8 vet vi att den har 8p+ i kärnan. Därför har den också 8e– som ska fördelas på de olika skalen. I K-skalet, som är innerst, får det bara plats två elektroner. De kvarvarande sex elektronerna hamnar då i L-skalet. Syrets elektronkonfigura-
K
K
K L
tion blir då: 8p+
H
1 1
He
4 2
Li
7 3
Elektronkonfigurationerna för väte, helium och litium. Protonerna (röda) och neutronerna (vita) är samlade i atomkärnan och elektronerna i skalen närmast utanför.
58
Det periodiska systemet
K
L
2e–
6e–
Vid kemiska reaktioner byter ofta elektronerna i atomernas yttersta skal plats på olika sätt. Därför är de särskilt ”värdefulla” och viktiga för ämnets egenskaper. Elektronerna som befinner sig i det yttersta skalet kallas valenselektroner efter latinets valor = värde. Ju längre ut ett elektronskal är, desto ”större” är det, och desto fler elektroner får det plats i det. I tabellen nedan kan du se hur många elektroner som får plats i de olika skalen.
EXEMPEL 3.2 Ange elektronkonfigurationen för kalium, 19K.
Lösning Eftersom kalium har atomnummer 19, har den 19p+ och därmed också 19e- som ska fördelas på de olika skalen. Två av elektronerna hamnar i K-skalet och åtta i L-skalet. Man kan nu tänka sig att de
Skal nummer
1 (K)
2 (L)
3 (M)
n
resterande nio elektronerna skulle hamna i
Antal elektroner
2
8
18
2n2
M-skalet, men det får ju maximalt vara åtta elektroner i det skal som är ytterst. Därför
I det alla yttersta skalet kan det dock maximalt vara åtta elektroner, oavsett vilket skal det är (bortsett från K-skalet, där det bara får plats två elektroner). Åtta valenselektroner (eller två, för helium) är särskilt stabilt, och kallas för ädelgasstruktur. I kemiska reaktioner strävar atomerna ofta efter att ta upp eller avge elektroner så att de får ädelgasstruktur. Eftersom ädelgasstruktur ofta innebär åtta valenselektroner kallas det här ibland för oktettregeln.
kommer åtta av de sista nio elektronerna att hamna i M-skalet och den allra sista elektronen att hamna i N-skalet. Elektronkonfigurationen för 19K blir då: 19p+
K
L
M
N
2e–
8e–
8e–
1e–
ÖVA DIG PÅ ELEKTRONKONFIGURATIONER 3.1. Ange elektronkonfigurationen för följande atomslag: a) 7N b) 11Na c) 18Ar d) 20Ca 3.2. Hur många valenselektroner har de olika ämnena i fråga 1 ovan? 3.3. Vad innebär ädelgasstruktur?
Det periodiska systemet
59
HUR DET PERIODISKA SYSTEMET ÄR UPPBYGGT Mendelejev ordnade alla grundämnen efter vikt, och de ämnen som hade likartade egenskaper satte han i samma grupp. I ett modernt periodiskt system är grundämnena istället ordnade efter atomnummer. De egenskaper som Mendelejev använde för att gruppera ämnena var bland annat vilken typ av oxider de bildar, vilken densitet och vilken smältpunkt de har. Att de har likartade egenskaper beror på att de har samma antal valenselektroner. Därför har grundämnena i varje grupp lika många valenselektroner. Grupperna i det periodiska systemet är de lodräta kolumnerna. Huvudgrupperna är grupp 1–2 och grupp 13–18 (ofta benämns dessa också grupp 1A–2A samt grupp 3A–8A). Alla ämnena i grupp 1 (1A) har en valenselektron och i grupp 2 (2A) har de två valenselektroner. Ämnena som är i grupp 13–18 (3A–8A) har 3, 4, 5, 6, 7 respektive 8 valenselektroner. Enda undantaget är helium, som finns i grupp 18 (8A), men ändå bara har två valenselektroner.
60
Namn
Grupp
Antal valenselektroner
Alkalimetaller
1 (1A)
1
Alkaliska jordartsmetaller
2 (2A)
2
Borgruppen
13 (3A)
3
Kolgruppen
14 (4A)
4
Kvävegruppen
15 (5A)
5
Syregruppen
16 (6A)
6
Halogener
17 (7A)
7
Ädelgaser
18 (8A)
8
Det periodiska systemet
De grundämnen som finns i grupp 3–12 (3B–2B) kallas för övergångsmetaller. I de grupperna är elektronkonfigurationerna inte så enkla som i atomerna med lägre atomnummer. Det gör att många av övergångsmetallerna kan bilda olika typer av joner. En viktig övergångsmetall är järn, som är en av våra vanligaste vardagsmetaller. Även myntmetallerna koppar, silver och guld samt de andra ädelmetallerna är övergångsmetaller. De vågräta raderna i det periodiska systemet är det som kallas perioder. Det som kännetecknar ämnena i samma period är att de har lika många elektronskal. Det betyder att alla ämnena i den första perioden (väte och helium) har sina elektroner samlade i ett enda skal (K-skalet). I ämnena i den andra perioden (litium, beryllium, bor, kol, kväve, syre, fluor och neon) är elektronerna fördelade på de två första skalen (K- och L-skalet) och så vidare. Om vi följer ämnena i en period, kommer vi att lägga märke till några saker. För det första minskar metallkaraktären ju längre till höger vi kommer i en period. Som exempel kan vi ta period 2. I den har vi litium (Li) och beryllium (Be) längst till vänster, och båda är metaller. Sedan följer bor (B) som är en halvmetall, efter det kol (C), kväve (N), syre (O), fluor (F) och neon (Ne) som allihop är icke-metaller. Det är också så att atomerna blir mindre ju längre till höger man kommer i en period. De blir visserligen tyngre eftersom de har högre atomnummer, men det innebär också att de har fler protoner i kärnan. Fler positiva protoner men samma antal skal innebär att de negativa elektronerna dras tätare till kärnan. Därför minskar atomradien ju längre till höger man kommer i en period.
ÖVA DIG PÅ HUR DET PERIODISKA SYSTEMET ÄR UPPBYGGT 3.4. Vad kännetecknar ämnena i en och samma a) grupp? b) period? 3.5. Var i periodiska systemet hittar vi a) alkalimetallerna? b) de alkaliska jordartsmetallerna? c) halogenerna? 3.6. Vilka metaller brukar räknas till myntmetallerna? 3.7. Vilken av atomerna Na, Mg och Al har minst atomradie? 3.8. Vilken av jonerna och atomerna F–, Ne och Na+ har minst atomradie?
Det periodiska systemet
61
ÄDELGASER
18 VIII A 2
0
He helium
4,002602
10
Ne
0
neon
20,1797
18
0
Ar argon
39,948
36
Kr
0
krypton
83,798
54
Xe
0
xenon
131,293
86
Rn
0
radon
222
118
Uuo
ununoctium
294
62
Det periodiska systemet
Längst till höger i periodiska systemet, i grupp 18 (8A), hittar vi ädelgaserna. De kallas så eftersom de oftast påträffas i ren (ädel) form i naturen. Helium har två valenselektroner men alla de andra har åtta. Detta innebär att de har ädelgasstruktur. Ädelgasstrukturen är särskilt stabil, och därför reagerar ädel gaserna helst inte med något annat alls. Man säger att de är inerta eller reaktionströga. Det är därför de oftast förekommer i ren form i naturen. Gemensamt för alla ädelgaserna är också att de är luktlösa gaser med mycket låga smältpunkter. Därför används till exempel helium, He, som kylmedel eftersom det har en smältpunkt på -269 °C. Helium används förstås i ballonger också. Neon används i belysning (neonljus), och argon används
vid svetsning. Argonet blandas med svetsgasen, och tränger undan luftens syre så att det inte reagerar med metallen man håller på att svetsa. Radon är den största och tyngsta av ädelgaserna. Den är radioaktiv, vilket kan orsaka problem. När radon sönderfaller bildas positiva plutoniumjoner, och eftersom plutonium inte är någon gas, riskerar plutoniumjonerna att fastna i lungorna. Där kan de bidra till att orsaka lungcancer. Radon är en hälsorisk framför allt i hus som byggts på berggrund som innehåller uran eller radium, och framför allt för rökare.
Starka, klara neonljus är en del av stadsbilden i de flesta storstäder, som här i Tokyo, Japan.
ÖVA DIG PÅ ÄDELGASERNAS KEMI 3.9. Hur många valenselektroner har ädelgaserna? 3.10. Alla ädelgaserna är inerta. Vad innebär det? 3.11. Ge exempel på vad ädelgaserna kan användas till.
Svetsning med skyddande argongas pågår.
400 nm 450 nm 500 nm 550 nm 600 nm 650 nm 700 nm
Natrium (överst) ger en klart orangegul lågfärg medan litium (underst) ger en intensivt röd (”karminröd”) färg.
Linjespektrum för helium.
Det periodiska systemet
63
PERSPEKTIV PÅ KEMIN HUR HELIUM UPPTÄCKTES OCH FICK SITT NAMN När Niels Bohr analyserade vätets linjespektrum
solens korona, det hölje av heta gaser som omger
(se kapitel 2), så använde han sig av en teknik som
solen. I spektrumet som han tog upp, kunde han
Isaac Newton hade varit först med att utveckla och
se linjer som inte motsvarade något tidigare känt
använda ungefär 250 år tidigare: spektralanalys.
ämne. Slutsatsen blev att de kom från någon dittills
Newton hade nämligen förklarat hur ljuset delades
okänd gas. Denna gas fick namnet helium efter den
upp i ett prisma. Under 1800-talet utvecklade Joseph
grekiska solguden Helios.
von Fraunhofer tekniken så att den kunde användas
användbart för att förstå hur stjärnor är uppbyggda.
egenskaper.
Genom att analysera vilka våglängder som sänds ut
År 1868 inträffade en total solförmörkelse i
64
Spektralanalys har visat sig vara mycket
för att studera atomerna och deras fysikaliska
eller absorberas av stjärnor, kan man se precis vad
staden Guntur nära Indiens östkust. Tack vare att
de innehåller. Det är precis som på skolans laborato-
månen täckte hela solskivan, kunde den franska
rium, där du kan se vilka positiva joner som ger vilka
astronomen Pierre Janssen göra mätningar på
lågfärger, och därmed vilka joner det är i ett prov.
Det periodiska systemet
ALKALIMETALLER OCH HALOGENER
Vi kan också skriva reaktionen när en elektron avlägsnas från natriumatomen med elektronkonfigurationer: K +
11p
L –
2e
M –
8e
–
1e
K + energi →
natriumatom, Na
1 IA 1
±1
H väte
1,00794
3
Li
+1
litium
Alkalimetallerna hittar man längst till vänster i periodiska systemet, i grupp 1 (1A). Det betyder att de bara har en enda valenselektron. Som exempel kan vi ta litium, 3Li, och skriva dess elektronkonfiguration:
6,941
11
+1
Na
3p+
K
L
2e–
1e–
natrium
22,98977
19
K
+1
kalium
39,0983
37
Rb
+1
rubidium
85,4678
55
Cs
+1
cesium
132,90545
87
Fr francium
223
+1
När alkalimetallerna reagerar med andra ämnen, tillförs det så pass mycket energi att den yttersta elektronen släpper från atomen. Den mängd energi som måste tillföras för att lyfta bort elektronen helt och hållet kallas för joniseringsenergi. Atomen omvandlas då till en jon.
+
11p
L –
2e
M –
8e
0
+ e–
+
natriumjon, Na
När natriumatomen joniseras förlorar den för det första en negativ laddning i elektronen som lyfts bort. Den har dock fortfarande kvar 11 plusladdningar i kärnan, men bara 10 minusladdningar. Därför blir natriumjonen envärt positiv och vi skriver den Na+. Det andra som händer är att det nu blir L-skalet som blir det yttersta. Detta innehåller nu åtta elektroner, så natriumjonen har uppnått den stabila ädelgasstrukturen. Precis samma sak gäller för alla de andra alkalimetallerna. De släpper gärna ifrån sig sin enda valenselektron, uppnår ädelgasstruktur och blir envärt positiva joner. Det är inte någon stor mängd energi som behöver tillsättas för att ta bort den enda valenselektronen hos alkalimetallerna. Därför är alkalimetallerna mycket reaktiva. Det är också så att ju längre valenselektronen befinner sig från kärnan, desto mindre känner den av dragningskraften från kärnan, och desto mindre energi behövs för att avlägsna den. Därför stiger reaktiviteten ju längre ner i gruppen alkalimetaller vi rör oss, och francium, Fr, är den mest reaktiva av dem alla. Om natrium får reagera med klorgas bildas natriumklorid enligt nedanstående reaktionsformel 2Na + Cl2 → 2NaCl + energi För att kunna förstå vad som händer i den reaktionen måste vi först titta på halogenernas kemi.
Det periodiska systemet
65
När en natriumatom joniseras
M
tillförs så mycket energi att
L
en elektron lyfts bort helt och hållet från atomen. +
Natriumatomen har 11p i kärnan och därför också 11e–
L
K 2e–
8e–
1e–
K 2e–
11p+
11p+
Na + energi
Na+ + e–
8e– 1e–
som fördelas på K-, L- och M-skalen. M-skalet innehåller valenselektronen.
När natrium reagerar med vatten bildas vätgas (H2) och hydroxidjoner (OH–) enligt följande reaktionsformel:
När natrium får reagera med klorgas bildas natrium klorid, samtidigt som det frigörs mycket energi – det blir
2Na(s) + 2H2O → 2Na+(aq) + H2(g) + 2OH–.
helt enkelt mycket varmt, och lyser kraftigt. I toppen av E-kolven kan man se hur fast natriumklorid har deponerats
66
Hydroxidjonerna gör lösningen basisk, och eftersom det
kring mynningen, och en rök av natriumklorid stiger också
finns indikator (fenolftalein) i vattnet, färgas det rött.
ur kolven.
Det periodiska systemet
17 VII A 9
1
F fluor
18,9984032
17
1
Cl klor
35,453
35
Br
±1,+5
Halogenerna är de grundämnen som finns näst längst till höger i periodiska systemet, i grupp 17 (7A). När de reagerar med metaller bildas salt av olika slag. Det är därför de kallas halogener, av grekiskans ”saltbildare”. Alla halogener har sju valenselektroner, vilket vi kan se på till exempel elektronkonfigurationen för fluor, 9F:
brom
79,904
53
I
K
1,+5,7 +
9p
L –
2e
7e–
jod
När natrium reagerar med klor, tar kloratomen upp en elektron från natriumatomen. Kloratomen har 17p+ i kärnan, och därmed också 17e– som fördelar sig på de olika skalen på det sätt som visas i figuren på nästa sida. I L-skalet finns plats för ytterligare en elektron. När kloratomen tar upp en elektron får den 18e–. Eftersom det bara finns 17p+ i kärnan kommer den bildade kloridjonen att bli envärt negativ, och vi skriver den Cl–. Den mest reaktiva av alla halogenerna är fluor, F. Det beror på att ju närmare ett elektronskal är den positiva kärnan, desto lättare har den att ta upp en negativt laddad elektron. Det beror också på att ju närmare skalet är till kärnan, desto mer energi avger den när den tas upp. I fluor sitter valenselektronerna i det andra skalet, vilket gör att fluoratomen mycket lätt reagerar och tar upp en elektron. I exempelvis jod sitter valenselektronerna i det femte skalet, och därför tar jodatomen inte lika lätt upp en elektron som fluoratomen. Därför ökar reaktiviteten när vi rör oss uppåt bland halogenerna i periodiska systemet.
126,90447
85
At astat
210
117
Uus
ununseptium
293
Precis som alkalimetallerna är halogenerna mycket reaktiva. Därför är de också mycket giftiga. När en halogen reagerar tar den gärna upp en elektron. Eftersom den redan har sju valenselektroner, kommer den att få åtta om den tar upp en till. Då uppnår den ädelgasstruktur.
Det periodiska systemet
67
När en kloratom reagerar
M
med något annat tar den upp en elektron och får ädelgasstruktur.
K
L 8e– 2e–
17p+
Cl + e–
ÖVA DIG PÅ ALKALIMETALLERNAS OCH HALOGENERNAS KEMI 3.12. Ange elektronkonfigurationerna för följande jon- och atomslag: a) F– b) Ne c) Na+ 3.13. I ett försök gör man fyra reaktionsblandningar: a) Natrium sätts till fluorgas b) Natrium sätts till klorgas c) Kalium sätts till fluorgas d) Kalium sätts till klorgas I vilken av de fyra reaktionsblandningarna kommer reaktionen att vara häftigast?
68
Det periodiska systemet
M
L K
7e– 1e–
8e– 2e–
17p+
Cl– + energi
8e–
ALKALISKA JORDARTS METALLER OCH SYREGRUPPEN ALKALISKA JORDARTSMETALLER
2 II A 4
Be
+2
beryllium
9,012182
12
+2
Mg
magnesium
24,305
20
Ca
+2
kalcium
De grundämnen som finns i grupp 2 (2A) näst längst till vänster i det periodiska systemet kallas för alkaliska jordartsmetaller. Som du säkert redan har förstått har de alkaliska jordartsmetallerna två valenselektroner. Vi kan se det på till exempel elektronkonfigurationen för beryllium, 4Be:
alkalimetallerna gärna släpper ifrån sig elektroner, reagerar de häftigare ju längre från kärnan som valenselektronerna sitter. Därför ökar reaktiviteten neråt i gruppen, precis som för alkalimetallerna. Bland de alkaliska jordartsmetallerna är både magnesium och kalcium särskilt viktiga. Magnesium, eller rättare sagt magnesiumjonen Mg2+, är en essentiell beståndsdel i klorofyll. Klorofyllet är den gröna ”antenn” som växter har i sina blad och som samlar in energin i solljuset. Den energin använder växtens biokemiska maskineri till att bygga ihop socker av koldioxid och vatten i en process som kallas fotosyntes. I kroppen hittar vi kalcium framför allt i form av kalciumkarbonat, CaCO3, som är det som gör skelettet hårt. Det ingår också i skalen hos vattenlevande skaldjur och i kalksten. Kalkstenen har nämligen bildats genom att döda skaldjur fallit till havsbotten, där skalen under miljontals år och under hårt tryck pressats samman till kalksten. För länge sedan – i fotografins barndom – användes magnesiumpulver som ”blixt”, då magnesium brinner med kraftigt, vitt sken. Att bränna magnesiumband på kemilektionen hör också till ”klassikerna”. För att kunna förstå vad som händer måste vi dock först titta lite på syregruppen, och de ämnen som finns där.
40,078
38
Sr
K
+2 +
4p
strontium
L –
2e
2e–
87,62
56
Ba
+2
barium
137,327
88
Ra radium
226
+2
På samma sätt som alkalimetallerna, släpper de alkaliska jordarts metallerna gärna ifrån sig sina valens elektroner när de reagerar. De bildar då tvåvärt positiva joner. Eftersom
Det periodiska systemet
69
SYREGRUPPEN
När magnesium brinner är det dock luftens syrgas som det reagerar med. Vi har redan sett hur magnesiumatomen gärna släpper ifrån sig sina två elektroner. Det kan vi också skriva med elektron konfigurationer:
12p+
K
L
M
2e–
8e–
2e–
+ energi →
8
2
O syre
15,9994
16
I syregruppen har atomerna sex valenselektroner. Elektronkonfigurationen för svavel, 16S, får illustrera detta:
S svavel
32,065
34
16p+
K
L
M
2e–
8e–
6e–
+4, 2,+6
Se
selen
78,96
52
+4,6, 2
Te
tellur
127,6
84
Po
+4,2
polonium
209
116
Lv
livermorium
Svavel är i ren form ett gult, fast ämne som är olösligt i vatten. När du känner den distinkta stanken av ruttnande tång eller ruttna ägg är det doften av olika svavelföreningar du känner. Det beror på att svavel är en viktig beståndsdel i de allra flesta proteiner och när de bryts ner uppstår ett antal illaluktande föreningar.
L
M
2e–
8e–
0
Eftersom syre och alla de andra atomerna i syregruppen har sex valenselektroner, vill de gärna ta upp två elektroner för att uppnå ädelgasstruktur: 8p+
2
K
magnesiumjon, Mg2+
magnesiumatom, Mg
16 VI A
12p+
K
L
2e–
6e–
+ 2e- →
syreatom, O
8p+
K
L
2e–
8e–
+ energi
2-
oxidjon, O
Precis som med halogenerna ökar reaktiviteten ju högre upp vi kommer i syregruppen. Det beror på att ju närmare kärnan valenselektronerna sitter, desto mer energi frigörs när de tas upp, och desto lättare dras de till den positivt laddade kärnan. Eftersom magnesiumjonen, Mg2+, är tvåvärt positiv och oxidjonen, O2–, är tvåvärt negativ, kan en magnesiumjon och en oxidjon kombineras ihop och bilda magnesiumoxid, MgO. Vi kan skriva en ordformel för reaktionen som sker när magnesium förbränns i syrgas:
292
magnesium + syrgas → magnesiumoxid. Eftersom formeln för syrgas är O2 kan vi skriva reaktionsformeln med kemiska tecken också: 2Mg + O2 → 2MgO
70
Det periodiska systemet
+ 2e-
ÖVA DIG PÅ DE ALKALISKA JORDARTS METALLERNAS OCH SYREGRUPPENS KEMI 3.14. Ange elektronkonfigurationerna för följande jon- och atomslag:
Taj Mahal uppfördes i mitten på 1600-talet som ett mausoleum över mogulhärskaren Shah Jahans älsklingshustru Mumtaz Mahal. Det är helt klätt i marmor, en slags kalksten.
a) Ca b) Ca2+ c) Se d) Se2– 3.15. Varför är magnesium ett viktigt ämne för växterna? 3.16. Varför är kalcium ett viktigt ämne för ryggradsdjur? 3.17. Vilken laddning har joner av de alkaliska jordartsmetallerna? 3.18. Vilken laddning har joner av ämnen i syregruppen?
Det periodiska systemet
71
BOR-, KOL- OCH KVÄVEGRUPPERNA BORGRUPPEN
13 III A 5
+3
B bor
10,811
13
+3
Al
aluminium
26,981538
31
+3
Ga gallium
69,723
49
+3
In indium
114,818
81
Tl
+1,3
tallium
204,3833
113
Uut
ununtrium
284
72
Det periodiska systemet
I borgruppen är det bara bor, B, som inte är en metall. Bor är i själva verket en halvmetall, och alla de andra ämnena i borgruppen räknas som metaller. Aluminium är den mest använda metallen i borgruppen. Eftersom den har tre valenselektroner bildar den trevärt positiva joner, Al3+. Det är också i den formen som man hittar den i naturen, i mineralet bauxit. Att framställa aluminium ur bauxit är mycket energikrävande, varför det under lång tid var extremt dyrt. Det sägs till och med att Napoleon III hade tallrikar och bestick av aluminium som han bara bjöd de allra viktigaste gästerna att äta på. Att återvinna aluminium från aluminiumskrot, som till exempel
läskburkar, kräver inte alls lika mycket energi. Därför är det lönsamt ur både miljö- och energisynpunkt att återvinna så många burkar som möjligt. Aluminium hittar man på kolossalt många ställen i dagens samhälle, och det används till allt från förpackningar till konstruktions- och byggnadsmaterial. Anledningen är att aluminium är mycket lätt att bearbeta, det är en god värmeledare och dessutom är det både lätt och starkt. När aluminium kommer i kontakt med luftens syrgas reagerar det omedelbart och det bildas aluminiumoxid, Al2O3. Aluminiumoxiden är mycket hård, och bildar ett tätt, skyddande oxidskikt, som gör att aluminiumet under oxidskiktet inte reagerar vidare. Oxidskiktet är inte mer än ungefär 0,00001 mm tjockt, men det räcker för att till exempel ett flygplan byggt av aluminium inte ska gå sönder mitt under flygningen.
Ölburkar i naturen bidrar inte bara till nedskräpningen, utan också till att man slösar med dyrbar energi.
I ett stort passagerarflygplan som Airbus A380 är stora delar av kroppen och vingarna byggda av aluminium och aluminiumhaltiga material.
Safirer och rubiner består till allra största delen av aluminiumoxid. Färgen kommer från andra metalljoner som inneslutits i mineralet.
LED-lampor lyser med klart, vitt ljus.
Det periodiska systemet
73
PERSPEKTIV PÅ KEMIN FRÅN LYSANDE IDÉ TILL NOBELPRIS I en glödlampa sitter det en metalltråd av volfram.
från mikroskopet gjorde de alltså sitt material ännu
När en elektrisk ström skickas genom den börjar den
effektivare, och år 1992 kunde de presentera sin
glöda, och sprider på så vis ljus över vår tillvaro. Men
allra första, starkt blått lysande diod.
glödlampor har den nackdelen att det bara är en liten del av energin som omvandlas till ljus – det allra
behandla galliumnitriden än att skicka en elek-
mesta blir bara värme.
tronstråle på den. Han värmde helt enkelt upp den,
I en lysdiod (LED) utvecklas inte alls lika mycket värme, så man får ut mycket mer ljus för samma mängd energi som i en glödlampa. Det tog dock lång
och kunde också förklara vad det var som gjorde materialet effektivare. Både Nakamura å ena sidan, och Akasaki och
tid innan man lyckades framställa LED-lampor. Röda
Amano å den andra, utvecklade varsin blå laser.
och gröna lysdioder är relativt enkla att tillverka,
Denna ligger till grund för bland annat lasern i Blue-
men för att få ett bra, vitt ljus behövs också den blåa
ray-spelare och förbättrade laserskrivare.
färgen. Och att göra en blå lysdiod visade sig vara en ovanligt svår nöt att knäcka. Tre japanska forskare, Isamu Akasaki, Hiroshi
I sitt testamente skrev Alfred Nobel att hans kapital skulle förvaltas i säkra fonder, och räntan från dem skulle delas ut som ”prisbelöning åt dem som
Amano och Shuji Nakamura, visade sig dock ha
under det förlupna året hafva gjort menskligheten
två saker som kännetecknar riktigt framgångsrika
den största nytta”. Ungefär en fjärdedel av världens
forskare. De hade en bra idé och ett enastående
energiförbrukning går åt till att lysa upp våra hem,
tålamod – eller kanske man ska säga envishet.
och att spara energi är nödvändigt för ett hållbart
Idén var att använda galliumnitrid, GaN, för att
74
Nakamura fann ett billigare och enklare sätt att
samhälle. Akasakis, Amanos och Nakamuras uppfin-
tillverka det blåa ljuset. Men det krävdes tusentals
ning bidrar till energibesparingar och dessutom till
försök innan de 1986 lyckades tillverka kristaller av
att ännu fler kan få ljus i sina hem, och därigenom
galliumnitrid som hade tillräckligt hög kvalité för att
ges fler möjlighet att läsa och lära i lampans sken
kunna användas. Dessutom behövdes en hel del tur
– något som absolut måste ses som nyttigt för
också. När Akasaki och Amano undersökte sitt mate-
mänskligheten. Därför är det helt rätt att dessa tre
rial i svepelektronmikroskop såg de att deras material
japanska forskare och uppfinnare belönades med
lyste ännu starkare. Med hjälp av elektronstrålen
nobelpriset i fysik 2014.
Det periodiska systemet
KOLGRUPPEN
14 IV A 6
±4
C kol
12,0107
14
±4
Si kisel
28,0855
32
Ge 72,64
Sn
+4,2
tenn
118,71
82
Pb
+2,4
bly
207,2
114
Fl
flerovium
289
Tack vare kolatomens förmåga att binda till andra atomer i långa kedjor, kan mycket komplexa strukturer bildas. I den här bilden visas en modell av en adeninmolekyl, som är en viktig beståndsdel i DNA – arvsmassan i våra celler. Det är därför kolets kemi brukar kallas för organisk kemi.
+4,2
germanium
50
I kolgruppen är det särskilt tydligt hur metallkaraktären ökar ju längre ner man kommer i gruppen. Kol (C) är en icke-metall, medan kisel (Si) och germanium (Ge) är halvmetaller. Tenn (Sn) och bly (Pb) allra längst ner i gruppen är metaller. Kol med sina fyra valenselektroner bildar helst inga joner alls. Istället kan en kolatom binda till exempelvis andra kolatomer och bilda långa kedjor av kol. Detta gör att kolatomen kan användas till att bygga upp mycket stora och mycket komplexa strukturer. Det är precis vad som krävs för att kunna bygga allt det som behövs i en cell, och anledningen till att kol ingår i allt levande på jorden.
Den här vackra laxen är gjord i glasbruket i Orrefors. Såvitt vi vet är detta det närmaste man kan komma organismer av kisel idag.
Det periodiska systemet
75
Brytning av blymalm vid Mississippi-floden 1865.
Det har spekulerats i att även kisel, Si, skulle kunna användas som ”byggnadsmaterial” för levande organismer, men så ser det i alla fall inte ut på vår jord. Kisel är dock mycket vanligt förekommande, och är det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan. Allra vanligast är syre, som tillsammans med kisel bildar kiseldioxid, SiO2. Mineralet kvarts består till stora delar av kiseldioxid. Kisel används idag främst till två saker: glas och elektronik. Kvartssand består av nästan helt ren kiseldioxid, och smälts och gjuts eller blåses till glas. I elektronikindustrin används kisel, som är en halv ledare, till att tillverka transistorer. En transistor är den grundläggande enheten i ett datorchip, eftersom
76
Det periodiska systemet
det kan fungera som en slags strömbrytare, och antingen leda ström (vilket motsvarar en etta) eller inte göra det (vilket motsvarar en nolla). Tenn, Sn, är en metall som idag huvudsakligen används till att skydda andra metaller mot korrosion. Till exempel kan man förse konservburkar av järn med ett lager av tenn så att de inte rostar. Bly, Pb, har utvunnits ur gruvor ända sedan romartiden omkring vår tideräknings början. Idag används bly till exempelvis gevärskulor och lödtenn. Blyets höga densitet gör att det är lämpligt som skydd mot radioaktiv strålning, men också som ballast i segelbåtar.
Bly är en mycket giftig tungmetall som skadar både nervsystem och njurar. Det hämmar också tillverkning av hemoglobin, vilket gör att blodet inte kan transportera syre ordentligt och kan leda till blodbrist. Alla blyförgiftningar är därför mycket allvarliga, och kan ge bestående skador eller i värsta fall leda till att man dör. Detta visste dock inte de antika romarna, så de drog både vattenledningar av bly och rekommenderade att vin skulle förvaras i blybehållare för att få den rätta sötman. En del historiker påstår att det här kan ha bidragit till romarrikets fall i slutet på 300-talet. Klart är i alla fall att det engelska ordet för rörmokare – plumber – kommer just av att vattenledningarna var tillverkade av bly (latin, plumbum) för att de var så lätta att böja till. Under lång tid använde man också bly som oktanhöjande tillsats i bensin. På grund av att bly är så giftigt började man dock fasa ut ”blyad” bensin under 1970-talet och numera går det inte längre att få tag i bensin med tillsats av bly.
Om man inte vill drabbas av blyförgiftning, bör man inte dricka vin som förvarats i kristallkaraffer alltför ofta. Dessa innehåller nämligen stora mängder bly.
Trots att man inte kan köpa ”blyad” bensin längre, står det fortfarande ”Unleaded fuel only” under tanklocket på de flesta bilar.
Det periodiska systemet
77
KVÄVEGRUPPEN
15 VA 7
3
N kväve
14,0067
15
3
P fosfor
30,973761
33
±3,+5
As
arsenik
74,9216
51
Sb
+3,5
antimon
Atomerna i kvävegruppen har fem valenselektroner. Såväl kväve och fosfor som arsenik kan ta upp tre elektroner för att bilda nitridjoner, N3–, fosfidjoner, P3–, och arsenidjoner, As3–. Precis som i syregruppen ökar metallkaraktären ju längre ner vi kommer i kvävegruppen. Kväve (N) och fosfor (P) är ickemetaller medan arsenik (As) och antimon (Sb) är halvmetaller och vismut (Bi) är en metall.
Det finns också bakterier som kan fixera kväve direkt ur luften och bilda ammoniumjoner, NH4+. Sådana kvävefixerande bakterier lever i rotknölar hos ärtväxter, till exempel klöver. Kväve är en viktig beståndsdel i både proteiner och i cellens arvsmassa (DNA och RNA). Därför är kvävefixeringen en mycket viktig process för livet på jorden. Levande organismer behöver också fosfor i form av fosfatjoner, PO43–, för att kunna bygga upp sin arvsmassa. Ren fosfor förekommer i olika varianter, där röd och vit fosfor är de vanligaste. Vit fosfor var den typ av fosfor som Hennig Brand upptäckte år 1669 (se kapitel 1). Den föreligger i molekyler om fyra fosforatomer, P4, som sitter bundna till varandra i en pyramidstruktur.
121,76
83
Bi
+3,5
vismut
208,98038
115
Uup
ununpentium
288
78
Det periodiska systemet
Den allra största delen av luften vi andas består av kvävgas, N2. Bindningen mellan två kväveatomer är mycket stark, och kvävgas är i princip inert. Under höga temperaturer, som till exempel vid förbränningar eller blixtnedslag, kan dock kvävet reagera med syrgas och bilda kväveoxider. Dessa är giftiga, men kan reagera vidare och bilda nitratjoner, NO3–, som är en viktig källa till kväve för växter.
I vit fosfor sitter fosforatomerna bundna i fosformolekyler, P4, fyra och fyra i en pyramidstruktur.
Vanliga tändstickor (”säkerhetständstickor”) tänds genom att man stryker dem på tändsticksaskens plån, som innehåller röd fosfor.
Vit fosfor är mycket reaktivt och därför också giftigt. När Hennig Brand upptäckte det såg han att det avgav ett svagt, grönaktigt ljussken. Det berodde på att den vita fosforn reagerade med luftens syre. På grund av reaktionen med syre kan den vita fosforn självantända och reagera kraftigt med luftens syre. Då bildas först en rök av fosforpentoxid och sedan fosforsyra när fosforpentoxiden reagerar med vattenångan i luften: P4(s) + 5O2(g) → 2P2O5(s) P2O5(s) + 3H2O → 2H3PO4(aq) I den röda fosforn är inte fosforatomerna bundna till varandra på samma sätt som i vit fosfor. Istället för att vara bundna till varandra fyra och fyra, sitter fosforatomerna bundna till varandra i stora sjok. Detta gör den röda fosforn mycket mer stabil än den vita, även om den fortfarande är reaktiv. Röd fosfor ingår i
plånet på tändsticksaskar. I tändstickans huvud finns det bland annat kaliumklorat, KClO3(s), som mycket lätt antänds när man stryker tändstickan mot plånet. I december 2010 meddelade en forskargrupp under visst buller och bång att de hittat en organism som kunde använda arsenatjoner, AsO43–, istället för fosfatjoner i sin arvsmassa. Det skulle i så fall vara en fantastiskt intressant företeelse, eftersom det skulle kunna vidga vårt begrepp av ”liv”, och underlätta sökandet efter liv på andra ställen i universum. Här visade sig nu den vetenskapliga metoden från sin allra bästa sida. Istället för att bara acceptera eller förkasta hypotesen om arsenikbaserat liv, klev andra forskare in och försökte upprepa forskarnas resultat. Det lyckades inte, utan istället kunde de visa att den bakterie man funnit bara var bra på att uthärda arsenatjoner – den kunde inte använda dem.
Det periodiska systemet
79
ÖVA DIG PÅ BOR-, KOL- OCH KVÄVEGRUPPERNAS KEMI 3.19. Ange elektronkonfigurationen för följande atomslag: a) 5B b) 6C c) 7N 3.20. Hur förändras ämnenas karaktär när vi rör oss nedåt i bor-, kol- och kvävegrupperna? 3.21. Varför används aluminiummetall till så mycket i dagens samhälle? 3.22. Varför är det viktigt att återvinna aluminiummetall? 3.23. Varför kallas kolets kemi ofta för ”organisk” kemi? 3.24. Ge exempel på vad följande grundämnen används till i dagens samhälle: a) Kisel b) Tenn c) Bly 3.25. Vad är det som gör bly så giftigt? 3.26. Vilka av ämnena i kvävegruppen är icke-metaller, halvmetaller och metaller? 3.27. Vad behöver levande organismer kväve till? 3.28. Varför kan de flesta organismer inte använda kvävgas, N2(g), som kvävekälla? 3.29. Vad behöver levande organismer kväve till? 3.30. Vad används röd fosfor till?
80
Det periodiska systemet
En pojke dricker vatten som pumpas upp från en brunn i Bangladesh.
PERSPEKTIV PÅ KEMIN MEDICINSK GEOLOGI – ETT NYTT FORSKNINGSOMRÅDE Hur berggrunden vi slagit ner våra bopålar i ser ut,
dricksvattnet lägre än normalt, vilket skulle kunna
och vilka metaller som finns i den, kan påverka oss
förklara varför typ 1-diabetes är vanligare där än på
mer än vad man kanske tidigare trodde. Medicinsk
andra ställen.
geologi har vuxit fram de senaste 20 åren, och kan
I deltat där floden Ganges rinner ut i Bengaliska
sägas vara vetenskapen om hur hälsan påverkas av
viken är också arsenikhalterna skadligt höga. I det
geologiska faktorer.
området har befolkningen länge använt grunda,
Ett exempel som redan har nämnts är radon i
handgrävda brunnar för att få tillgång till vatten.
berggrunden, och hur det kan bidra till lungcancer.
Men med en ökande befolkning och ökande behov
Men det finns många fler exempel, både från Sverige
har man borrat djupare brunnar för att kunna ta upp
och från resten av världen.
mera vatten. Eftersom arsenikhalten i detta vatten
Man vet att zink är nödvändigt för immunsyste-
är mycket högre än normalt, har hundratusentals
mets funktion, och för att kroppens insulinproduktion
människor i Bangladesh och Bengalen i Indien
ska fungera. I vissa delar av Sverige är halten zink i
drabbats av arsenikförgiftning.
Det periodiska systemet
81
BLANDADE ÖVNINGSUPPGIFTER
3.35. Vilka av följande påståenden om jonen korrekta?
34 16
a) Den har atommassan 34u. b) Den är mindre än jonen Cl–.
3.31. För vilket av grundämnena Na, Mg och Al är joniseringsenergin (för den första elektronen) störst?
c) Den har lika många elektroner som jonen Cl–.
3.32. Ge ett exempel på och skriv den kemiska formeln för en gasformig icke-metall.
e) Den har 18 protoner i sin atomkärna.
3.33. Vilka av följande grundämnen är flytande vid 25 °C (och normalt tryck)? a) Fluor b) Klor c) Brom d) Jod e) Astat f) Gallium g) Kvicksilver 3.34. Vilka av grundämnena i fråga 3.34 ovan är fasta vid 25 °C (och normalt tryck)?
S 2− är
d) Den har 18 neutroner i sin atomkärna.
f) Den har atomnummer 16. 3.36. Vilka atomer i paren nedan har den största diametern? a) Li – Be b) Na – Mg c) Ar – K d) Ba – Tl 3.37. Vilken av de fyra nedanstående reaktionerna kommer att gå långsammast? a) 2Rb + F2 → 2RbF b) 2Rb + I2 → 2RbI c) Sr + F2 → SrF2 d) Sr + I2 → SrI2 3.38. Ett grundämne har följande elektronkonfiguration: 2, 8, 8, 1. a) Vilket är grundämnet? b) Vad heter den grupp som grundämnet ifråga hör till?
82
Det periodiska systemet
3.39. De alkaliska jordartsmetallerna reagerar med vatten på samma sätt som alkalimetaller. a) Vilken av de alkaliska jordartsmetallerna reagerar långsammast med vatten? b) Skriv en ordformel för reaktionen mellan vatten och metallen i fråga a). c) Skriv en balanserad reaktionsformel för reaktionen mellan vatten och metallen i fråga a). 3.40. Vilket av grundämnena brom och jod är mest reaktivt? Motivera ditt svar. 3.41. Vilket av ämnena nedan svarar inte mot grundämnenas plats i det periodiska systemet? a) Rb2S
3.42. Vilka två av följande ämnen kan antas ha ungefär samma kemiska egenskaper som kalcium? Motivera ditt svar. a) Ar b) Ba c) Kr d) Ne e) O f) Se g) S h) Sr 3.43. Vilket av följande atom- och jonslag har flest antal elektroner?
b) SeO2
a) N3–
c) AlBr3
b) F–
d) BaO
c) Na
e) SrF2
d) Al3+ e) O2– f) Pi g) Mg2+
Det periodiska systemet
83
Kemi 1 är en lärobok för den första kemikursen på gymnasiets naturvetenskapliga och tekniska program. Den bygger helt på skolverkets kursplan i kemi 1, vilket innebär att den startar i atommodellen och slutar i modern elektrokemi. Den innehåller en mängd exempel från kemins historia som sätter både kemins betydelse för samhällsutvecklingen och inte minst de kvinnliga kemisternas betydelse för kemin i rätt perspektiv. Boken har en ton som talar direkt till eleverna, och de delar som ofta betraktas som lite svårare (till exempel molberäkningar och elektrokemi) förklaras enkelt och sakligt. Det gör att boken kan användas både till egna studier och till lärarledda lektioner. Den bärande pedagogiska idén i boken är att den ska kunna användas tillsammans med flippat klassrum, med exempelvis videogenomgångar på nätet.
www.naforlag.se