9789147106707 by Smakprov Media AB

SPEKTRUM KEMI ingår i en serie naturvetenskapliga böcker för grundskolans årskurs 7-9. I serien ﬁnns även Spektrum Biologi och Spektrum Fysik. I den här fjärde upplagan hittar du: • • • • • • • •

SPEKTRUM

Centralt innehåll i linje med Lgr 11 Kapitelingresser som lyfter fram kursplanens förmågor Målbeskrivningar Perspektiv som uppmuntrar till värdering och ställningstagande Testa dig själv-frågor med begreppsträning Faktarutor med olika teman Sammanfattningar till varje kapitel Finaler som ger träning inför ämnesproven

KEMI

I varje ämne ﬁnns en Grundbok, en Lightbok och en lärarhandledning. Ligthboken är parallell med grundboken och kan användas av elever som vill ha en lättare kurs med mindre textmängd. Böckerna ﬁnns även som Onlineböcker.

KEMI

Best.nr 47-10670-7 Tryck.nr 47-10670-7

Folke Nettelblad Karin Nettelblad

Repro 8_Omslag-Kemi-Grundbok_Spektrum.indd 1

2013-04-26 07.11

KEMI GRUNDBOK

Folke Nettelblad Karin Nettelblad

LIBER

001-049 Kap 1 Spektrum Kemi.indd 1

2013-04-24 15.12

ISBN 978-91-47-10670-7 © 2013 Folke Nettelblad, Karin Nettelblad och Liber AB Redaktion: Sara Ramsfeldt Formgivare: Lotta Rennéus, Eva Jerkeman Bildredaktör: Nadia Boutani Werner Teckningar: Typoform, Anders Nyberg Produktion: Adam Dahl Fjärde upplagan 1 Repro: Repro 8 AB, Stockholm Tryck: Kina 2013

KO P I E R I N G S FÖ R B U D Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och elevers rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningssamordnare, t.ex. kommuner och universitet. Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straff (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material. Såväl analog som digital kopiering regleras i BONUS-avtalet. Läs mer på www.bonuspresskopia.se. Liber AB, 113 98 Stockholm Tfn 08-690 92 00 www.liber.se kundservice tfn 08-690 93 30, fax 08-690 93 01 e-post: kundservice.liber@liber.se

001-049 Kap 1 Spektrum Kemi.indd 2

2013-04-24 15.12

Bildförteckning akg-images/Scanpix 374 Alexander, Bryan/Tiofoto/Nordicphotos 88 Alfa Laval 36 Andersson, Mikael/Mira/Nordicphotos 156 Andersson, R./Tiofoto/Nordicphotos 321 Andersson, Sören/Scanpix 87 AP Photo/Scanpix 368 APHM-GARO/Phanie/IBL Bildbyrå 357 Arndt, Jochen/Nonstock/Scanpix 211 Arnold, Andreas/Getty Images 224 Asselin, Olivier/Alamy 318 AstraZeneca 226 BASF 366 Benton, Randall/Sacramento Bee/MCT/Getty Images 57 Bernados/Westend61/IBL Bildbyrå 315(7) Bettmann/CORBIS/Scanpix 329, 345 Bhatt, Priti/Getty Images 66 Bi, Haibo/Vetta/Getty Images 255 Blumenfeld, David/Nobel Media 2011 42 Blutsaft 213(2) Boisvieux, Christophe/IBL Bildbyrå 33 Boutani Werner, Nadia/Liber arkiv 187(2) Brent, Martin/VisitBritain/Getty Images 7(2) Broborn, Lennart/Naturfotograferna/IBL Bildbyrå 264 Brooks, B./Pressens Bild/Scanpix 37 Brown, Paul/Rex Features/IBL Bildbyrå 320 Callista Images/IBL Bildbyrå 272(1) Camera Press/Scanpix 350 Capelle, Etienne/Getty Images 13(2) China Photos/Getty Images 67(1), 84 ChinaFotoPress/Getty Images 50 Chmura, Frank/Tiofoto/Nordicphotos 231 Clevestam, Dick/Naturbild/Johnér 158 Collsiöö, Jan/Scanpix 118 Copson, Alan/The Travel Library/Rex Features/IBL Bildbyrå 316 Creary, Ryan/IBL Bildbyrå 24 Davidson, John E./Photographer’s Choice/Getty Images 12 Deimagine/Getty Images 186 Demange, Francis/Gamma/IBL Bildbyrå 26(2) Devlin, Anthony/Pa Photos/Scanpix 304 Dugied, Christophe/Marie Claire/Scanpix 288 Ekegren, Robert/Scanpix 149(2), 163(3) Ekströmer, Jonas/Scanpix 370 Eliasson, Pär/IBL Bildbyrå 128(2) Elliot, Elliot/Johnér 245(1) Eriksson, Per-Olov/Naturfotograferna/IBL Bildbyrå 322 Erixon, H./Tiofoto/Nordicphotos 235(1), 248(2) Esolla/Getty Images 93 Farnsworth, Alexander/Scanpix 73 Farrall, Don/Photodisc/Getty Images 325(2) Felix, Paul/Getty Images 317 Fleet, Paul/YAY Micro/IBL Bildbyrå 249(2) Frey, George/Bloomberg/Getty Images 166 Liber arkiv 133 Gamma/IBL Bildbyrå 270 Goodyear 294 Gow, Jessica/Scanpix 152, 280 Grahn, Jan/Naturfotograferna/IBL Bildbyrå 27 Granefelt, Lena/Johnér 245(2) Greenpeace/Handout/Scanpix 341(2) Greune, Jan/LOOK/IBL Bildbyrå 63 Gustafsson, Jeppe/Scanpix 244, 283 Gusto/Science Photo Library/IBL Bildbyrå 106(2) Gutterez, S./IBL Bildbyrå 293 Haid, Rolf/DPA/IBL Bildbyrå 248(1) Hal Bergman Photography/Getty Images 254 Hammarskiöld, Hans/Tiofoto/Nordicphotos 175 Hanno, Johanna/Scanpix Bildhuset 78(1), 121(1), 155(1), 216(1), 312(1), 362(1) Harding, Michael/Arcaid/Corbis/Scanpix 250 Harmel, Mark/Photo Researchersy/IBL Bildbyrå 359(1) Hedberg, Bengt/Naturbild/Johnér 85(2) Hederer Bell, Victoria/Getty Images 51(2) Heller, Eric/Science Photo Library/IBL Bildbyrå 42 Hodgson, Ross/Rex Features/IBL Bildbyrå 151 Höjer, Rolf/Scanpix 171(2)

364-392 Kap 14 Spektrum Kemi.indd 388

Image Asset Management/IBL Bildbyrå 117 Innerspace Imaging/Sience Photo Library/IBL Bildbyrå 303(1) Inouye, Itsuo/AP Photo/Scanpix 58 Jansson, Leif R./Scanpix 157(2) Jennersten, Ola/Naturfotografern /IBL Bildbyrå 115 Johnson, Ben/Science Photo Library/IBL Bildbyrå 194(1) Jones, Huw/Getty Images 126(1) Jungblut, Jonas/Getty Images 54 Jupiterimages/Getty Images 327 Kage-Mikrofotografie/IBL Bildbyrå 354 Karolinska Institutet 105 Kersey, Brian/UPI/Eyevine / IBL Bildbyrå 326 Kindersley, Dorling/Getty Images 127(2), 139(1) Klercker, Annika af/XP/Scanpix 123(2) Kockums 333 Larrea, Javier/age fotostock/IBL Bildbyrå 364 Larsson, K.A. 125, 128(3) ©LEGO 9(1) Leigh, Martin/Getty Images 81(1) Lemberg, Jonas/Scanpix 104 Leonardsson, Patrik/Naturfotograferna/IBL Bildbyrå 258 Lessing, Erich/IBL Bildbyrå 41 Lewis, Winky/Getty Images 279(2) Liber arkiv 55 , 391(2) Linderheim, Alf/Naturfotograferna/IBL Bildbyrå 252 Lindkvist, Jonas/DN/Scanpix 225 Longcore, B./Tiofoto/Nordicphotos 202(2) Lorentzen, Denny/Scanpix 359(2) Lukasseck, Frank/Corbis/Scanpix 19 Lundahl, Pontus/Scanpix 163(2), 193, 292 Lundborg, Beatrice/DN/Scanpix 165 Lundin, Ulf/Scanpix Bildhuset 31 Malmqvist, T./Myra Bildbyrå 89 Maloy, Marcy/Photodisc/Getty Images 103(1) Martinez, Andrew J./Science Source/IBL Bildbyrå 315(6) Mary Evans Photo Library/IBL Bildbyrå 227(2) Maslennikov, André/IBL Bildbyrå 251, 265 Maslennikov, André/Scanpix 69(1) McPhoto/IBL Bildbyrå 81(2) Megna, R/Tiofoto/Nordicphotos 128(1) Michael Dodge/Getty Images 204 MoDo Papper AB 287(1-3) Montgomery, Henrik/Scanpix 164 Morgan, Hank/Science Photo Library/IBL Bildbyrå 256(1) MyLoupe/UIG/IBL Bildbyrå 82 NASA 52 Nordien, B./Tiofoto/Nordicphotos 235(2) Norenlind, Nils-Johan/Tiofoto/Nordicphotos 91 Nuhma, Malin/IMS/Nordicphotos 367(1) Nygren, Lennart/Scanpix 289 NYPL/IBL Bildbyrå 159 Nyström, Gunnar/Cirkus Cirkör 340 O›Rear, Charles/Corbis/Scanpix 20, 171(1) Omar, Feisal/Reuters/Scanpix 148-149 Osborne, Christine/CORBIS/Scanpix 62 Ottosson, Lars/Kristianstadsbladet/Scanpix 161 Paciorek, Dariusz/Getty Images 95 Palm, Ulf/Scanpix 35 Pehrson, Lars/SvD/Scanpix 122, 287(4) Pernebjer, Serny/Maskot/Scanpix 268 Persson, Patrick/Scanpix 314 Persson, Patrick/Sydsvenskan/IBL Bildbyrå 334-335 Persson, Sven/sydpol.com/IBL Bildbyrå 367(2) Photo Researchers/IBL Bildbyrå 219(2) Photodisc 141 Planchenault, Gerard/Vandystadt/Scanpix 282 Polka Dot/Thinkstock/Getty Images 208 Pressens Bild/Scanpix 179 Puetzer, Steven/Nonstrock/Scanpix 232 Ragnvid, Magnus/Johnér/Getty Images 48(1), 101(1), 137(1), 183(1), 275(1), 338(1) Ralston, Mark/AFP Photo/Scanpix 67(2) Rehnström, Maj-Britt/Scanpix 6 Reuters/Scanpix 331

Riddypix/Alamy 127(1) Rietz, Jan/Tiofoto/Nordicphotos 174 Riksbanken 323 Robertson, Lew/Photographer›s Choice/Getty Images 301(1) Ruetschi, Martin/Keystone/Scanpix 220 Röhsman, Björn/Naturfotograferna/IBL Bildbyrå 143 Sandberg, Mona/Scanpix 108 Scanpix 328 Schipper, Ruben/ANP/Scanpix 21 Science Photo Library/IBL Bildbyrå 8, 9(2-3), 10(2), 13(3), 17, 29, 38, 39, 43, 51(1), 157(1), 194(2), 229, 246(3), 249(4), 256(2), 279(1), 308(2), 365(2) Sellén, Leo/Scanpix 219(1) Simple is the best/Flickr RF/Getty Images 180 Sjögren, Christina/Scanpix 238 Sjöling, Patrik/IBL Bildbyrå 230 Sjöstedt, U./Tiofoto/Nordicphotos 114 Smoliansky, Gunnar/Scanpix Bildhuset 330 Soriano, Tino/National Geographic Society/Corbis/ Scanpix 228(2) SSPL/Getty Images 130(2) St Mary›s Hospital/IBL Bildbyrå 227(1) Stackman, Pelle/Tiofoto/Nordicphotos 299 Søchting, U. /Köpenhamns universitet 106(1) Technion - Israel Institute of Technology 7(1) Tek Image/Science Photo Library/IBL Bildbyrå 358(1-2) The Bridgeman Art Library Ltd./Alamy 40 The Granger Collection/Scanpix 72 Thinkstock/Getty Images 92, 170, 202(1), 283(2), 285 Tompkinson, Geoff/Science Photo Library/IBL Bildbyrå 359(3) Transportstyrelsen/Scanpix 69(2) Trons/Scanpix 187(1) Turesson, Sören/Nya Lidköpings-Tidningen/Scanpix 80 Töve, Jan/Naturfotograferna/IBL Bildbyrå 150 Ulf Rennéus/Mary Square Images 112 Victor Habbick Vision/Sience Photo Library/IBL Bildbyrå 305 Vikström, Roger/Scanpix 298 Wahlgren, Christer/KvP/Scanpix 169(2) Walker, M.I./Tiofoto/Nordicphotos 210 Wallerstedt, Mikael 278 Wayne Scherr/IBL Bildbyrå 134 West, William/AFP Photo/Scanpix 138 Westberg, Ture/Tiofoto/Nordicphotos 203 Wikimedia Commons 375 Winters, Charles D./Science Source/IBL Bildbyrå 13(1), 349 Yu, Anna/Photographer›s Choice/Getty Images 78(4), 121(4), 155(4), 216(4), 362(4) Zucca/IBL Bildbyrå 301(3) ZUMA Wire Service/Alamy 369 Åslund, Christian/Getty Images 237 Övriga bilder Shutterstock

2013-04-24 16.07

Välkommen till Spektrum Kemi Den fjärde upplagan av Spektrum Kemi tar avstamp i Lgr 11. Kursplanens förmågor möts med nya moment, och det centrala innehållet med uppdaterat stoff och nya kapitel. I kapitelingresserna har förmågorna lyfts – dels med bilder och frågor, dels med målbeskrivningar baserade på det centrala innehåll och de förmågor som behandlas i kapitlet. De nya Perspektiven lockar till diskussion och ställningstagande. Här tränas förmågan att skilja värderingar från fakta och att utveckla ett kritiskt tänkande kring argument och källor. Faktarutor med ”Fördjupning” eller ”Vetenskap i utveckling” ger intressanta utblickar och visar på mångsidigheten hos kemin. Varje avsnitt avslutas med Testa dig själv-frågor och begreppsträning – Förklara begreppen. Förklaringen av många begrepp kan utvecklas till längre resonemang, speciellt av de elever som siktar mot högre betyg. Varje kapitel avslutas med en Sammanfattning följd av Finalen med kapitelövergripande uppgifter i ämnesprovens anda. En bra möjlighet att testa kunskaperna och få träning inför de nationella ämnesproven. De kemiska sammanhang som lyfts i kursplanen – kost, hälsa, resurshushållning samt materialutveckling och miljöteknik – har fått ökat utrymme. Bland annat har ”Kost, hälsa och hygien ” fått ett eget kapitel och utvecklingen av nya material har stärkts i materialkapitlet. Resurshushållning och miljöteknik finns invävda i nästan samtliga kapitel. Andra delar ur kursplanens centrala innehåll, som exempelvis jonbegreppet och växthuseffekten, dyker upp i olika sammanhang genom boken. Det sker i en progression där sammanhangen blir mer och mer komplexa. Författare till Spektrum Kemi är Karin Nettelblad och Folke Nettelblad – vetenskapsskribenter med bred bakgrund och forskningserfarenhet inom kemi och medicin. Spektrum Kemi finns i två versioner – en Grundbok och en Lightbok. Ligthboken är parallell med Grundboken och kan användas av elever som vill ha en lättare kurs med mindre textmängd. Böckerna finns även som Onlineböcker.

001-049 Kap 1 Spektrum Kemi.indd 3

2013-04-24 15.12

Innehåll 1

Kemins grunder 6 1.

Atomer – naturens egna byggstenar 8

Molekyler är grupper av atomer 10

Grundämnen och kemiska föreningar 12

Kemiska reaktioner 16

Fast, flytande och gas 19

6 . Kemiska formler 23

Joner och jonföreningar 26

Det mesta du ser är blandningar 30

PERSPEKTIV: Kroppen behöver lagom mycket salt 130

Hur separerar vi ämnen? 34

PERSPEKTIV: Kemikunskaper räddar liv 43 Finalen 47

Mark 138 Stenar, mineraler och bergarter 140

Luft och vätgas 50

Jord är smulat berg och döda växter och djur 143

Luften är en blandning av gaser 52

Växter behöver många olika näringsämnen 145

Ädelgaser – sällsynta och användbara 57

PERSPEKTIV: Räcker maten? 148

Ozon – en gas på liv och död 60

Koldioxid – både växthuseffekt och läskbubblor 63

Finalen 154

Giftiga oxider och smog 67

Vätgas – framtidens bränsle? 72

Övergödning – när det blir för mycket näring 150

Organisk kemi 156 1.

Kolatomen är en mångsidig byggsten 158

Kolväten är grunden i organisk kemi 161

Omättade kolväten har färre väteatomer 166

Vatten 80

Alkoholer finns inte bara i vin 169

Organiska syror i frukt och din kropp 173

2 . Vatten har ovanliga egenskaper 85

Estrar ger smak och doft 177

3 . Vattnet går runt i ett kretslopp 90

PERSPEKTIV: Låt inte kemi i reklamen lura dig! 180

4 . Vattenrening – före och efter användning 93

Finalen 183

Finalen 78

Vattenplaneten jorden 82

PERSPEKTIV: Vår törstiga vattenplanet 96 Finalen 100

Metalloxider 132

PERSPEKTIV: Växthuseffekt och klimatförändringar 74

Salter 124

Finalen 136

10. Från stenåldersbröd till kvasikristaller 39

Jonföreningar 122

Livets kemi 186 1.

Maten, kroppen och solenergin 188

Syror och baser 102

Kolhydrater ger kroppen energi 191

Syror och baser har olika pH 104

Fetter är kroppens energireserv 197

Syror lämnar ifrån sig vätejoner 108

Proteiner bygger kroppen och sköter kemin 201

Baser tar upp vätejoner 112

Enzymer och reaktionerna i kroppen 204

Från vinäger till supersyror 117

DNA bestämmer hur du ser ut 208

Vitaminer och mineralämnen 210

Finalen 120

PERSPEKTIV: Får vi näringsbrist av dålig åkerjord? 212 Finalen 216

001-049 Kap 1 Spektrum Kemi.indd 4

2013-04-24 15.12

99 Kost, hälsa, hygien 218 1.

Hur ska vi äta egentligen? 220

Läkemedel och gifter – kemi på liv och död 226

Vi tvättar oss och våra kläder 232

Hudvård och smink 236

PERSPEKTIV: Kost och läkemedel 240 Finalen 242

Kol och förbränning 244 1.

Det finns många former av kol 246

De fossila bränslena börjar ta slut 251

Kolets kretslopp 257

Metaller 314

4 . Förbränning påverkar miljön 261

Metaller har speciella egenskaper 316

Eld behöver bränsle, syre och värme 266

Från malm till metall 318

PERSPEKTIV: Bioraffinaderier ersätter oljan 272

Metaller i levande livet 323

Finalen 275

Legeringar – metaller i blandning 326

Korrosion – metaller som gnags sönder 329

Metaller som reagerar – batterier och elektrokemisk korrosion 332

Material 278 1.

Material att använda och återvinna 280

Trä och papper 285

PERSPEKTIV: Kemin stoppar tjuvarna 334

Plast – en kemisk revolution 289

Finalen 338

Gummi – en tänjbar naturresurs 293

Keramer bränns i ugn 296

Glas är smält sand 298

Fibrer och kompositer 301

Nu skapar forskarna framtidens material 305

PERSPEKTIV: Nanomaterial – en teknikrevolution som pågår just nu 308 Finalen 312

Periodiska systemet 340 1.

Atomens delar 342

Med periodiska systemet kan vi sortera atomerna 345

Molekylbindning 350

Jonbindning och metallbindning 352

Neutroner och isotoper 356

PERSPEKTIV: Vill du jobba med kemi? 358 Finalen 362

Kemin i samhället 364 1.

Vi behöver grön kemi 366

Kemi är en vetenskap 371

PERSPEKTIV: Kemin i grundskolan – och sedan då? 376 Finalen 378 Register 381 Tabeller 390

001-049 Kap 1 Spektrum Kemi.indd 5

2013-04-24 15.12

8 . L I VE T S KE M I

Den som har järnbrist blir trött, matt och deppig. Ändå har livsmedelsindustrin slutat järnberika mjöl. Varför det?

LIVETS KEMI Kemin i maten och kroppen Livet är kemi! Allt levande är byggt av stora organiska molekyler. Dessutom är det kemiska reaktioner som gör att människor, djur och växter kan leva. Den kanske allra viktigaste reaktionen i världen är fotosyntesen. Där fångar gröna växter upp energi från solljuset och lagrar den i energirika molekyler. Det är faktiskt tack vare fotosyntesen som vi har något att äta.

186-217 Kap 8 Spektrum Kemi.indd 186

2013-04-24 15.40

Om man är sjuk kanske man måste lämna blodprov. Vad tror du att läkaren kan få reda på av provsvaren?

På matförpackningarna brukar det stå hur mycket protein, kolhydrat och fett som ﬁnns i maten. Vad är det för sorts ämnen, och varför behöver kroppen dem?

HÄR FÅR DU LÄRA DIG

INNEHÅLL

•

8.1

Maten, kroppen och solenergin

8.2

Kolhydrater ger kroppen energi

8.3

Fetter är kroppens energireserv

8.4

Proteiner bygger kroppen och sköter kemin

8.5

Enzymer och reaktionerna i kroppen

8.6

DNA bestämmer hur du ser ut

8.7

Vitaminer och mineralämnen

• • •

samtala om och beskriva fotosyntesens avgörande roll för livet på jorden vilken betydelse innehållet i mat och drycker har för hälsan fundera över och resonera om olika kemiska processer i kroppen i ord och bild visa modeller för hur kolhydrater, fetter, nukleinsyror och proteiner är sammansatta

•

förklara hur enzymer kan användas i industriella processer

•

resonera kring vilka konsekvenser brist på näringsämnen kan få

•

skilja fakta från värderingar och reﬂektera över olika källors trovärdighet

PERSPEKTIV Får vi näringsbrist av dålig åkerjord?

187

186-217 Kap 8 Spektrum Kemi.indd 187

2013-04-24 15.40

8 . L I VE T S KE M I

8.5

Enzymer och reaktionerna i kroppen

De gröna växterna tar till vara solenergi genom att bilda glukos. Sedan kan vi använda energin genom att förbränna glukosen i maten. Hur fungerar det egentligen? Hur kan vi förbränna glukosen utan att hela kroppen brinner upp?

Här behövs det mycket energi för att orka hela matchen. Det får tjejen tack vare enzymerna i kroppen som förbränner glukos.

Kemiska reaktioner är livet Varje dag äter du mat – mackor, tacos, bananer och mycket annat. Maten ger dig energi så att du kan gå, prata, tänka och göra många andra saker. Maten behövs också för att du ska kunna växa. Men din kropp ser förstås inte alls ut som mackor, bananer och annan mat. Det beror på att kroppen fungerar som en kemisk fabrik, där kemiska reaktioner tar isär de kemiska föreningarna i maten och bygger om dem till andra föreningar, som behövs i kroppen. Och sedan gör andra kemiska reaktioner att energin i maten släpps loss, så att kroppen kan använda den. Det är faktiskt de här kemiska reaktionerna som är själva livet. Enzymerna sätter fart på reaktionerna Enzymerna är en typ av proteiner i kroppen som är helt nödvändiga för alla de här reaktionerna. Det beror på två viktiga funktioner hos enzymerna. Den ena funktionen är att enzymerna gör att de kemiska reaktionerna går fortare. Utan enzymer skulle reaktionerna i kroppen gå väldigt långsamt och ta många år. Eller också skulle vi behöva ha en kroppstemperatur på över 100 °C för att de skulle gå tillräckligt fort. Men det går förstås inte, för då skulle vattnet i kroppen koka.

204

186-217 Kap 8 Spektrum Kemi.indd 204

2013-04-24 15.41

8. LI VET S KE M I

Enzymerna gör att kroppen kan reglera reaktionerna Den andra viktiga funktionen är att enzymerna hjälper till att styra vilka reaktioner som sker i en levande varelse. Det behövs olika reaktioner vid olika tillfällen. Om du precis har ätit mat behövs en viss sorts reaktioner för att ta vara på näringen i maten, men om det istället är länge sedan du åt måste kroppen hämta näring från sina förråd. Kroppen kan styra vilka reaktioner som ska vara igång genom att stänga av och sätta på olika enzymer.

Enzymerna fungerar som kroppens kemijobbare. Tack vare effektiva verktyg får de reaktionerna att gå snabbare.

Enzymerna är specialister Varje enzym är specialiserat på en enda reaktion. Det finns enzymer som delar upp molekylerna i smådelar, och det finns enzymer som bygger upp stora molekyler. Matspjälkningen är ett exempel där det behövs enzymer. När du Många enzymer äter pasta får du i dig långa stärkelsemolekyler. För att kroppen ska kan stängas av eller kunna få energi från stärkelsen måste stärkelsemolekylen först delas sättas på, så att upp i glukosmolekyler. Det är enzymet amylas i saliven och i tarmen kroppen kan reglera som gör det. vilka reaktioner som ska ske. Andra enzymer i magen och tarmen delar upp proteiner och fetter i smådelar, som kan tas upp av blodet och transporteKroppen har många ras till det ställe i kropolika enzymer. Varje pen där de behövs. enzym är specialiserat på en viss reaktion.

Kroppen förbränner kolhydrater Kroppens celler behöver energi till många olika saker – för att du ska kunna röra dig och tänka, och för att bygga upp nya ämnen. Cellerna får energin genom att förbränna glukosen från de sönderdelade kolhydraterna. Vid förbränningen gör olika enzymer att glukosmolekyler kan reagera med syrgasmolekyler. Glukos och syrgas förvandlas till koldioxid och vatten. Samtidigt frigörs energi som kroppen kan använda. Koldioxiden förs till lungorna med blodet och följer med luften när vi andas ut.

205

186-217 Kap 8 Spektrum Kemi.indd 205

2013-04-24 15.41

8 . L I VE T S KE M I

Förbränningen går i många små steg På en del sätt liknar förbränningen inne i kroppen det som händer om vi tänder eld på kolhydrater, till exempel ett vedträ. När kolhydraterna brinner upp, bildas det koldioxid och vattenånga, och det släpps loss energi i form av ljus och värme. Enzymerna gör att förbränningen fungerar vid kroppstemperatur. Men de gör också att reaktionen går i många små steg. Det släpps bara loss lite energi i taget, och då kan kroppen lättare ta vara på den. I varje steg är det några få atomer som tas loss eller flyttas om, och det är specialiserade enzymer som sköter om det. C6H12O6

6 O2

→

6 CO2

6 H2O

energi

Så här ser den sammanfattande formeln ut för cellernas förbränning av glukos. Fast i själva verket är det inte en enda reaktion utan en lång serie av småreaktioner, som styrs av olika enzymer.

α-ketoglutarsyra Citronsyra

Glukos

Citronsyracykeln Oxalättiksyra

Så här många reaktioner behövs det när kroppen förbränner glukos. Varje pil står för en liten delreaktion, som behöver ett eget enzym.

Bärnstenssyra

Koldioxid, vatten, energi

Enzymerna bygger kroppen Vid matspjälkning och förbränning jobbar enzymerna med att bryta sönder stora ämnen i smådelar. Men det finns andra enzymer som istället bygger upp olika ämnen i kroppen. Ett exempel är när kroppen bygger alla olika proteiner som den behöver. Då är det enzymer som kopplar ihop aminosyrorna till långa kedjor. På liknande sätt hjälper andra enzymer till att bygga upp andra ämnen i kroppen.

206

186-217 Kap 8 Spektrum Kemi.indd 206

2013-04-24 15.41

8. LI VET S KE M I

FÖRDJUPNING ENZYMER GER GRISARNA BÄTTRE MAT När man föder upp grisar behövs det näringsrikt foder med bland annat fosfat. Fodret tillverkas i fabriker av växter, men ett problem är att fosfatet i fodret sitter ihop så hårt med ett ämne som heter fytinsyra att grisarna inte kan använda det. Fosfatet kommer istället ut med bajsen. Tidigare löste man problemet genom att tillsätta extra fosfatjoner, men det ﬁnns nackdelar med det. Fodret blir dyrare och fosfatet som kommer ut med bajsen leder till övergödning av vattendrag. Men nu har forskarna kommit på ett bättre sätt. De tillsätter enzymet fytas till fodret. Enzymet tar isär fytinsyran i mindre delar. Då kan den inte hålla fast fosfatet i fodret, utan grisarna får nytta av det istället.

Vi kan använda enzymer för att tillverka ämnen Vi människor kan ta enzymer från levande organismer och använda dem på laboratorier eller i fabriker för att tillverka ämnen som vi vill ha. Oftast kommer enzymerna från bakterier. Det finns flera fördelar för kemiindustrierna med att använda enzymer. Med äldre metoder måste man oftast värma ämnena som ska reagera till hög temperatur, och då går det åt mycket energi. Med enzymer behöver det inte vara varmare än 30–40 °C. Dessutom är enzymerna specialiserade, så att man bara får precis den reaktion som man vill ha. Med värme blir det väldigt lätt flera olika reaktioner, och då får man en blandning av många ämnen. Det gör att fabrikerna går över till att använda enzymer – för att tillverka allt från konstgödsel och plast till nya avancerade läkemedel.

TESTA DIG SJÄLV 8.5 FÖRKLARA BEGREPPEN • enzym • amylas • förbränning av glukos

Förklara vad som händer i matspjälkningen när du har ätit pasta.

Ge exempel på hur enzymer bygger upp stora ämnen.

Förklara varför industrier kan ha nytta av enzymer.

207

186-217 Kap 8 Spektrum Kemi.indd 207

2013-04-24 15.41

8 . L I VE T S KE M I

8.6

DNA bestämmer hur du ser ut Är du kille eller tjej? Har du ljust eller mörkt hår, bruna, blå eller gröna ögon? Det beror på ditt DNA!

Väte

Syre yre

Kol

Fosfor

DNA-molekyler är byggda av kolatomer, väteatomer, syreatomer och fosforatomer.

Vattenmolekylen har bara tre atomer men DNAmolekylen kan ha många miljoner. Det du ser här är bara en liten del av DNAmolekylen.

DNA bestämmer hur proteinerna ska se ut DNA, eller deoxiribonukleinsyra, finns i alla levande celler och fungerar som en ritning till proteinerna. Eftersom det är proteinerna som bygger upp kroppen, bestämmer DNA till stor del också hur kroppen ska se ut. Det är ditt DNA som avgör om du är kille eller tjej, vilken färg du har på ögonen och mycket annat. DNA bestämmer också om en levande organism blir en människa, en maskros eller en bakterie.

DNA är byggt av fyra byggstenar DNA är ett organiskt ämne med väldigt stora molekyler. I en vattenmolekyl finns det tre atomer. I en DNA-molekyl däremot kan det finnas flera miljarder atomer. Men DNA-molekylerna är ändå inte så komplicerade, eftersom de är sammansatta av mindre molekyler som kallas nukleotider. Varje nukleotid innehåller ungefär 30 atomer.

208

186-217 Kap 8 Spektrum Kemi.indd 208

2013-04-24 15.41

8. LI VET S KE M I

Här ser du en molekylmodell av en enstaka nukleotid. DNAmolekyler är ofta uppbyggda av många miljoner nukleotider.

Nukleotiderna skiljer sig från andra biokemiska ämnen genom att de innehåller fosforatomer. Det är därför det är så viktigt att det finns fosforatomer i jorden. Via växter och djur hamnar de till slut i maten som vi äter. Det finns fyra olika nukleotider. De kallas A, C, G och T och sitter ihop med varandra i långa kedjor, till exempel ACGTTAGCTT eller GGCCATGGCCAT. Varje DNA-molekyl består av två sådana kedjor som ligger bredvid varandra. Hela molekylen liknar en jättelång stege, fast stegen är vriden i spiral. Vi säger därför att DNA-molekylen är en dubbelspiral.

A T G C

DNA-molekylen innehåller gener En DNA-molekyl innehåller oftast ritningar till många olika proteiner. Varje sådan ritning kallas för en gen. Det är ordningen på nukleotiderna i genen som talar om hur proteinet ska se ut. Genen består av många ”ord” med tre nukleotider, till exempel AGC eller TTA. Varje sådant ord står för en viss aminosyra. Det är ordningen på orden som talar om hur aminosyrorna ska sättas ihop när cellen bygger proteinet. Det finns också delar i DNA-molekylen som inte fungerar som gener. Deras funktion är istället att reglera när de olika generna ska användas.

TESTA DIG SJÄLV 8.6 FÖRKLARA BEGREPPEN • DNA • nukleotid • dubbelspiral • gen

Försök förklara varför du och en kompis har olika färg på ögonen.

Förklara hur en DNA-molekyl är uppbyggd.

Det här är en förenklad modell av en del av en DNA-molekyl, formad som en dubbelspiral. De olika färgerna i de vågräta ”stegpinnarna” står för de olika nukleotiderna.

209

186-217 Kap 8 Spektrum Kemi.indd 209

2013-04-24 15.42

8 . L I VE T S KE M I

PERSPEKTIV

FÅR VI NÄRINGSBRIST AV DÅLIG ÅKERJORD? 1 ja janu nuar arii 19 995 9 tog g Liv vsm smed edel ed elsv el sver sv erke er erke kett bo bort rt jär ä nb ber e ik i ni n ng ngen en av mjjöl m ö i Sve veri rige ri ige g . Be Besl s ut sl utet et drre et evs evss fra ram m av a liv ivsm smed ed delsi ellsind siindus ndus nd ustr trin tr in n som villllle kunn vi kunn ku na ssä äljja mj m öll uta tan n jä ärn nbe beri riikn rikn knin in ng ti t ll and ndra ra län ände derr dä de därr mjöl mj öllet ö let e int n e jä nt ärn r be beri r kas. kas. Det ka et var allllts tså in ts tså inte te e frä räms m t mä ms männ nnis nn isko is kors ko rs hä häls äls lsa a ut u an a eko kono nomi no misk mi skka sk skäl ä som låg bak äl akom o . Me om Men n i de deba batt ba tten tt en en togs to gs häl gs ä so sosk skäl sk älen äl e fra en ram. m. Var arfö förr tr fö t orr du at attt d de et va ar viikkttig gt at a t mo mo-tive ve era a besslu lute ute et m me ed hä älsos lsos ls o käl? käl? kä

Ettt an a nat na at pr p ob oble em är är att tt hal alte t n natu te natu na turllig ga jä järn r jo rn one er i ve v te e har h lv ha ver erat a s på at å 50 år år.. Or Orsa sake sa ken ke n kan ka an v va ara kon onst nst stgö g dssel e n. n Den inn nnenee hå håll åller e kvä äve ve,, fo fosf sfor sf or och ch kal aliu ium, iu m, men int nte e miine era alä lämn m en e som m jä järn ärn rn.. Bå B de väx xte ern rna a oc och h vi be eh höv över err min iner eral er alläm ä ne n n. n. Vi ka kan tä t nka nkka o s mi os mine era ralä alä lämn m en mn na i ma m rkken som m pen nga garr på på ett ban ankkon kkkon onto nto to. Om Om man ba ma man arra a ta arr ut pe p ngar ngar ng a – men me en al a drig drrig g sä ättte tte er in n någ gra a – tar pe en ng g-a na slu ar lut. t Jo t. orrdb rdb dbru uke kett ha har ”ttag har a iitt ut” t min iner eral eral aläm äm mne nen n fr från ån ma arrke ken,, men inte me in nte t ”sa satt ttt in” några åg gra ra nya i forrm av a allsi lllsiidi dig g gö gödn dn nin ing. g. Bri g. r st på mine mi nera ne ra ralä alä lämn mn nen en i marke arke ar en ge er br b isst på p min ner e al aä äm mne mne en i gr grön önsa önsa ön ake ker, r, mjöl mj öl och öl h fru rukt kt. De kt kt. Det är ä far arlil gtt för ör häl älsa san. sa n.

212

186-217 Kap 8 Spektrum Kemi.indd 212

2013-04-26 15.02

8. LI VET S KE M I

Här är några argument för och mot järnberikning som användes i debatten. Välj sida baserat på argumenten – är du för eller mot järnberikning? Motivera. MOT: Därför kan vi inte säga

att beslutet är ett hot mot folkhälsan. Det är i första hand 15-åriga ﬂickor som drabbas. Och anledningen till att de drabbas är att de äter för dåligt.

MOT: Det är framförallt äldre män

som, om de får för mycket järn, kan utsättas för större risker att få hjärt- och kärlsjukdomar.

FORSKARE I FORSKARE I NÄRINGSLÄRA

MOT: Eftersom vi inte har något

problem med järnbrist här i landet är det fel att börja med ett dyrare järn som tvingar oss att höja priserna. Det är ju helt galet i ett internationellt perspektiv.

den övriga befolkningen inte ska få järn via mjölberikningen av hänsyn till det fåtal som riskerar överdos.

FORSKARE I

FÖR: Det är framförallt

allvarligt för unga ﬂickor som fortfarande växer.

FÖRETAGARE I

FÖR: Det är barockt att

NÄRINGSLÄRA

LIVSMEDELSINDUSTRIN FORSKARE I NÄRINGSLÄRA

FÖR: Järnets betydelse och konsekvenser av järn- och blodbrist har sopats under mattan. Det beror säkert på att det i huvudsak är ett kvinnoproblem.

NÄRINGSLÄRA FÖRETAGARE I LIVSMEDELSINDUSTRIN

Ska vi behöva kosttillskott för att få i oss tillräckligt med järn?

213

186-217 Kap 8 Spektrum Kemi.indd 213

2013-04-26 15.02

1 1 . M ATE R I AL

PERSPEKTIV

NANOMATERIAL – EN TEKNIKREVOLUTION SOM PÅGÅR JUST NU Vad Va d ka kan n na nano noma mate ma teri te rial ri al anv vän ända das da s ti till ll?? Forskarna tror att nan anom omat aterialen bl blir ir en lika k stor revoluti tion on n för våra liv som mobiltelefonerna och ch dat atorerna und nder er de senaste 40 åren. Några saker som na n no oma mate teri r al sku kullle ku kunn na användass till: • ketchupﬂaskor dä är ke ketchu hupe pen n ri rinn nne er utt ti tillll sista droppen, och köttförpackningar som m varn rnar ar när köt ötte tet blir dål ålig igtt • reparera skador på rygg ggmä märgen en så at attt fö förrlam mad ade e ka k n använda armar och ben • målsö sö öka kand nde e lä läke keme ke me m ede d l som m ba bara ra ang gri ripe perr de sju juka ka cellerna, så att man ti ma tilll exemp xe x emp mpel e kan bot el o a männ nis isko kor me med ca anc ncer er • en nkl kla oc och h billiga te test ster er för vanliliga infek ekti tion on o ner er • senso n ore r r so s m kan hjäl älp pa syn- och pa h hö h rselskadad ade ea attt se se och h höra a ig igen n Vilket användningsområde är viktigast för dig? Vilket är viktigast för Sverige? Vilket är viktigast för hela världen? Motivera varför.

Naturen använder sig ofta av sin egen nanoteknik. Här är det vattendroppar på ett lotusblad som samlar upp smuts och bakterier och sedan rullar av från bladet.

Det ﬁnns människor som vill stoppa utvecklingen av nanomaterial därför att nanopartiklar skulle kunna vara farliga för hälsan. Samtidigt kan nanomaterial användas för att hjälpa människor som är svårt sjuka eller har funktionsnedsättningar. Tycker du att forskarna ska få fortsätta att utveckla nya nanomaterial? Motivera.

Att vattnet bildar rengörande droppar beror på de speciella nanostrukturerna i bladets yta. Här ser du dem i ett elektronmikroskop. Forskarna har skapat självrengörande material med liknande struktur.

308

278-313 Kap 11 Spektrum Kemi.indd 308

2013-04-24 15.57

11. MATE R IAL

Maxf Ma x as – ett bil xf illi ligt gt nanomaterria i l som m errsä sätt tter er gul uld d I mobiltelefoner och annan elektronik an använd ndss gu g ld d. Me Men n gu g ld är dyrt och gruvbrryt y ningen skadar miljön. De ess ssut utom om mås åste guldet behandlas med giftiga ämnen inn nan det et kan anv n än ä das i mobiltelef efon o er on e na. Några nanoforskare vid Linkö köpi p ng gs un univ ive ersitet bestämde sig för att lösa probl b em met et.. Oc Och h nu u ﬁnns nan anom o aterialet Maxfas, som har de goda egen nsk skap aper erna na hos gul uld – men inte de dåliga. Maxfas tillverkas av tittan an,, lilite te kisel och c kol, och det fungerar perfekt som ersättni ning ngsm smat aterial för guld i elektronik. Nu står kunder från hela la vär ärld lden en på kö, och företaget tjänar milja ard r er kron nor varje e år. Råv åvarorna titan, kisel och ko k l är väldigt billiga jämfför ö t me med d gu guld ld, så företaget kan n säl ällja älja j Max a fas billigare än guld och ch änd ndå å tj tjän na mycket pengar.

F nn Fi nns s de d t riisk sker er med nan anom omat ate erial? eria ia al? Varje te tekn knik ikre evo volu lu uti t on innebär risker. r. Ett pro robblem med nanomaterialen är attt fo fors rska karn rna a in inte t te vet om de små nanopa parttik ikla arna rrn na ka kan va vara a far arliliga iga för hälsan n. Nå Någr gra a av de mest framsstå tåen ende de nano na nofo orskarna, pro rofe fess ssor Maria Strøm mme i Uppsala och ch professor Ben ngt Fadeel vid Karolinska Institutet i Stockholm, vill ha forskning om riskerna med nanot otek ekni kni n k pa p rra allellt med forskn ng ni ngen om nya ma matteri rial al.l In al Inte nte te för att bro oms m a utve vecklingen k utan för attt gö göra den möjlig – vi måste tänka efter i förväg. Oc Och h vi måste inse hur lite vi vet.

Man skulle kunna säga att Maria Strømme och Bengt Fadeel beskriver själva kärnpunkten i ansvarsfullt naturvetenskapligt arbetssätt när de säger att ”vi måste tänka efter i förväg” och ”vi måste inse hur lite vi vet”. Förklara varför.

309

278-313 Kap 11 Spektrum Kemi.indd 309

2013-04-24 15.57

1 2 . M E TAL LE R

En masugn är vanligen 15–30 m hög. Här kommer det ut en blandning av kolmonoxid och koldioxid som bildas under reaktionen.

Järnmalm och kol fylls på uppifrån.

Järnjonerna lossnar från oxidjonerna och omvandlas med hjälp av kolet till järnatomer. Det varma råjärnet tappas ut längst ner. Där får man också ut det skräp som ﬁnns kvar – slaggen.

När kolet brinner reagerar det med oxidjonerna i järnmalmen. De heta koloxiderna försvinner genom röret upptill.

Slagg.

Råjärn.

Från järnmalm till stål Järnmalm består av olika järnoxider, alltså jonföreningar med järn- och oxidjoner. I ett järnverk tillverkar man järnmetall av järnmalm. Då hettar man upp krossad och anrikad järnmalm tillsammans med kol i en masugn. Det sker kemiska reaktioner så att järnjonerna i järnmalmen blir järnatomer, det vill säga järnmetall. Sådant järn kallas råjärn. Stål är järn som är blandat med lite kol och ibland även andra atomslag. Kolet gör att stålet blir hårdare än rent järn. Det beror på att kolatomerna lägger sig som ”kilar” mellan järnatomerna, så att de inte kan glida runt varandra lika lätt. För mycket kol gör stålet så hårt att det inte går att smida. I råjärn finns det ungefär 4 % kol, men för att få bra stål måste man sänka kolhalten till under 2 %. Det sker genom färskning. Då förbränner man en stor del av kolet i råjärnet med hjälp av syrgas. Man kan ge stålet speciella egenskaper genom att blanda i olika metaller. Mest används krom och nickel.

Linorna i en linbana får inte gå av. Därför är de gjorda av stål.

320 3 32 20

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 320

2013-04-24 15.59

12. METAL LE R

Metallframställning påverkar miljön Malmbrytning och metallframställning påverkar miljön på många sätt. Landskapet blir fult, och det släpps ut farliga ämnen både i gruvorna och där man bearbetar malmen. När man framställer metall ur malm blir det alltid kvar skräp. Det skräpet kallas slagg. Runt många gruvor ligger gamla slagghögar kvar. När regnvattnet rinner genom högarna tar det med sig giftiga metalljoner och andra föroreningar och sprider dem i naturen och till grundvattnet. Numera använder man slaggen bland annat till vägmaterial och som råvara till glas och cement. På det sättet sparar man både material och pengar, samtidigt som man är snäll mot miljön. På 1970-talet började järn- och stålindustrin att rena rökgaserna. Därför har utsläppen till luften minskat med mer än 98 %. Det är viktigt eftersom det finns mycket svavel i en del malmer. Förr kom en stor del av det ut som svaveldioxid och förvandlades till surt regn. Idag tar man tillvara svavlet och använder det inom den kemiska industrin.

På många håll ligger gamla slagghögar kvar. Här ser du en vid Falu koppargruva.

Både tunga och lätta metaller kan vara skadliga Ordet tungmetall används ofta när man pratar om miljöskador. Men egentligen är alla metaller som väger mer än 5 g/cm3 tungmetaller. Det är mer än 50 olika metaller, bland annat järn och guld. De flesta av dem är inte särskilt miljöfarliga. När man talar om tungmetaller som skadar miljön menar man oftast tre metaller – bly (Pb), kadmium (Cd) och kvicksilver (Hg). De är giftiga för nästan allt levande. Därför har EU numera infört lagar som nästan helt förbjuder användning av de här tre tungmetallerna. Det finns även lättmetaller som kan vara giftiga och miljöskadliga. Aluminium är ett exempel.

Cd Hg

Här hittar du tungmetallerna i det periodiska systemet. I miljödebatten räknas ofta bara Pb, Cd och Hg som tungmetaller.

321

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 321

2013-04-24 15.59

1 2 . M E TAL LE R

Vad ska vi göra med gamla bilar som ingen vill ha längre? Förpackningar av metall kan lämnas till återvinning därför att förpackningstillverkarna betalar för det. Borde inte biltillverkarna också betala för att metallen i bilarna ska återvinnas? Vad tycker du?

Metaller kan återvinnas Det finns ganska gott om metaller i jordskorpan. Om allt gick att utvinna skulle det räcka i tiotusentals år. Men så enkelt är det tyvärr inte. Den mesta metallen i jordskorpan är så svår att komma åt, eller finns i så låg koncentration, att den inte är lönsam att utvinna. Metallerna är alltså ingen oändlig resurs. Därför måste vi vara sparsamma och försöka återvinna dem så mycket som möjligt. Men det finns också andra skäl att återvinna metaller. Om de inte återvinns kan de nämligen förstöra vår miljö, oavsett om de slängs direkt i naturen eller hamnar på en soptipp. I båda fallen kan regnvatten ta med sig farliga metallföreningar till mark och vattendrag. Återvinning är dessutom oftast både billigare och mer energisnålt än att utvinna ny metall ur malm.

TESTA DIG SJÄLV 12.2 FÖRKLARA BEGREPPEN • ädel metall • mineral • bergart • malm • anrikning • järnverk • m asugn • råjärn • stål • färskning • slagg • tungmetall

Beskriv de sju stegen när vi omvandlar malm till metall och sedan använder metallen. Förklara varför varje steg behövs.

Vilka atomslag ﬁnns i järnmalm?

Ge exempel på hur metallutvinning kan påverka miljön och hur vi kan minska de negativa effekterna.

Ge två skäl till att vi ska återvinna metaller.

322

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 322

2013-04-24 15.59

12. METAL LE R

12.3

Metaller i levande livet

Kan det verkligen vara vettigt att ersätta slitna skelettdelar på människor med reservdelar av metall? Börjar de inte rosta inne i kroppen och kan kroppen verkligen tåla metallen? Det är ett par av de frågor som vi får svaret på när vi tittar lite närmare på fem olika metaller: järn, koppar, aluminium, guld och titan.

Smält järn styr kompassen Det är järn som gör att en kompass fungerar. Jorden har nämligen en kärna av smält järn. Kärnan roterar och skapar ett magnetfält som påverkar kompassnålen. Det finns mycket av atomslaget järn i jordens yttre skikt (jordskorpan) också, men då är det i form av järnjoner som ingår i kemiska föreningar. Järn är den metall som vi använder allra mest av. I hela världen framställer vi varje år mer än en halv miljard ton järn, som sedan används till allt från teskedar till vindkraftverk. Koppar i elledningar och mynt Koppar var en av de första metaller som vi människor använde. Det beror på att man kan hitta små mängder koppar i metallform i naturen. De flesta andra metaller finns bara i kemiska föreningar. Ren koppar är rödgul, ganska mjuk och leder elektricitet mycket bra. Den används ofta i elledningar, men också till hustak och rörledningar. Ända sedan romartiden har man gjort mynt av koppar. Våra tiokronorsmynt består av nästan ren koppar, men även i de gamla ”silverkronorna” är det 75 % koppar. De nya en- och tvåkronorna som används från 2016 har istället en kärna av stål som är överdragen med koppar.

Tiokronorsmyntet består till 89 % av koppar.

323

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 323

2013-04-24 16.00

1 2 . M E TAL LE R

Aluminium är lätt och smidbar Aluminium är det atomslag bland metallerna som det finns mest av i marken. Men det finns bara i form av joner i kemiska föreningar. Det dröjde ända till slutet av 1800-talet innan forskarna hittade en bra metod att framställa aluminiummetall. Idag är det en av våra viktigaste metaller. Vi använder den till matförpackningar, kastruller, bildelar och flygplan. Aluminium är en mycket lätt metall, och det är också enkelt att gjuta, smida och valsa den till olika föremål. Men eftersom den är ganska mjuk måste man blanda i små mängder av andra metaller, som gör den hårdare. Utanpå aluminium finns det alltid ett skikt av aluminiumoxid. Oxiden bildar en tunn, tät hinna som skyddar metallen så att den inte rostar. När man ska färga slingor är det praktiskt med en tunn, smidig aluminiumfolie.

Guld var vår första metall Guld är mycket sällsynt, men det var ändå den första metall som människor använde. Det beror på att guld är en färdig metall när man hittar det i naturen, och inte en kemisk förening. Eftersom guld är så sällsynt blev det mycket värdefullt. Det betraktades som den finaste metallen till smycken och prydnader. Även idag används guld framförallt till smycken. En hel del används också inom elektronikindustrin, eftersom guld leder elektricitet bra och inte påverkas av syret i luften.

Guld är en populär metall i smycken.

Många människor har titan i kroppen Titan är en metall som både är lätt och mycket stark. Precis som aluminium får den ett skyddande oxidskikt, som gör att den inte förstörs. En annan stor fördel med titan är att kroppen inte uppfattar metallen som främmande och stöter bort den. Därför kan man ersätta slitna och trasiga delar av skelettet med proteser av titan. Patientens eget skelett fäster sig runt titandelarna så att de sitter alldeles stadigt. Sådana titandelar används till exempel i höftleder och knän, eller för att laga ett brutet ben med en skruv. Man kan också använda titanskruvar för att sätta fast tandproteser i käkbenet.

324

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 324

2013-04-24 16.00

12. METAL LE R

Kroppen är full av metalljoner Om man inte har fått någon konstgjord del inopererad, har man ingen metall alls i kroppen. Däremot finns det gott om olika sorters metalljoner, som är viktiga för att kroppen ska fungera. Allra mest finns det av kalciumjoner – ungefär 1 kg. Största delen finns i skelettet, i form av saltet kalciumfosfat som gör skelettet hårt. Men det finns också små mängder kalciumjoner på andra håll i kroppen. De fungerar som ett viktigt signalämne inne i cellerna, som till exempel får musklerna att dra sig samman när du ska röra dig. Kaliumjoner och natriumjoner gör att vätskan inne i cellerna och mellan cellerna är lagom salt. Inne i cellerna är det kaliumjoner och mellan cellerna är det natriumjoner. Den skillnaden är viktig för att våra nerver ska kunna överföra signaler. Järnjoner är ett annat exempel. De ingår bland annat i det röda blodproteinet hemoglobin, som transporterar syrgas till alla kroppens celler.

Ingen kan ana att den joggande tjejen har en protes av titan i sin höftled. Det är den översta delen av lårbenet som är utbytt, och det har gett henne mycket bättre livskvalitet. Tidigare hade hon ont och svårt att gå.

TESTA DIG SJÄLV 12.3 FÖRKLARA BEGREPPEN • järn • koppar • aluminium • guld • titan

Varför var koppar och guld de första metallerna som människor använde?

Varför rostar inte aluminium?

Berätta lite om metalljonerna i kroppen.

Vilken av metallerna i avsnittet tycker du är viktigast? Motivera.

325

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 325

2013-04-24 16.00

1 2 . M E TAL LE R

12.4

Legeringar – metaller i blandning

En helt ren metall är ofta ganska mjuk och tål syre och vatten dåligt, så rena metaller är faktiskt inte speciellt användbara som material. Men vi kan förbättra egenskaperna genom att blanda olika metaller med varandra eller med en icke-metall.

Blandade metaller får nya egenskaper Om vi blandar flera metaller med varandra, eller en metall med små mängder av en icke-metall, får vi en legering. På det sättet kan vi förbättra egenskaperna hos metallerna. Legeringen kanske blir hårdare än de rena metallerna. Den kan också vara lättare att bearbeta eller tåla syre och vatten bättre än ren metall. Nästan all metall som vi använder är legeringar. Många av dem har fått egna namn.

När man gör medaljer trycker man en stämpel mot den släta metallen, men vanlig brons är för hård för att det ska fungera. Därför är bronsmedaljer gjorda av myntbrons. Det är en mjukare legering, med lägre andel tenn.

326

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 326

2013-04-24 16.00

12. METAL LE R

Brons – världens äldsta legering Brons var den allra första legering som vi människor lärde oss att framställa. Det är en blandning av ungefär 10 % tenn och 90 % koppar. Innan människorna hade uppfunnit brons använde de ren koppar, men brons har många fördelar. Den är hårdare och smälter lättare än ren koppar. Smält brons är lättflytande och rinner därför ut jämnt i en gjutform. Brons används fortfarande inom många områden, framför allt i blixtlås och i olika maskindelar. Konstnärer gjuter också ofta statyer av brons.

Bleckblåsinstrument som trumpeter och tromboner tillverkas oftast av mässing.

Mässing kallades bondens guld På 1800-talet var föremål av mässing mycket populära. De räknades som riktiga statusprylar och mässingen kallades för ”bondens guld”. Mässing är en legering av koppar och zink. Idag används mässing bland annat till patronhylsor, skruvar och musikinstrument.

327

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 327

2013-04-24 16.00

1 2 . M E TAL LE R

Rostfritt stål har en skyddande hinna Du vet redan att stål är en blandning av järn och kol – det är alltså en legering. Trots det kallas stål som bara innehåller järn och kol för olegerat stål. Med legerat stål menas istället stål som har fö blandats med andra metaller, som krom och nickel. bl Rostfritt stål är ett exempel på legerat stål. Det innehåller minst 12 % krom. Tack vare kromen får stålet en tunn le sskyddande hinna av kromoxid. Den hindrar stålet från att rrosta. Nicklet gör att stålet går lätt att forma.

Kan du se spegelbilden i den blanka kastrullen?

Metallglaser – framtidens legeringar Tekniker och forskare utvecklar hela tiden nya legeringar, som passar bättre för nya användningsområden. En sådan typ av nya legeringar är metallglaser. Att ordet slutar på ”glas” betyder inte att legeringarna är genomskinliga. Istället talar det om att atomerna ligger i oordning. I andra metaller och legeringar ligger metallatomerna i ett regelbundet mönster. metallglaserna har man blandat metallatomer som är välMen i me digt olika stora. Därför kan atomerna inte lägga sig i ett stelt mönster, och det gör att metallglaserna får nya egenskaper. De är mycket mer formbara än andra legeringar. Det går till exempel att gjuta väldigt komplicerade former på samma sätt som med plast. Dessutom är de lättare att smida och valsa än andra legeringar. Samtidigt är metallglaserna starkare än till exempel rostfritt stål. De får inga repor och de kan inte rosta. Det mest kända metallglaset kallas Liquidmetal och innehåller titan, zirkonium, nickel, koppar och beryllium. Det används bland annat i armbandsur, mobiltelefoner och bärbara datorer.

TESTA DIG SJÄLV 12.4 FÖRKLARA BEGREPPEN • legering • brons • mässing • olegerat stål • legerat stål • rostfritt stål • metallglas

Varför använder vi legeringar istället för rena metaller?

328

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 328

2013-04-26 13.54

12. METAL LE R

12.5

Korrosion – metaller som gnags sönder

I december 1967 störtade Silver Bridge-bron över Ohioﬂoden i USA samman. Många bilar föll ned i ﬂoden och 46 människor dödades. Anledningen till att bron rasade var att en liten del i en hängkabel hade rostat sönder. Varför rostar järn och andra metaller och hur kan man förhindra det?

Metaller som korroderar blir föreningar igen När vi tar upp malm ur gruvorna innehåller den metalljoner, som är bundna i kemiska föreningar. För att förvandla malmen till ren metall går det åt mycket energi. Anledningen är att de flesta metaller hellre ingår i kemiska föreningar än är ren metall i grundämnesform. Därför är det inte så konstigt att metallerna lätt förvandlas till kemiska föreningar igen. Det är till exempel det som händer när järn rostar. Järnmetallen reagerar med syre och blir järnoxid, som är en kemisk förening. När metaller blir kemiska föreningar igen säger vi att de korroderar. Det kommer från ett latinskt ord som betyder ”gnagas sönder”. Reaktionen kallas för korrosion.

Den 15 december 1967 rasade Silver Bridge-bron över Ohioﬂoden samman, mitt i eftermiddagsrusningen. Tiotals bilar försvann i djupet och 46 personer omkom. Orsaken till olyckan var att en enda av ﬂera hundra stållänkar som höll upp bron hade rostat. Så korrosion kan bokstavligen vara en fråga om liv och död.

329

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 329

2013-04-24 16.00

1 2 . M E TAL LE R

PERSPEKTIV

KEMIN STOPPAR TJUVARNA

Kopp Ko ppar ars ar sttöl ö de derr bl blev ev ett sam am mhälllsp s ro ob bllem em I sl slut luttet av 20 200 08 8 börrja ade d pri r se et på mettalle allle len en kopp koppa ko ppar att sti pp tiga ga krafftigt kr g . Un U de derr 20 012 2 var priise sett på å ny, y, ren kop ppa ar mellan 50 och h 60 kr kr/k /kg. /k g. Skr g. k ot otha h nd ndla larrna köpte bega la gagn gnad ad d kopparr fö förr 4 till 45 40 45 kr/ r/kg k . kg Dett gjo jord rde rd e at attt liligo g r av kop oppa op ppa p rtjuva varr så såg g si sin n cch hans ti tillll snabba pen e ga garr. r. Kop oppa parr le l de er elekktrisk tr k st tr strö röm m myck my yck cke et bra ra a och ch använd nds bl nd b an and an anna natt i elsta ationer occh jä järn rnvä väga gar. r. Tjuvarn na klipptte bo b rt kop oppa park rkab abla larr so som jo jord rdar a ellled edni ning nga arna na a vid d jä ärnnvägarn rn na o occh el elst stat atio ione nern rn na oc o h gö görr dem m el elsä säkr kra. a Föl ölljd ö j en n ble lev lev strömav vbrott vb rottt och ro ch sto tora ra tåg å fö f rsen nin ngar. Kop oppa parstö öld der bllev ett sam mhälls mh lspr prob oble lem m – både i Sveri rige g och h övr vriga Eu Euro ro opa p .

334

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 334

2013-04-24 16.00

12. METAL LE R

Ny sorts s ka ab bel bel lurar a tjuvarna Ett sä ätt att tt sto t ppa ppa st pp stöl ölde derna är att byta ut kopparn rn i led e ning garna mot o bilillilga g re e met etal a ler. Problemett är bara att de in nte fungerar lika bra ra som o kop o par. Men n sv ven nskka fors rsska k re hittade de en lösning. De uppfann ett nytt materrial, med e trå åda d r av stål som är inbakade i kopp pparmetall. Kab blarna lan ansera an ade d s 2011–2012. De e ha h r nästan n likka hög hö g ledn dn nin i gsförmåga som m re rena kopparkkablar. Men de lu urar tjuv tj u arrna na. Tjuvarna använde er of o ta mag gne eter fö för att ta red eda på p om en elledning innehåller kop oppa op p r. Ren e kop o parr ärr int nte e ma magn g egn tisk ti sk.. M Me en fastän det finnss koppa ar i de dett ny nya a ma mate teri rial a et så är det ändå än då å magnetiskt, tack va are e stå åle et i bl blan andn dnin inge gen. n. Och tju juva varn rna a blir bl irr grundlurade! Men Me n de dett ka kans nske k bäs ke ästa ta a av allt är attt up ppfi pfin nna narn rna a gj gjor orde de ett ma ate teri r al som ri om sak akna n r sk na skro skro otv t är ä de e. De D t är ä för ö svå ör vårt rt att rt tt sep epar a er ar era a fram koppa fram fr arn rn ur blandn niin nge gen n för at attt de et sk ska ka löna lö öna sig g.

Vilka kunskaper i kemi använde forskarna som uppfann kabeln utan skrotvärde? Hur tror du att de resonerade när de tänkte ut vilka egenskaper det nya materialet måste ha? Kan du komma på några nackdelar med det nya kabelmaterialet? Finns det andra sätt att utnyttja kemi för att stoppa brottslingar eller ta fast dem?

335

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 335

2013-04-24 16.00

1 2 . M E TAL LE R

SAMMANFATTNING

12.1

Metaller har speciella egenskaper

• Typiska metallegenskaper är metallglans, bra ledningsförmåga för ström och värme samt smidbarhet. • Metallegenskaperna beror till stor del på metallbindningen som håller ihop alla atomer i en metallbit i en enda jättestor bindning.

12.2

Från malm till metall

Många metaller är spegelblanka.

• I naturen ﬁnns metallerna oftast som joner i kemiska föreningar – mineraler. En malm är ett mineral som det lönar sig att omvandla till metall. • Utvinning och användning av metall kan delas in i sju steg: malmbrytning, krossning, anrikning, kemisk omvandling till metall, rening, användning i produkter, sophantering/återvinning. • När man gör järn hettar man upp malm med kol i en masugn. Kolet reagerar med oxidjonerna i järnmalmen och bildar koloxider. Järnjonerna blir järnmetall (järnatomer). • Rent järn är mjukt. Stål är järn med cirka 2 % kol. Kolet gör stålet hårt.

12.3

Metaller i levande livet

I masugnen blir malm till järn.

• Järn är den metall vi använder mest. Koppar används i mynt och elledningar. Aluminium är en lätt metall som är enkel att forma. • Zink används för att skydda annan metall genom förzinkning. Den används också i batterier och rörledningar. • Guld var den första metall som människor använde. Det beror på att man kan hitta det i metallform i naturen. Myntet består till 89 % av koppar. 12.4

Legeringar – metaller i blandning

• Legeringar är blandningar av metaller, eller av en metall och en ickemetall. Legeringar får andra egenskaper än rena metaller. De är ofta hårdare. • Brons är en legering av koppar och tenn. Mässing består av koppar och zink. • Rostfritt stål innehåller oftast järn, kol, krom och nickel. Det bildas en tunn hinna av kromoxid som gör att stålet inte rostar. • Metallglaser är en ny typ av legeringar, där metallatomerna ligger i oordning. Det gör att legeringarna både är starka och lätta att forma.

Mässing är en legering.

336

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 336

2013-04-24 16.00

12. METAL LE R

12.5

Korrosion – metaller som gnags sönder • De ﬂesta metaller vill helst vara kemiska föreningar. Därför reagerar de lätt med syre i luften och blir oxider. Vi säger att de korroderar. • För att järn ska rosta behövs både syre och vatten. Salt gör att det går fortare. • Aluminium, krom och zink får en skyddande oxidhinna som hindrar korrosion. • För att skydda metaller mot korrosion måste vi hindra luft, vatten och salt från att komma åt metallen. Det kan vi göra genom målning, legering eller med en skyddande hinna av en annan metall.

12.6

Cykelställ utan rostskydd.

Metaller som reagerar – batterier och elektrokemisk korrosion • Vi kan bygga ett batteri genom att stoppa in ett koppargem och en järnspik i en citron. När vi använder batteriet förvandlas järnspiken till järnjoner. Batterier som vi köper i affären fungerar på liknande sätt. • Om två olika metaller är i kontakt med varandra och det ﬁnns vatten mellan dem, kan den mest oädla metallen förvandlas till joner.

Ett citronbatteri.

• En offeranod är en bit av en oädel metall som man använder för att hindra en lite mer ädel metall från att korrodera. Offeranoder används till exempel på bensinmackar och fartygsskrov.

337

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 337

2013-04-24 16.00

1 2 . M E TAL LE R

FINALEN 1

Vilka av följande material är rena metaller? A B

Järn Koppar

C D

Glaskeram Brons

E F

Guld Stål

Hur går det till när vi får fram huvuddelen av våra metaller? Vem har rätt?

Man krossar malmen och samlar ihop metallklumparna som ﬁnns inuti.

Man bara smälter malmen. Då sjunker stenen till botten och den smälta metallen hamnar ovanpå, så att man kan ta vara på den.

Ma Malmen är en blandning av sten och metallat atomer, så man måste ma mala sönder malmen oc och sedan separera fra fram metallatomerna.

B C

Legering Masugn Korrosion Offeranod

A B C D

Förvandlar järnjoner till råjärn När metaller förvandlas till joner och förstörs En mycket oädel metall som skyddar en som är lite ädlare En metallblandning

Vilken ska bort? Förklara varför. a) A B C D

I malmen ﬁnns det kemiska föreningar som innehåller metalljoner. För att få riktig metall måste man använda kemiska reaktioner där metalljonerna förvandlas till metallatomer.

Para ihop alternativ A–D med rätt siffra. 1 2 3 4

G Rost H Titan

anrikning korrosion metalloxid rost

b) A B C D

aluminium mässing olegerat stål brons

Vilka påståenden är sanna och vilka är falska? Motivera. A B C D E F

En malm är en bergart som har metallklumpar i sig. En människa har mer än 1 kg metalljoner i kroppen. Om man blandar ﬂera olika metaller får man en ädel metall. Olegerat stål är en legering av järn och kol. I batterier lämnar metaller ifrån sig elektroner och blir joner. Rostfritt stål är målat med en tunn lack som gör att det inte rostar.

338

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 338

2013-04-24 16.00

12. METAL LE R

Viktor bor vid kusten och Hugo bor i inlandet. Hugo och Viktor ﬁck nya, likadana cyklar ungefär samtidigt, men Viktors cykel är mycket rostigare. Här är några förklaringar till varför Viktors cykel har rostat snabbare. A B

C D

Viktor är inte lika noga med att ställa in cykeln i garaget när han inte använder den. Hugo cyklar aldrig på vintern, men Viktor cyklar hela året. På vintern tar kommunen bort halka på gatorna och cykelbanorna med salt. Och salt gör att stål rostar lättare. För att stål ska rosta behövs det vatten och syrgas. Luften är fuktigare vid kusten än i inlandet, och det är därför Viktors cykel rostar fortare. Fastän båda cyklarna kommer från samma fabrik är stålet lite sämre i Viktors cykel.

Vilken eller vilka förklaringar till varför cyklarna inte rostar lika fort bygger på naturvetenskap? Förklara varför. Vilken eller vilka förklaringar tror du mest på? 7

I en skidort i Lappland har det blivit hetsig debatt. Orsaken är att ett gruvföretag har upptäckt att det finns mycket platina i berget där skidbacken ligger. Så här säger Petter Fjällberg, som är VD för skidanläggningen: ”Om de börjar bryta platina här förstör de berget för alltid. Är det värt att förstöra våra fina backar för jobb som inte finns kvar om tio år? Så rösta nej i kommunfullmäktige på onsdag!” Så här säger Annika Bolander, som är informationsansvarig vid gruvföretaget: ”Vi garanterar 100 personer heltidsanställning under de närmaste tio åren. Platina är dessutom en både värdefull och sällsynt metall, och vi måste utnyttja jordens resurser. Vi hoppas på ett positivt beslut på onsdag.” a) Har de här påståendena naturvetenskaplig grund? Förklara varför. b) Tänk dig att du är kommunpolitiker och ska rösta på mötet. Röstar du ja eller nej? Vilka argument är mest avgörande för dig?

I nya bilar använder man mer och mer plast och aluminium istället för stål i delar av karossen. Vilka fördelar och vilka nackdelar har det?

Tänk dig att alla metaller plötsligt skulle ta slut. a) Inom vilka användningsområden skulle det vara svårast att hitta material att ersätta dem med? b) Det skulle bli absolut nödvändigt att återvinna all metall som redan ﬁnns. Ge förslag på korta reklamtexter som påminner folk om att de måste lämna allt metallavfall till återvinning.

339

314-339 Kap 12 Spektrum Kemi.indd 339

2013-04-24 16.00

SPEKTRUM

KEMI

Best.nr 47-10670-7 Tryck.nr 47-10670-7

Folke Nettelblad Karin Nettelblad

Repro 8_Omslag-Kemi-Grundbok_Spektrum.indd 1

2013-04-26 07.11