Kim Bruun Søren Munthe Hans Birger Jensen Karsten Ulrik Jensen. IsisKemi C

Transkript

1 Kim Bruun Søren Munthe ans Birger Jensen Karsten Ulrik Jensen Kemi

2 Kemi Kim Bruun Karsten Ulrik Jensen Søren Munthe ans Birger Jensen (red.)

3 Indholdsfortegnelse Kemi Kim Bruun, Karsten Ulrik Jensen, Søren Munthe, ans Birger Jensen og Systime A /S Kopiering fra denne bog må kun finde sted i overensstemmelse med aftale mellem opy-dan og Undervisningsministeriet Ekstern redaktion: ans Birger Jensen mslagsillustrationer: Forside: Poul Ib enriksen Fotografi, Århus Bagside: statue, Bridgeman Art Library/ Freud Museum, London mslag og layout: Anne ansen Sat med learly Roman 9/11,5 Grafisk tilrettelæggelse/produktion: DanskMedieDesign A /S Trykt hos Nørhaven A /S, Viborg Printed in Denmark udgave, 2 oplag ISBN udgave, 1 oplag 1999 Skt Pauls Gade 25 DK-8000 Århus Tlf : www systime dk takker Thomas B Thriges Fond og Undervisningsministeriets Mediesektion for økonomisk støtte Forord side 5 Grundstoffer og molekyler side 6 1 Ferien er forbi side 8 2 En kemisk reaktion side 10 3 Grundstoffer side 12 4 Elektronstruktur side 14 5 Grundstoffernes periodesystem side 16 6 Periodicitet og atommasse side 18 7 Reaktionsskemaet side 20 8 arbon side 22 9 Metaller og ikke-metaller side alogener side Grundstofferne i atmosfæren side Molekylforbindelser side Molekylers form side Elektronegativitet side 34 pgaver side 36 arbonholdige forbindelser side arbonhydrider side Alkaner side Navngivning af alkaner side Alkanernes egenskaber side Raffinering af råolie side Alkener side Plast side Arener side rganiske halogenforbindelser side 56 pgaver side 58 Mængdeberegning side Stofmængde side Beregningsskemaet side Ækvivalente mængder side Gassers molare volumen side Idealgasligningen side Grænseværdier side Kemikaliemærkning side Kemikalieaffald side 76 pgaver side 78 Ioner side Ioner side Ionforbindelser side Ioners navne side Eksempler på salte side Ioner og vand side Stofmængdekoncentration side Formel og aktuel koncentration side

4 Forord Indholdsfortegnelse 39 pløselighed side Fældningstitrering side Endoterme og exoterme reaktioner side 100 pgaver side 102 Syrer og baser side Syrer og baser side Vand side Vigtige syrer og baser side p side Måling af p side Blanding af syrer og baser side Syre-basetitrering side 118 pgaver side 120 Redoxreaktioner side Redoxreaktioner side Spændingsrækken side xidationstal side Afstemning af redoxreaktioner side Flere redoxreaktioner side ypochlorit side 134 pgaver side 136 Teknisk kemi side Sur nedbør Problemet side Sur nedbør Løsningen side Korrosion side Elementer side Elektrolyse side Kobber side Guld og sølv side Titan side 154 pgaver side 156 Fede forbindelser side xidation af carbonhydrider side Alkohol side hromatografi side arboxylsyrer side rganiske salte side Emulsioner side Fedtstoffer side hokolade side 174 pgaver side 176 Illustrationsliste side 178 Stikordsregister side 179 Tabeller side 181 er et undervisningssystem i kemi Det er rettet mod de gymnasiale uddannelsers -niveau Systemet omfatter egentlige tekstsider, traditionelle og interaktive opgaver, supplerende tekster, facitliste, videooptagelser af kemiforsøg, øvelsesvejledninger, arbejdsark, en række hjælpeprogrammer, links til relevante Internetsider m v Alt materialet findes på en cd-rom, men hovedteksten, mange af opgaverne og nogle hyppigt brugte tabeller er desuden samlet i den bog, der følger med cd-rom en ovedteksten er organiseret i 70 opslag I mange tilfælde vil et opslag svare til den stofmængde, der gennemgås på en normal lektion, men det er naturligvis også muligt at opdele teksten frit Derudover indeholder bogen en række opgaveopslag og et opslag med tabeller pslagene er samlet i 8 emnemæssigt afgrænsede dele Efter hver del findes en række opgaver af forskellig sværhedsgrad Sværhedsgraden er markeret med små stjerner En del af opgaverne forudsætter, at eleverne på egen hånd indhenter information fra tabelværker, databaser, opslagsværker, Internettet el lign Disse opgaver er markeret med et lille i Inddelingen i opslag genfindes på cd-rom en, hvor der til hvert opslag findes interaktive opgaver, supplerende tekst, videosekvenser o a, som kan anvendes enten på klassen eller i forbindelse med forberedelse og repetition Under hvert opslag kan man desuden se den tilsvarende bogtekst På cd-rom en findes også -udgaver af undervisningsprogrammerne Mendelejev, rganica, Laborica, Systimes Kemidatabase og hemi- Solve Mendelejev er en database med oplysninger om periodesystemet, rganica er et program til indlæring af organiske forbindelsers navne, Laborica er et mærkningsprogram med oplysninger til mærkning af alle stofferne på Listen over farlige stoffer, Systimes Kemidatabase indeholder kemiske og fysiske data for en række organiske forbindelser, og hemisolve er et program til kemisk mængdeberegning Til systemet er knyttet en Internet hjemmeside Fra cd-rom en kan man klikke sig direkte til hjemmesiden På hjemmesiden er der links til internetadresser, der knytter sig til de enkelte opslag i bogen, og andet supplerende materiale Øvelsesvejledninger og arbejdsark kan købes i en særskilt mappe Mappen med øvelsesvejledninger indeholder 35 øvelsesvejledninger og 15 arbejdsark Både øvelsesvejledninger og arbejdsark kan gratis nedtages fra hjemmesiden som Word 97 dokumenter og pdf-format -gruppen, april

5 Grundstoffer og molekyler 1. Ferien er forbi 2. En kemisk reaktion 3. Grundstoffer 4. Elektronstruktur 5. Grundstoffernes periodesystem 6. Periodicitet og atommasse 7. Reaktionsskemaet 8. arbon 9. Metaller og ikke-metaller 10. alogener 11. Grundstofferne i atmosfæren 12. Molekylforbindelser 13. Molekylers form 14. Elektronegativitet pgaver 6 7

6 1 Ferien er forbi Udendørs møbler laves ofte af PV-plast PV-plasten er let at formgive, den kan tåle fugt og store temperatursvingninger, den er relativt let at holde ren, den kræver næsten ingen vedligeholdelse, den vejer minimalt i forhold til styrken og den er ikke dyr De mange gode egenskaber til trods er PV ikke længere så populært Det kan du læse mere om på opslag 21 Grundstoffer og molekyler Billedet her viser en typisk feriesituation for mange danskere. Selv en kemilærer kan under sådanne forhold komme til at glemme alt om kemi. Teksten ved billederne minder om, at der er kemi i alt. Vandet i et badebassin tilsættes chlor for at hæmme væksten af alger, bakterier og andre mikroorganismer I praksis bruges dog stoffet hypochlorit, der har samme virkning ypochlorit er også det aktive stof i en række blege- og rengøringsmidler (fx Klorin ) Mange får en mærkelig hud af at svømme meget i badebassiner og tror, det skyldes chlorindholdet, men det er i regelen badevandets surhedsgrad, der giver problemerne Der står mere om chlor på opslag 10 og 54 og om surhedsgrad på opslag 45 og på de følgende opslag Vandet og de chlorholdige forbindelser i vandet er kemisk ret aggressive over for metaller verken jern eller aluminium kan tåle det i længden hrom er derimod temmelig modstandsdygtigt, men det er kun tilsyneladende, for chrom omdannes også Forskellen er, at de dannede chromforbindelser bliver hængende fast til metallet og beskytter det mod videre omdannelse Reaktionerne mellem metaller og oxygen, vand og andre stoffer kan du læse mere om fra opslag 49 Tidligere bestod læskedrikke af frugtsaft, vand og carbondioxid Mange læskedrikke er i dag hel-syntetiske varer, hvor alle smags- og farvestoffer er fremstillet på kemiske fabrikker Læskedrikkene er kemisk set en opløsning af syrer, ioner, frugtsmagende forbindelser og syntetiske sødestoffer pløsningen er desuden overmættet med carbondioxid på gasform Du kan læse om gasser på opslag 27 og 28, opløsninger fra opslag 36 og syrer fra opslag 42 Solcreme består af en almindelig creme, der er tilsat en eller flere kemiske forbindelser, der kan forhindre en del af solens ultraviolette lys i at nå huden remen skal trænge ind i huden, så huden ikke bliver fedtet og ulækker, men solbeskyttelsesstoffet skal blive på overfladen for at beskytte g når man er færdig med solbadningen, skal cremen helst kunne vaskes af Der står mere om cremer på opslag

7 2 En kemisk reaktion Syre xygen Sauerstoff xygéne Ilt (svensk) (engelsk) (tysk) (fransk) (dansk) Grundstoffer og molekyler Afbrænding af gas fra en bunsenbrænder er en simpel kemisk reaktion. Stofferne, der skal reagere med hinanden, kaldes for reaktanter, mens de dannede stoffer kaldes for produkter. En kemisk reaktion kan beskrives med et reaktionsskema. Både grundstoffer og kemiske forbindelser kan findes som rene stoffer og i blandinger. Flamme a. 1500º a. 500º Luftspjæld Vi skal straks undersøge et eksempel på en kemisk reaktion: gas der brænder i atmosfærisk luft I ethvert kemilaboratorium findes nogle specielle gasbrændere, der kendes under navnet bunsenbrændere De er opkaldt efter den tyske kemiker Bunsen Du kan læse mere om ham på cd-rom en Bunsenbrænderen kan indstilles, så gas og luft blandes inden gassen antændes Når brænderen er indstillet på den måde, fås en klar, blålig flamme med en høj temperatur Lyset og varmen vil en kemiker tage som ret sikre tegn på, at der sker en kemisk reaktion, dvs et eller flere stoffer omdannes til et eller flere andre elt sikker kan man ikke være fx er en almindelig elpære jo også både varm og lysende For at være sikker må man undersøge, hvilke stoffer der er til stede, inden man antænder gasblandingen, og sammenligne med de stoffer, man kan finde i luftstrømmen oven over flammen vis der er dannet nye stoffer, er der sket en kemisk reaktion De stoffer, der er til stede inden reaktionen finder sted, kaldes for reaktanter I dette tilfælde er en af reaktanterne naturligvis gas Den gas, der kommer ud af gashanerne på din skole, regner vi med i det følgende består af den kemiske forbindelse methan rdet gas er en almindelig betegnelser hentet fra hverdagens sprogbrug og har ikke nogen præcis betydning Inden for kemien er en gas normalt det samme som en luftart Methanet reagerer med en eller flere luftarter fra den atmosfæriske luft Atmosfærisk luft er en gasblanding, idet den består af gasserne ilt og kvælstof Ilt og kvælstof er gamle danske betegnelser for de to luftarter I en verden med stadig større international handel og kommunikation kan det være en lettelse i hvert fald på langt sigt at bruge internationale betegnelser Ilt hedder således oxygen og kvælstof hedder nitrogen I resten af denne bog bruges konsekvent de internationale betegnelser Der er cirka 4 gange så meget nitrogen, som der er oxygen i atmosfæren Atmosfærisk luft indeholder også små mængder af andre stoffer end oxygen og nitrogen Det står der mere om på opslag 11 Vi kan ikke uden videre se, om både nitrogen og oxygen i den atmosfæriske luft omdannes i flammen, men eksperimenter kan let vise, at det kun er oxygen I luftstrømmen oven over flammen, kan man påvise to andre stoffer: vand og carbondioxid De stoffer, der dannes ved den kemiske reaktion, kaldes produkter Afbrændingen af gas i atmosfærisk luft kan vi nu beskrive rent kemisk: Reaktanterne methan og oxygen omdannes til produkterne carbondioxid og vand Det kan gøres lidt kortere ved hjælp af plus-tegn og en reaktionspil: methan + oxygen carbondioxid + vand Pilen læses omdannes til eller kortere bliver til En kemisk reaktion kan således beskrives med reaktanterne, en reaktionspil til at markere reaktionen eller omdannelsen og endelig produkterne Denne opstilling kaldes et reaktionsskema Reaktionsskemaerne spiller en helt central rolle i moderne kemi Grundstof xygen og nitrogen er grundstoffer Alt stof er opbygget af atomer, der igen er opbygget af elektroner, protoner og neutroner I et atom er der lige mange elektroner og protoner, mens antallet af neutroner kan variere I et grundstof har alle atomer det samme antal protoner I oxygen har atomerne 8 protroner, mens de har 7 protoner i nitrogen Kemisk forbindelse Methan, carbondioxid og vand er kemiske forbindelser I kemiske forbindelser er atomer fra forskellige grundstoffer bundet sammen Både grundstoffer og kemiske forbindelser kan findes som rene stoffer og i blandinger: Et rent stof Methan er et rent stof I et rent stof er alle delene ens En blanding Atmosfærisk luft er en blanding I en blanding findes flere forskellige stoffer Billederne viser en anden kemisk reaktion Først blandes de to rene grundstoffer jern og svovl Der sker ikke umiddelbart nogen kemisk reaktion de to stoffer kan uden videre adskilles, fx med en magnet eller ved at komme blandingen i vand Først når blandingen opvarmes, går reaktionen i gang selv om bunsenbrænderen fjernes, fortsætter indholdet i glasset med at gløde Produktet er en kemisk forbindelse mellem jern og svovl, hvor de to grundstoffer ikke uden videre kan adskilles 10 11

8 3 Grundstoffer Alle isotoper af dette grundstof er radioaktive alveringstid for den mest stabile isotop a (lat. annus) år d (lat. dies) dag h (lat. hora) time Fotoet fortæller om udseende og tilstandsform metal hhv. ikke-metal vigtige modifikationer særlige reaktionsvillighed med luft eller luftfugtighed (med henblik på opbevaring af stoffet) ved gasser: den foreskrevne farve for gasflasker Grundstoffer og molekyler Atomsymbol Atomer er opbygget af positive protoner, neutrale neutroner og negative elektroner. Protoner og neutroner findes i atomets kerne. Atommasse for den mest stabile isotop Atomnummer = antal protoner i atomkernen = antal elektroner Atommassen i u Gennemsnitsværdien af den naturligt forekommende isotopblanding, afrundet til 1 decimal. 1 u = 1/12 af massen af et 12 -atom Atomer af samme grundstof, men med forskelligt antal neutroner, kaldes isotoper. Grundstofferne har hver sit nummer, navn, symbol og atommasse. Skemaet på dette opslag er en oversigt over samtlige grundstoffer Det kaldes grundstoffernes periodesystem Ideen i periodesystemet bliver gennemgået i de følgende opslag Atomer er som nævnt opbygget af protoner, elektroner og neutroner Både protonerne og elektronerne er elektrisk ladede En elektron og en proton har lige stor ladning, men ladningerne er modsatte Man har vedtaget at kalde elektronernes ladning negativ og protonernes positiv Da atomerne er elektrisk neutrale udadtil, må der være lige mange elektroner og protoner i hvert atom Selv om atomer fra samme grundstof altid har samme antal protoner, kan de godt indeholde et forskelligt antal neutroner Atomer af samme grundstof, men med forskelligt antal neutroner, kaldes isotoper Isotop betyder samme sted, nemlig samme sted i periodesystemet Neutronerne er elektrisk neutrale De findes sammen med protonerne inden for et meget lille område i centrum af atomet Dette område kaldes for kernen eller nucleus Neutronerne bevirker, at de positive protoner ikke frastødes af hinanden, og jo flere protoner, der er i atomet, desto flere neutroner er nødvendige Alle grundstofferne har: et nummer, et eller flere navne et symbol og en atommasse. Nummeret, der også kaldes atomnummeret, er det samme som antallet af protoner i hvert af grundstoffets atomer Der findes atomer med et vilkårligt antal protoner fra 1 og op til godt og vel 110, og dermed er der også godt og vel 110 grundstoffer Det er kun de 90, der er naturligt forekommende Resten er menneskeskabte Alle grundstofferne har et internationalt navn, der har rod i latin eller græsk eller i det mindste med latinsk/græsk endelse: hydrogen, helium, lithium, beryllium osv De mest brugte og kendte har også et nationalt navn: brint, kulstof, kvælstof, ilt osv Grundstofsymbolet består af et eller to bogstaver, hvoraf det første er et stort bogstav Atommassen bliver gennemgået på opslag 6 I det viste periodesystem er medtaget atommassen, atomnummeret og atomsymbolet Bag i bogen findes en tabel med navnene på grundstofferne Det forventes, at du kan de første 18 udenad På cdrom en er nogle opgaver, der kan hjælpe dig med at lære navnene 12 13

9 4 Elektronstruktur 2 i 1. skal 8 i 2. skal 7 i 3. skal Grundstoffer og molekyler Skalmodellen er en forenklet beskrivelse af de uhyre små atomer. Efter denne model for deles elektronerne i et antal kugleskaller omkring kernen. I skallerne kan være 2, 8 eller endnu flere elektroner. Der kan dog højest være 8 elektroner i den yderste skal. Elektronernes fordeling i skallerne kan angives som fx i carbon: : (2,4) 5 km De enkelte atomer er meget små En lille vanddråbe fylder ca 50 mm 3 vis der hvert sekund fordamper 1 million vandmolekyler fra overfladen på sådan en vanddråbe, vil det vare ca 50 millioner år, før dråben er væk! Atomerne er så små, at de hver for sig ikke kan ses Deres radius er kun omkring en timilliardtedel af en meter Gennem et utal af undersøgelser og målinger har man efterhånden alligevel fået en ret velunderbygget forestilling om, hvordan elektroner og protoner spiller sammen om at give hvert grundstofs atomer dets særlige egenskaber og det er yderst komplicereret! Vi skal derfor se, hvordan man meget forenklet kan beskrive, hvordan elektronerne opbygger atomerne Skalmodellen Grundlæggende er opbygning og egenskaber bestemt af elektronernes og protonernes elektriske ladninger De negative elektroner og de positive protoner i kernen vil nemlig tiltrække hinanden, mens elektronerne indbyrdes frastøder hinanden I det simpleste tilfælde hydrogenatomet skal en beskrivelse af atomet kun kunne gøre rede for tiltrækningen mellem én elektron og én proton i kernen Det er overkommeligt, men allerede for helium bliver det meget kompliceret For de følgende grundstoffer er det en næsten uoverkommeligt opgave at lave en komplet beskrivelse I et større atom bliver ikke mindst elektronernes gensidige påvirkning aldeles uoverskuelig På den baggrund har vi valgt her at støtte os til en meget forenklet beskrivelse, som kaldes skalmodellen Fra og med grundstof nummer 19 har atomerne elektrokernen, og cirklerne uden om er skallerne Tegningen forestiller et atom med elektroner i 3 skaller Da kernen er så lille, kan størrelsesforholdet mellem kernen og hele atomet ikke vises korrekt på sådan en figur Elektronerne er i sig selv endnu mindre end kernen, men elektronerne bevæger sig meget hurtigt rundt inden for deres skaller Elektronerne udfylder derfor i praksis altid hele skallen og størrelsen af skallerne afgør atomets udstrækning På tegninger markerer man i regelen hver elektron med en prik på den cirkel, der viser den pågældende elektrons skal Elektronstruktur Elektronernes fordeling i de forskellige skaller, kaldes atomernes elektronstruktur Elektronerne vil fortrinsvis findes i de inderste skaller, men der kan kun være et vist antal elektroner i hver skal: i 1 skal højest 2 elektroner, i 2 skal højest 8 elektroner, i 3 skal højest 18 elektroner, i 4 skal højest 32 elektroner I de næste skaller kan der teoretisk være endnu flere elektroner Grundstofferne med høje numre har elektroner helt ud til 7 skal, men ingen atomer har mere end 32 elektroner i en skal Figuren nederst på siden viser elektronstrukturen hos grundstofferne op til nummer 18 pstillingen svarer til systemet vist på forrige opslag På tegningerne er de fleste elektronprikker sat 2 og 2 Det afspejler, at elektronerne oftest optræder sammen parvis I de yderste skaller kan der godt være uparrede elektroner ner i den yderste skal, selv om den næstyderste ikke er fyldt helt op jern er et eksempel Det er ikke muligt ud fra skalmodellen at forklare denne og tilsvarende afvigelser fra en simpel opfyldning af skallerne Vi skal nøjes med at fremhæve en vigtig hovedregel: Der er højest 8 elektroner i yderste skal vis man vil angive elektronstrukturen for et atom, kan man skrive grundstofsymbolet efterfulgt af antallet af elektroner i hver skal Eksempler: : (1) Natrium har 2 elektroner i 1 skal, 8 i 2 skal og 1 i 3 skal Det skrives: Na: (2,8,1) Jernatomer har fyldt 1 og 2 skal, i 3 er der 14 og i 4 skal 2 elektroner Det bliver: Fe: (2,8,14,2) 1. og 2. skal er fyldte 17 hlor er grundstof nummer 17 Der er 17 protoner og 17 elektroner l 1 2 Kirke Et bykort er også en forenklet beskrivelse af virkeligheden, dvs en model Byen er en kompliceret samling af huse og haver, veje og pladser, indhegninger og passager, osv Et bykort, hvor kun de store veje er tegnet på, giver et godt overblik for den, der vil køre hurtigt gennem byen Men en fodgænger, der lever i byen, har brug for mange flere detaljer De positivt ladede protoner sidder godt gemt i kernen inde midt i atomet Kernen fylder kun omkring en titusindedel af atomet Det er derfor elektronerne uden om kernen, der faktisk udfylder atomet Der sker langt lettere ændringer ved elektronerne end protonerne Der gælder helt generelt: Ved kemiske reaktioner påvirkes alene elektronerne og endda kun de yderste elektroner. I skalmodellen laver man den forenkling at antage, at alle elektronerne bevæger sig inden for områder, der har form som kugleskaller Når disse skaller tegnes, bliver kugleskallerne i reglen til cirkulære baner Kernen findes i centrum af skallerne Som vist på figuren øverst på næste side kan elektronerne fordeles i flere kugleskaller, der ligger uden om hinanden Prikken i midten forestiller 3 4 Li Be Na Mg e B N F Ne Al Si P S l Ar 14 15

10 5 Grundstoffernes periodesystem Grundstoffer og molekyler Grupperne i periodesystemet med flest grundstoffer kaldes hovedgrupper, resten undergrupper. Grundstoffer i samme hovedgruppe har samme antal elektroner i yderste skal. Gruppe 8 kaldes ædelgasserne. Gruppe 7 halogenerne. Gruppe 1 indeholder alkalimetallerne. Antallet af elektroner i yderste skal kan angives ved hjælp af elektronprikformler. Vi kan nu forklare baggrunden for den særlige opstilling af grundstofferne, der er vist på opslag 3 Den er nemlig baseret på grundstoffernes elektronstruktur De vandrette rækker kaldes perioder, og søjlerne i systemet kaldes grupper Systemet er ordnet sådan for at give grundstofferne i samme gruppe med enkelte undtagelser det samme antal elektroner i yderste skal og dermed også en række fælles egenskaber Gruppen af grundstoffer i slutningen af hver periode har således netop 8 elektroner i yderste skal (bortset fra helium, der har 2) mvendt har gruppen af grundstoffer i begyndelsen af hver periode kun en elektron i den yderste skal, mens de i den næstyderste har otte (bortset fra grundstofferne i de første to perioder) Man skelner mellem hovedgrupper og undergrupper, og vi vil koncentrere os om hovedgrupperne Der er en simpel sammenhæng mellem antallet af elektroner i yderste skal og hovedgruppenummeret (med undtagelse af helium): For grundstoffer i hovedgrupperne er antallet af elektroner i yderste skal det samme som gruppenummeret. Ædelgasser Gruppen yderst til højre i periodesystemet kaldes 8 hovedgruppe Grundstofferne i 8 hovedgruppe er ved stuetemperatur gasser, og disse atomer kan næsten ikke danne forbindelser med andre atomer De kaldes derfor ædelgasser Bortset fra helium har ædelgasserne 8 elektroner i yderste skal, og denne elektronfordeling giver et særligt stabilt atom elium er speciel, fordi det kun har 2 elektroner, der begge findes i første skal eliums egenskaber minder imidlertid helt om de øvrige ædelgassers, og det har derfor været naturligt at anbringe helium i samme gruppe Alkalimetallerne Grundstofferne i 1 hovedgruppe har 1 elektron alene i den yderste skal, men bortset fra denne ene elektron i den yderste skal, er elektronerne fordelt ligesom i ædelgasserne Man skelner ofte mellem hydrogen på den ene side og resten af hovedgruppen på den anden ydrogenatomet har kun 1 elektron i alt, og har ikke mange egenskaber fælles med de andre grundstoffer i 1 hovedgruppe ydrogen ligner imidlertid heller ikke andre grundstoffer, så man har valgt at lade det blive stående i gruppe 1! De seks andre grundstoffer i 1 hovedgruppe kaldes alkalimetallerne Den ene elektron i den yderste skal er relativt let at fjerne Da elektronen bærer en negativ ladning, vil atomet uden denne elektron få en positiv proton i overskud og derved blive positivt ladet Et ladet atom kaldes en ion Alkalimetallerne danner altså let positive ioner De fleste forbindelser, der indeholder disse ioner, er letopløselige i vand Både grundvand, ferskvand og havvand indeholder opløste natriumog kaliumsalte I særligt tørre ørkenområder findes store aflejringer af letopløselige alkalimetalsalte rdet alkali stammer formodentlig fra navnet Rub al-khali en ørken på Den arabiske alvø Navnet kan oversættes til det tomme område 2. hovedgruppe I 2 hovedgruppe findes de grundstoffer, der har 2 elektroner i yderste skal og samtidig i de øvrige skaller har en elektronfordeling som en ædelgas Der findes mange andre grundstoffer med 2 elektroner i yderste skal vi har allerede mødt jern og helium men de opfylder ikke reglen om, at resten skal være som en ædelgas 3., 4., 5. og 6. hovedgruppe Grundstofferne i 3 hovedgruppe har alle 3 elektroner i yderste skal Grundstofferne i 4, 5 og 6 hovedgruppe har tilsvarende henholdsvis 4, 5 og 6 elektroner i yderste skal alogener Grundstofferne i 7 hovedgruppe har alle 7 elektroner i yderste skal og derfor 1 elektron mindre end den efterfølgende ædelgas Grundstofferne i denne gruppe kaldes tilsammen halogenerne, der betyder saltdannere Gruppen behandles mere indgående på opslag 10 Undergrupper I hovedgrupperne findes knap halvdelen af grundstofferne ovedparten af resten er placeret i undergrupperne, hvor der tages hensyn til, hvor mange elektroner der er i både den yderste og den næstyderste skal Vi vil ikke her gå i detaljer med principperne, men kun påpege, at de grundstoffer, der står i samme undergruppe, på nogle måder ligner hinanden Eksempelvis står kobber, sølv og guld i samme undergruppe De ligner hinanden bl a ved at være usædvanligt gode til at lede elektrisk strøm og ved at være uopløselige i saltsyre, der ellers opløser de fleste metaller Resten af grundstofferne er placeret for sig selv Grundstofferne med numre fra 58 til og med 71 kaldes samlet lanthanider, og grundstofferne med numre fra 90 til 103 kaldes samlet actinider Lanthanider og actinider vil vi ikke beskæftige os mere med i denne bog I mange situationer er man kun interesseret i antallet af elektroner i den yderste skal Når man tegner modeller af atomer, kan man i disse tilfælde nøjes med at tegne elektronprikformler Som det fremgår af eksemplerne her, består de af grundstofsymbolet omgivet af samme antal prikker, som der er elektroner i yderste skal 1 2 e Li Be B N F Ne Na Mg Al Si P S l Ar 16 17

11 6 Periodicitet og atommasse Grundstoffer og molekyler Grundstoffernes egenskaber ændres gradvist hen gennem en periode. Mønsteret gentages i de efterfølgende perioder. Massetallet angiver summen af antallet af protoner og neutroner. Atommassen for et grundstof er et vægtet gennemsnit af massen af grundstoffets isotoper. Formelmassen er summen af atommasserne for alle atomerne i en formel. Elektronskallerne ligger uden på hinanden Man kunne tro, at atomerne simpelthen bliver større og større desto flere elektroner, de rummer 0,1 nm 4 Atomradius Grafen viser atomernes radius for hvert grundstof, og det fremgår tydeligt, at sammenhængen ikke er helt så simpel Ser man nøjere efter, viser det sig, at alle toppunkterne findes ved grundstofferne i gruppe 1, mens minimumspunkterne findes ved ædelgasserne i gruppe 8 Grafen afspejler således, at grundstoffernes egenskaber ændres gradvist hen gennem hver periode Man kan sige, at grundstoffernes egenskaber udviser periodicitet º Smeltepunkt atomnummer Variationen i egenskaberne svarer til de første 6 perioder i periodesystemet, men den 1 periode består kun af to stoffer Periodiciteten gælder både egenskaber knyttet til det enkelte atom, som fx atomradius, og egenskaber knyttet til stoffet som sådan, fx smeltepunkt som vist på figuren nedenfor Periodiciteten for smeltepunktet er mere kompliceret end mønsteret for atomradius, men det er muligt at finde perioderne! atomnummer Atommasse En af grundstoffernes egenskaber har særlig interesse Det er atommassen For det første var periodesystemet oprindelig baseret på atommassen kombineret med en omfattende viden om periodiciteten af grundstoffernes kemiske egenskaber For det andet vil du senere få udstrakt brug for grundstoffernes atommasser Atomets masse bestemmes af massen af de elementarpartikler, der findes i atomet Man kan måle, at en proton og en neutron har næsten samme masse Massen af en elektron er derimod knap 2000 gange mindre og i praksis uden betydning for atommassen I praksis er hele atomets masse placeret i kernen (hos protonerne og neutronerne). Et atoms masse er altså bestemt af de dele af atomet, der ikke direkte deltager i kemiske reaktioner Det har den behagelige konsekvens, at atomernes masser ikke ændrer sig ved kemiske reaktioner Til gengæld har isotoper af samme grundstof forskellig masse, fordi isotoperne har forskelligt antal neutroner Massetallet I visse sammenhænge er det nødvendigt at kunne angive en bestemt isotops kernesammensætning ertil benyttes massetallet, der er summen af antallet af protoner og neutro- ner En bestemt isotop kan angives på to måder Massetallet kan skrives efter grundstofsymbolet; fx -12, der altså er en carbonisotop med massetallet 12 (og dermed 6 protoner og 6 neutroner) Massetallet kan også skrives før grundstofsymbolet, men så med hævet skrift; med samme eksempel: 12 Enheden Unit Massen af atomer opgives i en særlig meget lille masseenhed Den kaldes unit eller bare u Masseenheden 1 u er defineret som 1/12 af massen af et 12 -atom Massen af en proton eller en neutron bliver således meget tæt på 1 u Sammenhængen mellem de to masseenheder u og kg er fundet til: 1 u = 1, kg = 1, g Vi kan nu definere et grundstofs atommasse Atommassen beregnes som et gennemsnit af masserne af grundstoffets isotoper Ved udregningen tager man højde for, hvor stor en andel de forskellige isotoper udgør af grundstofatomerne Atommasserne angives med enheden u Massetallet = antal protoner + antal neutroner Atomnummer = antal protoner Formelmassen Da atommassen ikke ændres ved kemiske reaktioner, er det meget let at finde massen, der svarer til en bestemt formel, formelmassen Formelmassen er summen af atommasserne af de atomer, der indgår i formlen. xygenet i atmosfæren er overvejende dioxygen, 2 Det lille, sænkede 2-tal viser, at to atomer er bundet sammen xygen har atommassen 16,0 u, men dioxygen har formelmassen 32,0 u, idet begge atomer i dioxygen skal regnes med Vand har formlen 2 Det består altså af hydrogen- og oxygenatomer ( og ) 2-tallet efter -et viser, at der er to hydrogenatomer Når der ingen tal er efter grundstofsymbolet, skal man underforstå et 1-tal Formlen viser derfor, at der er 1 oxygenatom Formelmassen for vand er 18,0 u, da atommassen for oxygen er 16,0 u og massen af hvert hydrogenatom er 1,0 u 23 11Na Atomsymbol 18 19

12 7 Reaktionsskemaet Grundstoffer og molekyler Ved kemiske reaktioner er der lige mange atomer af hver slags før og efter reaktionen. Normalt afstemmes reaktionsskemaerne. Det sker ved at sætte passende koefficienter foran formlerne. Normalt medtages i reaktionsskemaet kun de stoffer, der rent faktisk deltager i reaktionen. Med (s) angives et stof på fast form, (l) betyder væske og betyder gas. Vi kan nu skrive reaktionsskemaer med formler Et simpelt eksempel er spaltningen af carbonsyre (kulsyre) til carbondioxid og vand reaktionen kan iagttages i enhver sodavand Formlen for carbonsyre er 2 3 og skemaet bliver derfor: Man skal lægge mærke til, at der er lige mange atomer af de forskellige grundstoffer før og efter reaktionen Ud over at beskrive reaktionen, udtrykker reaktionsskemaet nemlig også nogle grundlæggende forhold om stofbevarelse Det ene er, at der ikke kan dannes eller forsvinde grundstofatomer ved kemiske reaktioner Denne erkendelse er ældre end opdagelsen af atomerne, så tidligere blev den formuleret som en massebevarelse: Den samlede masse ændres ikke ved kemiske reaktioner vis man tæller antallet af elektroner og protoner på hver side af reaktionspilen, vil man også se, at ladningen er bevaret Det forekommer måske indlysende, men vi kommer senere til at se på reaktioner, hvor der indgår ladede forbindelser, og her er bevarelsen af den samlede ladning knap så tydelig Ved kemiske reaktioner bevares: antallet af hvert grundstofatom den samlede ladning og den samlede masse. (Bevarelsessætningerne) Afstemt reaktionsskema Når der er lige mange atomer af hver slags på begge sider af reaktionspilen, siges reaktionsskemaet at være afstemt Reaktionsskemaet for dannelsen af vand opfylder ikke umiddelbart dette krav: (ikke afstemt) Der er to oxygenatomer på venstre side, men kun et på højre side Problemet løses ved at tage to 2 Så kan der dannes to 2, og skemaet bliver: Nu er der 4 hydrogenatomer og 2 oxygenatomer på begge sider Et afstemt reaktionsskema har lige mange atomer af hver slags på begge sider af reaktionspilen. Tallene foran formlerne kaldes reaktionsskemaets koefficienter vis der ikke er noget tal foran en formel, underforstår man et 1-tal Det er ikke altid let at bestemme de rigtige koefficienter og dermed få et afstemt reaktionsskema Nogle gange fristes man til at ændre på formlerne, men det må man naturligvis ikke vis man gør det, bliver det jo andre forbindelser og en helt anden reaktion I reaktionsskemaerne medtages i regelen kun formlerne for de stoffer, der deltager i reaktionen Afbrænding af methan Vi har undersøgt afbrændingen af methangas med en bunsenbrænder Det beskrev vi: methan + oxygen carbondioxid + vand Med formler fås: (ikke afstemt) Reaktionsskemaet kan afstemmes med et 2-tal foran 2 og dernæst en optælling af oxygenatomer på højre side (der bliver 4) Der skal så også bruges 2 2 : Ind gennem bunsenbrænderen ledes faktisk mere nitrogen end oxygen, men da nitrogenet ikke deltager i reaktionen, er det ikke taget med i skemaet Fast, flydende eller gas Tit er det en fordel at vide, om reaktanterne eller produkterne findes på gasform, som væske eller er et fast stof Det kan man let angive i et reaktionsskema, idet man umiddelbart efter formlen skriver: (s) hvis stoffet er et fast stof (engelsk: solid ) (l) hvis stoffet er en væske (engelsk: liquid ) hvis stoffet er på gasform (engelsk: gas ) Reaktionsskemaet for dannelsen af vand bliver så: (l) I en sodende flamme brænder små stykker af carbon og danner carbondioxid: (s) En kemisk reaktion kan være et stykke magnesium, der brænder i luften fra oxygenflasken Der dannes et hvidt pulver Reaktionen beskrives med et afstemt reaktionsskema Det hvide pulver har formlen Mg og reaktionsskemaet kan derfor skrives: Mg + 2 Mg (ikke afstemt) For at få skemaet afstemt er det nødvendigt at tilføje nogle passende koefficienter: 2 Mg Mg Desuden bør man angive tilstandene: 2 Mg(s) Mg(s) Reaktionsskemaets koefficienter angiver kun forholdet mellem antallet af de atomer, der indgår i reaktionen Reaktionsskemaet er en meget abstrakt gengivelse af en kemisk reaktion Det kræver nogen træning herfra at kunne forestille sig reaktionen! 20 21

13 8 arbon Grundstoffer og molekyler Lavoisier byggede denne maskine med en stor linse På markedspladsen i Paris afbrændte han i 1775 en diamant Stoffer opbygget af det samme grundstof kan godt være forskellige. arbonatomer kan danne 4 forskellige stoffer: diamant, grafit, kulfibre og fullerener. Diamant og grafit er opbygget som atomgitre, mens 60 er opbygget af molekyler. Et molekyle har en bestemt størrelse og opbygning. Det består af mindst to atomer, der er bundet sammen. Jern og svovl er to forskellige stoffer, fordi de er opbygget af to forskellige slags grundstofatomer På billederne forneden kan du se fire andre forskellige stoffer De har forskellig hårdhed, kogepunkt, smeltepunkt, farve osv De fire stoffer er ikke desto mindre opbygget af den samme slags atomer: carbonatomer Når forskellene mellem stofferne ikke kan tilskrives forskellige atomer, må forskellene skyldes, at atomerne i hvert stof er samlet på forskellig måde Diamant I de foregående opslag er du flere gange stødt på formler for grundstoffer, hvor atomerne har bundet sig sammen to og to, fx 2 og 2 arbonatomerne opfører sig helt anderledes Lad os først se på diamanten vert af carbonatomerne i en diamant er bundet til fire andre carbonatomer, der igen er bundet til fire carbonatomer osv På den måde samler carbonatomerne sig til et stort gitterværk kun bestående af carbonatomer Strukturen i diamant ver af de sorte kugler viser et -atom Formlen for diamant kan man skrive (diamant) eller bare Som tegningerne af diamantstrukturen øverst på siden viser, kommer carbonatomerne til at sidde i et ganske bestemt mønster, som giver en særlig kraftig lysbrydning og refleksion Når diamanter slibes under hensyn til dette mønster, fremkommer et unikt og smukt lysspil Dette lysspil er en del af diamanternes fascinerende egenskaber, og diamanter har formodentlig været eftertragtede i hele menneskehedens historie Store diamanter har fået navne og er omgærdet med myter og drabelige historier om folk, der har været villige til at sælge meget andet end deres gamle mor for at få fat på dem Diamanter varer evigt : det er det hårdeste naturligt forekommende materiale, det har det højeste smeltepunkt og Strukturen af grafit vert lag er kun løst bundet til de to nabolag diamanter påvirkes ikke af noget andet stof ved almindelig temperatur Der er kun to måder at ødelægge diamanter på vis man varmer dem op sammen med oxygen, brænder de, og hvis man varmer dem op til over 1000 uden oxygen, bliver de til grafit Grafit I grafit er hvert carbonatom kun bundet til tre andre carbonatomer Derved dannes flade plader, hvor carbonatomerne sidder i sekskantede ringe ver plade er kun et atom tykt, men kan strække sig langt i længden og bredden Mellem hvert lag findes elektroner, der sidder løst bundet til atomerne Disse elektroner er ret lette at flytte og grafit er derfor elektrisk ledende men kun i retninger parallelt med pladerne De enkelte plader kan også let glide i forhold til hinanden, og derfor kan grafit bruges til blyanter og som smøremiddel Grafit er ligesom diamant opbygget som et gitterværk, der i Strukturen af 60 (fulleren) Atomerne danner et kugleformet molekyle princippet kan gøres uendeligt arbonfibre arbonfibre eller kulfibre har næsten samme struktur som grafit, men lagene er foldede og kan derfor ikke glide i forhold til hinanden Du kan læse mere om carbonfibre på cdrom en Fulleren Fullerener er nærmest en mellemting mellem diamantstrukturen og grafitstrukturen arbonatomerne bindes som i grafit kun til tre andre carbonatomer, men i skiftevis fem- og sekskantede ringe De femkantede ringe får pladerne til at bøje sig en smule og carbonpladen folder sig sammen, så carbonatomerne danner overfladen af en kugle, der minder om en (meget, meget lille) fodbold Man kan lave fullerener med forskelligt antal -atomer i kuglen, men den, der er lettest at lave, indeholder 60 -atomer og kaldes 60 -fulleren Molekyler I modsætning til både grafit og diamant består 60 -fulleren ikke af et udstrakt gitterværk, men af små ens partikler Det er sådanne ensartede partikler med en bestemt størrelse, der kaldes molekyler Et molekyle har en bestemt størrelse og opbygning Det består af mindst to atomer, der er bundet sammen Molekyler kan bestå af atomer af samme grundstof, som 60 - fulleren eller som vi tidligere har set: 2 og 2 De fleste molekyler består dog af atomer af forskellige grundstoffer, for eksempel 2 og 4 Det er vigtigt at bemærke, hvordan materialernes egenskaber både afhænger af, hvilke grundstofatomer, de består af, og hvordan disse atomer er bundet sammen Det kan sammenlignes med ord: ordenes betydning skyldes både hvilke bogstaver, der er brugt, og hvordan bogstaverne er sat sammen Diamant Grafitklumper Kulfibre spundet til tråd pløsning af fulleren 22 23

14 9 Metaller og ikke-metaller Grundstoffer og molekyler Grundstofferne kan opdeles i metaller og ikke-metaller. Ikke-metallerne er stabile som atomer eller danner molekyler. Metallerne danner atomgitre, hvor nogle af elektronerne fra hvert atom indgår i en fælles elektronsky. Skillelinien mellem metaller og ikke-metaller er ikke skarp og der findes en række grundstoffer, der kaldes halvmetaller. Siliciumskiver til fremstilling af elektroniske kredsløb de såkaldte chips alvmetallet er ultrarent: 99,9999% silicium Metallerne leder elektrisk strøm, fordi elektronerne danner en fælles elektronsky, hvor de enkelte elektroner relativt let kan flyttes Vi har tidligere inddelt grundstofferne efter deres placering i periodesystemet, idet nogle af grundstofferne findes i hovedgrupper, mens andre findes i undergrupper Man kan inddele grundstofferne efter mange andre kriterier, fx deres tilstandsform ved 20 En særlig interessant opdeling er imidlertid opdelingen i metaller og ikke-metaller Ikke-metaller arbon, oxygen og nitrogen er alle ikke-metaller og på siden her til højre findes en oversigt over disse grundstoffer samt de andre grundstoffer, der også er ikke-metaller Alle ikke-metallerne (undtagen hydrogen) findes i øverste højre hjørne af periodesystemet Det er karakteristisk for ikkemetallerne, at de enten findes som atomer det gælder ædelgasserne eller danner større eller mindre molekyler, der indeholder atomer af samme grundstof Mange af dem danner molekyler med 2 atomer, men det kan også være 4 (phosphor), 8 (svovl) eller 60 (carbon) Metaller Metallerne har også en række karakteristiske egenskaber De er uigennemsigtige og, bortset fra kviksølv, faste stoffer De har metalglans, en høj elektrisk ledningsevne, er temmelig bløde og har en større eller mindre tendens til at kunne formes i kold tilstand uden at gå i stykker Alle disse egenskaber kan tilskrives den måde metalatomerne bindes sammen på Metallerne danner ikke molekyler, men store atomgitre, hvor atomerne sidder klinet op ad hinanden millioner og atter millioner ved siden af hinanden Metallerne i 1 og 2 hovedgruppe har som bekendt henholdsvis 1 og 2 elektroner i yderste skal Elektronfordelingen i undergrupperne er lidt mere kompliceret, men det gælder også for næsten alle grundstofferne i undergrupperne, at atomerne kun har 1 eller 2 elektroner i yderste skal Metallernes elektriske ledningsevne kan forklares med, at disse yderste elektroner i hvert atom blandes med elektronerne fra naboatomerne og danner en fælles elektronsky Metallet kan altså opfattes som tætsiddende metalioner omgivet af en fælles elektronsky Elektronerne i skyen kan let flyttes og dermed lede elektrisk strøm Ioner Under passende omstændigheder (som vi vender tilbage til på opslag 32) kan man helt fjerne elektronerne i metallernes yderste skal Atomerne kommer så til at indeholde flere positive protoner end negative elektroner Atomerne bliver derfor positivt ladede ioner Metallerne danner altid positive ioner, mens de fleste ikke-metaller danner negative ioner Som nævnt i forrige opslag danner carbonatomerne også atomgitre i form af diamanter Selv om der i begge tilfælde er tale om atomgitre, har diamanter og metaller helt forskellige egenskaber, bl a er diamant (ligesom de andre ikke-metaller) ikke elektrisk ledende Der kan derfor ikke være en sky af relativt frie elektroner i diamant For at forstå disse markante forskelle, er det nødvendigt at vide mere om bindingsforholdene mellem ikke-metaller Det vender vi tilbage til på opslag 12 alvmetaller Der findes en del grundstoffer som udviser metalliske egenskaber i mindre grad, fx ved at have en ret ringe ledningsevne De kaldes halvmetaller og findes i periodesystemet ved siden af ikke-metallerne De har stor betydning inden for elektronikindustrien, idet de benyttes til at fremstille forstærkere, ensrettere og integrerede kredsløb, fx processorer til computere De vigtigste er bor, silicium, germanium, arsen og selen Nogle af metallerne kan findes i forskellige former, hvor en af formerne ikke har metalliske egenskaber Blandt brugsmetallerne er især tin kendt for ved afkøling at kunne omdannes til en ikke-metallisk form mdannelsen kan finde sted på tingenstande, der har været afkølet til et stykke under 0 Den ikkemetalliske form fremkommer som pulveragtige, hvide pletter på tingenstanden og kaldes for tinpest Skillelinien mellem metaller og ikke-metaller er altså ikke helt skarp, men kan alligevel være en nyttigt gruppering i det følgende 24 25

15 10 alogener Tandpasta tilsættes fluorsalte Store mængder natriumchlorid spredes på vejene til glatførebekæmpelse Bromsalte benyttes til fremstilling af fotografisk film Grundstoffer og molekyler Grundstofferne i 7. hovedgruppe kaldes for halogener. alogenerne er meget reaktive og tilstræber ved kemiske reaktioner at få en elektronstruktur som den nærmeste ædelgas. alogenerne fremstilles ud fra salte. Dichlor er økonomisk langt det vigtigste halogen. De frie halogener har kun få anvendelser, men kemiske halogenforbindelser findes i en lang række produkter. Grundstofferne i 7 hovedgruppe kaldes halogener I gruppen er der 5 grundstoffer: fluor, chlor, brom, iod og astat De fire første har været kendt som grundstoffer i mere end hundrede år Astat har ingen stabile isotoper, og da den mest stabile isotop har en halveringstid på kun 8 timer, findes stoffet ikke i naturen Det blev fremstillet kunstigt i 1940, men vi vil ikke omtale stoffet yderligere I de rene grundstoffer er atomerne bundet sammen to og to til di-atomige molekyler Der sker en række typiske ændringer i stofegenskaberne, når man bevæger sig ned gennem gruppen Det gælder ikke alene for halogenerne, men for alle grupperne i periodesystemet, at smelte- og kogepunkterne stiger ned gennem en gruppe For halogenerne betyder det, at ved 20 og normalt tryk er difluor og dichlor gasser, dibrom en væske og diiod et fast stof alogenerne er alle ikke-metaller, men iodkrystaller kan faktisk godt ligne metal, fordi krystallerne har den samme glans, som er typisk for metallerne Undersøger man den elektriske ledningsevne, vil man kunne måle, at iodkrystallerne har en meget ringe ledningsevne og derfor ikke kan være et metal Påvisning af ionerne alogenerne reagerer let med mange andre stoffer og findes ikke i naturen som frie grundstoffer kun i kemiske forbindelser Den store reaktionsvillighed skyldes, at elektronstrukturen 7 elektroner i yderste skal er meget tæt på at ligne ædelgasserne I halogenforbindelser har halogenatomerne altid en ekstra elektron, så de har 8 elektroner i yderste skal ligesom ædelgasserne Det kan ske ved at halogenatomet simpelthen får tilført en elektron, hvorved atomet bliver til en negativt ladet ion: fluoridion, chloridion, bromidion eller iodidion Vi vil vende tilbage til, hvordan det sker i molekyler Fællesbetegnelsen halogener betyder saltdanner og specielt chlor kendes fra almindelig salt, der er en forbindelse mellem natriumioner og chloridioner pløste salte af halogener kan påvises ved at tilsætte nogle dråber af en sølvnitratopløsning Der vil så komme en sløret udfældning af enten sølvchlorid, der er hvidt, sølvbromid, der er lysegult, eller sølviodid, der er gult Der sker dog ingen udfældning med fluorsalte Fremstilling af dichlor Almindelig salt kogsalt er råstoffet, man bruger til fremstilling af frit dichlor Processen kan foregå ved at sende strøm gennem smeltet natriumchlorid: 2 Nal(l) l Na(l) Der dannes altså dichlor og natrium Det er ret kostbart at lave dichlor på den måde, for smeltepunktet for salt er højt Man kan i stedet sende strøm gennem vand, hvor der er opløst salt Når man vil angive, at et stof er opløst i vand, skriver man aq i en parentes efter stoffet, fx salt opløst i vand: Nal(aq) Da produkterne ved denne reaktion er dichlor, dihydrogen og natriumhydroxid, bliver reaktionsskemaet: 2 Nal(aq) (l) 2 + l Na(aq) Det dannede natriumhydroxid vil også være opløst i vandet Natriumhydroxiden skal holdes adskilt fra det dannede dichlor vis de blandes, reagerer de med hinanden: l Na(aq) Nal(aq) + Nal(aq) + 2 (l) Denne reaktion kan dog være tilsigtet, for produktet bruges i blegevand og visse rengøringsmidler, fx Klorin Disse rengøringsmidler indeholder altså ikke dichlor, men kun salte af chlor Det er dog ret let at gendanne dichlor Det sker, hvis man tilsætter fx saltsyre: Nal(aq) + 2 l(aq) Nal(aq) + l (l) Fra en økonomisk betragtning er dichlor langt det vigtigste af de 4 halogener De 3 andre fremstilles i betydeligt mere beskedne mængder Anvendelser De frie grundstoffer anvendes ikke særlig meget, fordi de er så reaktive og dermed giftige Man kan udnytte giftigheden til desinfektion, og det er baggrunden for at tilsætte dichlor til badevand og drikkevand Dichlor blev anvendt som giftgas under 1 verdenskrig og forvoldte umådelige lidelser blandt de soldater, der tilsigtet og utilsigtet blev udsat for gassen Diiod kan bruges i en spritopløsning til at desinficere sår og skrammer, men det er ikke for tøsedrenge! Kemiske forbindelser med halogener har vidtstrakte anvendelser Forbindelser med fluor findes fx i tandpasta, teflonplast og kølemidler i køleskabe og frysere Forbindelser med chlor findes i PV-plast og en række opløsningsmidler, ukrudtsmidler og lægemidler samt naturligvis salt et af de allervigtigste kemiske råstoffer Bromforbindelser findes i visse lægemidler og insektbekæmpelsesmidler, fotografisk papir og brandhæmmende forbindelser (haloner) Iod er et mikronæringsstof, der er nødvendigt for skjoldbruskkirtlens funktion Dichlor reagerer let med mange andre stoffer Til venstre reaktionen med natrium, hvorved der dannes kogsalt Til højre reaktion med jern 26 27

16 11 Grundstofferne i atmosfæren De 6 grundstoffer, der tilsammen udgør 99,95% af atmosfæren Atmosfæren består hovedsageligt af molekyler af dioxygen og dinitrogen samt atomer af ædelgasserne. Dioxygen er meget reaktivt og tilstedeværelsen skyldes planters fotosyntese. Dioxygen og dinitrogen udvindes fra atmosfæren ved afkølig til under kogepunktet. Ædelgasserne er kemisk stabile, fordi de har 8 elektroner i yderste skal (helium dog kun 2). Navn dinitrogen dioxygen argon neon helium krypton carbondioxid methan ozon Atmosfærens sammensætning i renluftområder Indholdet er angivet som andel af atmosfærens molekyler Atmosfæren indeholder små mængder af en række andre forbindelser *) arbondioxid sublimerer, dvs går direkte fra fast stof til en gas Atmosfæren rækker flere hundrede kilometer ud i verdensrummet, men over 90% af massen findes i de nederste 10 km I forhold til Jordens radius på over 6000 km er atmosfæren en meget tynd skal I tabellen er angivet sammensætningen Formel Indhold Kogepunkt af denne nedre del af atmosfæren Der er tale om Konstant indhold en tør atmosfære Det betyder, N ,08% 20,95% 198,8 183,0 at man ser bort fra indhol- det af vanddamp, der varierer fra time til time og fra sted til Ar 0,93% 185,9 sted I gennemsnit indeholder Ne e 1820 ppm 520 ppm 246,0 268,9 atmosfæren omkring 2% vanddamp Kr ppm 340 ppm 150 ppm 300 ppm 78,5 * 161,5 110,5 Atmosfærens konstante indhold er dels de to gasser dinitrogen og dioxygen, dels ædelgasserne Grundstofferne nitrogen og oxygen er placeret øverst i 5 og 6 hovedgruppe, mens ædelgasgrundstofferne udgør 8 hovedgruppe Der er stor forskel på stofferne, idet dioxygen er meget reaktivt, mens både dinitrogen og ædelgasgrundstofferne er meget reaktionstræge Variabelt indhold 153,5 Dioxygen Dioxygenet i atmosfæren er snævert knyttet til levende organismer På vore naboplaneter findes ingen dioxygen i atmosfærerne, og der er sikre geologiske vidnesbyrd på, at Jordens atmosfære også engang har været dioxygenfri Dioxygenet er kommet samtidig med de organismer, der har været i stand til at udføre fotosyntese Fotosyntesen er en reaktion i grønne planter, alger m v, hvor carbondioxid og vand med energien fra lys omdannes til glucose og dioxygen Glucose kaldes også druesukker og har formlen Et reaktionsskema for fotosyntesen kan se sådan ud: (l) (s) Al dioxygen i atmosfæren er således frigjort ved fotosyntese, først og fremmest i planter mvendt bruges dioxygen ved forrådnelse af de samme planter, alger m v Når der alligevel er et stort overskud af dioxygen i atmosfæren, skyldes det at vældige mængder af plante- og dyremateriale, der ikke er helt nedbrudt, gennem år-millioner er blevet begravet i jordskorpen En del af dette materiale udvindes nu i form af kul, naturgas og jordolie Den eksisterende masse af levende planter har kun ganske lille betydning Forbrændingsreaktioner Reaktioner mellem dioxygen og andre stoffer er såre almindelige og kaldes forbrændingsreaktioner De fleste forbrændingsreaktioner er temmelig træge ved stuetemperatur, men er reaktionerne først startet ved antændelse, forløber de hurtigt Dioxygen kan reagere med både metaller og ikke-metaller Eksempelvis brænder jern i ren dioxygen, hvorved der dannes Fe 2 3 : 4 Fe(s) Fe 2 3 (s) Tilsvarende fås ved forbrænding af carbon fra fx kul: (s) Dinitrogen er en meget stabil forbindelse, der kun ved høje temperaturer reagerer med andre stoffer Det kan du læse mere om på cd-rom en Både dioxygen og dinitrogen udvindes af atmosfærisk luft, der afkøles til under kogepunktet Når først luften er helt fortættet til væske, kan man langsomt varme den op igen Efterhånden som temperaturen passerer kogepunktet for et af stofferne i væsken, vil dette koge væk og kan opsamles for sig Det kaldes en destillation De rene stoffer forhandles enten afkølet især dinitrogen eller i trykflasker med normal temperatur Trykket i flaskerne er meget højt, og man skal derfor kun lukke gassen ud gennem en særlig ventil, der kan reducere trykket Ædelgasser Atmosfæren indeholder temmelig meget argon og spor af de andre ædelgasser Ædelgasserne er endnu mere kemisk inaktive end dinitrogen, og de deltager normalt ikke i kemiske reaktioner Det har dog været muligt at lave enkelte kemiske forbindelser især mellem xenon og det yderst reaktive fluor Da ædelgasserne heller ikke har hverken smag, lugt eller farve, mærker vi normalt ikke noget til deres eksistens De var da også uopdagede helt frem til slutningen af det forrige århundrede Ædelgasserne bruges i dag i en række sammenhænge, hvor kemisk inaktivitet er en fordel, fx i glødelamper, i lysstofrør og ved svejsning elium bruges desuden til at afkøle superledende elektromagneter i forsknings- og hospitalsudstyr og til at blande med dioxygen i trykflasker til dybdedykning Ædelgasreglen Det fælles træk for ædelgassernes elektronstruktur er 8 elektroner i yderste skal (bortset fra helium) Det er almindeligt for alle grundstoffer, at atomerne skaffer sig 8 elektroner i yderste skal, når de indgår i kemiske forbindelser Vi har allerede set det gælder halogenerne Derved opnår de øjensynligt noget af den stabilitet, der kendetegner ædelgasserne Grundstofferne, der står tæt på helium i periodesystemet, skaffer sig to elektroner i yderste skal Ædelgasreglen: Atomerne får en særlig stabil elektronstruktur, hvis de i yderste skal har: 2 elektroner (de første 5 grundstoffer) 8 elektroner (alle andre) Andre stoffer i atmosfæren Foruden grundstoffer findes der i atmosfæren en række kemiske forbindelser i varierende mængder arbondioxid har allerede været nævnt Sammen med de øvrige forbindelser har de trods deres ringe mængder en afgørende betydning for det miljø, vi opholder os i elium i luftskib, neon og argon i lysstofrør, xenon og krypton i blitzpære 28 29

17 12 Molekylforbindelser Grundstoffer og molekyler Ved at danne fælles elektronpar kan atomer få en stabil elektronstruktur. Ikke-metal atomerne bindes sammen til molekyler med elektronparbindinger. De elektroner, der ikke indgår i bindinger, kaldes frie elektronpar. To fælles elektronpar kaldes en dobbeltbinding, mens tre fælles elektronpar kaldes en tripelbinding. Molekyler dannes overvejende, når atomer af ikkemetaller bindes sammen Af ædelgasreglen fremgår, at det (for atomerne) drejer sig om at få 8 (evt kun 2) elektroner i yderste skal Vi skal nu se, hvordan det kan lade sig gøre, uden at noget atom behøver at miste elektroner Man kan eksperimentelt vise, at elektronskallerne omkring atomerne i et molekyle overlapper hinanden og får elektroner fælles Man betegner området, hvor de fælles elektroner findes, for en fælles elektronsky Elektronerne i de indre skaller påvirkes kun ganske lidt De fælles elektroner må derfor dannes ud fra de elektroner, der findes i atomernes yderste skaller mvendt kan man vise, at det ikke altid er alle elektroner i den yderste skal, der findes i de fælles elektronskyer Elektronparbinding Tegningen nedenfor viser, hvordan det foregår hos hydrogen Elektronskallerne i hydrogenatomerne indeholder kun en elektron hver Skallerne lapper ind over hinanden og flyder sammen til en fælles elektronsky med et fælles elektronpar Man kan forestille sig, at de fælles elektronpar fortrinsvis vil opholde sig mellem atomkernerne Da elektronerne er negative og atomkernerne positive, vil denne ophobning af negativ ladning mellem kernerne holde atomerne sammen De fælles elektronpar kommer til at virke som klister mellem atomerne, og der opstår en kemisk binding mellem de to atomer Bindingen kaldes en elektronparbinding Når atomerne indeholder flere elektroner, er det lettest at illustrere forholdene med de elektronprikformler, der er beskrevet på opslag 5 Vi kan se på difluor Fluoratomet har 7 elektroner i yderste skal fordelt som 3 par og en uparret elektron: F I difluor beholder hvert atom de tre elektronpar, mens de uparrede elektroner fra hvert atom indgår i en fælles elektronsky: F F De to elektroner, der er fælles for begge atomer, er tegnet mellem grundstofsymbolerne, mens resten står omkring hvert enkelt symbol Det viser sig, at de fælles elektronskyer altid indeholder to elektroner Der er altså tale om fælles elektronpar Ved at danne et antal fælles elektronpar, kan atomerne åbenbart få 8 elektroner omkring sig (hvoraf nogle dog er fælles med et andet atom) Ligesom med ædelgasreglen er der en undtagelse med hydrogen, der kun omgiver sig med to elektroner De elektroner, der ikke findes i fælles elektronskyer, vil også optræde som elektronpar De kaldes frie elektronpar eller ikke-bindende elektronpar Elektronparbindinger findes ikke kun mellem atomer af samme grundstof Som du tidligere har set, har methanmolekylet formlen 4 og består derfor af 1 -atom og 4 -atomer arbonatomet har fire elektroner i yderste skal og hydrogenatomerne har hver en Disse 8 elektroner organiserer sig sådan, at der dannes 4 elektronparbindinger, der alle udgår fra carbonatomet, men til hver sit hydrogenatom arbonatomet kommer derfor til at have 8 elektroner omkring sig, mens hvert hydrogenatom får 2 omkring sig Bemærk overensstemmelsen med ædelgasreglen Dobbeltbindinger I carbondioxid, 2, indgår i hvert molekyle 1 carbonatom (med 4 elektroner i yderste skal) og 2 oxygenatomer (med 6 elektroner i yderste skal) arbonatomet bliver igen nødt til at lave 4 elektronpar for at få 8 elektroner omkring sig, mens oxygenatomerne kun behøver at lave 2 hver Atomerne organiserer sig derfor sådan, at der udgår fire elektronpar fra carbonatomet to til hvert af oxygenatomerne Når der er to elektronpar mellem de samme to atomer, kaldes bindingen en dobbeltbinding Det er også muligt at have tre elektronpar fælles for de samme to atomer Bindingen kaldes så for en tripelbinding Molekylers opbygning Ud fra kendskabet til et grundstofs placering i periodesystemet og dermed antallet af elektroner i yderste skal samt ædelgasreglen, er det nu muligt i mange tilfælde at bestemme molekylers opbygning Det er dog ikke altid, at forholdene helt følger disse simple regler Vi skal senere vende tilbage til nogle eksempler herpå I stedet for to prikker, kan man symbolisere et elektronpar med en streg Dobbeltbindingerne i 2 vises som to streger, mens tripelbindingen i dinitrogen angives med tre streger N N N N Dannelsen af den fælles elektronsky i hydrogenmolekylet kan illustreres på flere måder Elektronprikformlerne nederst er den mest abstrakte, men også mest overskuelige måde 30 31

18 13 Molekylernes form Grundstoffer og molekyler Vand har en række særlige egenskaber, der er tæt forbundet med molekylets form. Elektronparrene i molekylet vil frastøde hinanden og placere sig så langt fra hinanden som muligt, men så tæt på kernen som muligt. Generelt vil molekyler oftest have form som enten et tetraeder, være plane eller lineære. Det er muligt at tegne molekylernes struktur i strukturformler. Der støbes atter et nyt hoved til Den lille avfrue I metaller fylder den faste tilstand altid mindre end den flydende Det er heldigt, for ellers ville man vanskeligt kunne støbe med metallerne Vand er et stof med en række særlige egenskaber, fx: Vand er det eneste stof, der i naturen findes i alle 3 tilstande Vand har et langt højere smelte- og kogepunkt end tilsvarende hydrogenforbindelser med andre grundstoffer end oxygen Når vand fryser til is, udvider det sig ca 10 % Derved adskiller vand sig fra bl a metallerne, der trækker sig en smule sammen, når de størkner Egentlig er det kun ganske små forskelle i molekylernes opbygning, der får vand til at adskille sig fra andre stoffer Vi vil prøve at vise, hvordan små molekyleforskelle kan give store stofforskelle Med moderne analyseudstyr kan man bestemme opbygningen af krystaller som iskrystaller ganske nøjagtigt Figuren viser, hvordan is er opbygget af vandmolekyler Det fremgår, dels at vandmolekylet er vinklet, dels at hydrogenatomerne i et vandmolekyle vender ind mod oxygenatomet i et andet vandmolekyle I dette opslag koncentrerer vi os om molekylets form Vandmolekylet er bundet sammen af elektronparbindinger mellem et oxygenatom og to hydrogenatomer Elektronerne i disse elektronparbindinger befinder sig overvejende mellem atomkernerne Samtidig har oxygenatomet to ikke-bindende elektronpar Molekylets rumlige form kan forklares ved, at disse fire elektronpar der jo alle er negativt ladede frastøder hinanden og derfor forsøger at komme så langt væk fra hinanden som muligt Samtidig skal elektronparrene være tæt på oxygenatomets kerne der jo er positivt ladet Den rumlige opbygning af vandmolekylet Den bedste løsning på dette problem er at lade elektronparrene pege ud mod hjørnerne i en trekantet pyramide en figur der også kaldes et tetraeder Man kan vise matematisk, at vinklen mellem bindingerne på denne måde vil blive 109 I praksis er vinklen mellem bindingerne i vandmolekylet ikke helt 109, men kun omkring 104 Det ser ud til, at et bindende elektronpar ikke frastøder helt så meget som et ikkebindende Princippet om de frastødende elektronpar kan overføres til næsten alle andre molekyler. Molekyler, der kun indeholder enkeltbindinger, vil i reglen få form som et tetraeder med bindingsvinkler omkring 109. Andre molekylers form Methanmolekylet, 4, har fire fælles elektronpar De vil tilsvarende frastøde hinanden og bindingerne pege ud mod hjørnerne i et tetraeder Da alle bindinger er ens, bliver vinklen præcis º I nogle kemiske forbindelser er der to elektronpar en dobbeltbinding mellem to atomer Selv om de frastøder hinanden, må de nødvendigvis forblive tæt ved hinanden, da de skal befinde sig mellem de samme to atomkerner ftest vil disse atomer have en dobbeltbinding (med to elektronpar) og to andre elektronpar, der enten binder til andre atomer eller er ikke-bindende elektronpar Elektronerne i dobbeltbindingen og de to andre elektronpar forsøger at komme længst muligt fra hinanden Resultatet bliver, at dobbeltbindingen og de to enkeltbindinger peger ud mod hjørnerne i en ligesidet trekant Vinklen mellem bindingerne vil være omkring 120, og molekylet er plant Molekylet 2 (methanal) er plant, og vinklen mellem bindingerne er omkring 120 I en tripelbinding deltager 3 elektronpar, men de kan ligesom ved dobbeltbindingen ikke komme væk fra hinanden vis atomet foruden tripelbindingen har yderligere et elektronpar, vil dette pege i stik modsat retning af tripelbindingen, og vinklen imellem dem vil være ca 180 Molekylet er lineært N (hydrogencyanid) er et lineært molekyle med en tripelbinding mellem og N-atomet Man vil tit være interesseret i at kunne angive et molekyles (omtrentlige) form. Det kan man gøre med strukturformler. Strukturformlerne laves ud fra elektronprikformlerne. Først erstattes alle bindende elektronpar med en streg, der går mellem de atomer, som elektronparrene holder sammen. Dernæst må man overveje, hvilken rumlig form, der er omkring hvert atom. er skal du bruge principperne, der lige er gennemgået. Så kan du begynde at tegne strukturformlen. Tetraederformen tegner man i reglen, som om vinklen var 90. g de ikke-bindende elektronpar udelades ofte: 32 33

19 14 Elektronegativitet Grundstoffer og molekyler I vandmolekylet er elektronerne i bindingerne forskudt mod oxygenatomet. Bindingen er en polær elektronparbinding og molekylet en dipol. Forskellen i elektronegativitet mellem ato- merne i et molekyle giver et indtryk af bindingernes polaritet. Elektronegativiteten bruges også i forbindelse med skrivning af formler og navngivning af molekyler. Ladningsforskydningen er markeret Dipolen skematisk I iskrystaller vender vandmolekylerne på en karakteristisk måde: hydrogenatomet i et vandmolekyle peger altid over mod oxygenatomet i et andet molekyle Ingen steder i krystallen vender to oxygenatomer i hvert sit molekyle mod hinanden Denne helt konsekvente opbygning kræver mere plads, end hvis molekylerne lå hulter til bulter Iskrystaller fylder derfor mere end den tilsvarende mængde vand: vandet udvider sig, når det fryser til is Der må være en forklaring på, hvorfor vandmolekylerne vender sig på denne bestemte måde Det viser sig, at man kan få vandmolekylerne til at vende på bestemte måder ved at påvirke vandet med en elektrisk ladet stav Er staven negativt ladet, vender vandmolekylerne med hydrogenatomerne ind mod staven og omvendt med en positivt ladet stav ne bliver en smule positive Selvom vandmolekylerne indeholder lige mange protoner og elektroner, og derfor totalt set er elektrisk neutrale, vil de alligevel optræde, som om de er ladede I iskrystaller vil de svagt positive hydrogenatomer tiltrækkes af den svagt negative ladning på andre vandmolekylers oxygenatomer, og derfor vende som vist på figuren side 32 Læg mærke til, at hvert vandmolekyle på denne måde har kontakt med 4 andre vandmolekyler Polær binding Bindingerne i vandmolekylet kaldes polære elektronparbindinger Molekyler, der som vand har sådan en svag ladningsforskydning, kaldes dipoler atom end om det andet og dermed indeholder en polær elektronparbinding ydrogenchlorid er et eksempel De to ens atomer i dichlor trækker ens i elektronerne i det fælles elektronpar Bindingen i dichlor er upolær Elektronegativitet De forskellige grundstofatomers tendens til at trække fælles elektroner til sig kaldes stoffets elektronegativitet Grundstoffernes elektronegativitet er vist på figuren nederst til højre Jo højere elektronegativitet, desto mere trækkes elektronerne over mod det pågældende grundstofs atomer Læg mærke til, at elektronegativiteten vokser hen gennem en periode Det kan udlægges sådan, at jo tættere et grundstof er på at have elektronstruktur som en ædelgas, desto større gevinst er der ved at få denne struktur Til gengæld falder elektronegativiteten som hovedregel ned gennem grupperne Det forklares med, at en lille ladningsforskydning yderst i atomet betyder forholdsvis mindre, når der er mange elektroner i atomet I polære bindinger er der væsentlig forskel mellem atomernes elektronegativitet Er det ene atoms elektronegativitet mere end det dobbelte af det andet atoms, vil ladningsforskydningen være så stor, at der kan dannes ioner For eksempel har hydrogen og carbon næsten ens elektronegativitet og --bindinger er upolære ydrogen og chlor har noget forskellig elektronegativitet, og bindingen er som vist på figuren polær Elektronegativiteten af chlor er næsten 3 gange så stor som natriums elektronegativitet I Nal findes de to grundstoffer som ionerne Na + og l Reglerne er hovedregler, og der er mange undtagelser Fx er carbondioxid helt upolær, selvom hver binding for sig er polær Forklaringen ligger i molekylets symmetri vis man forestillede sig, at det ene oxygenatom trak elektroner til sig, ville carbonatomet i midten blive positivt ladet Det ville så trække elektroner til fra det andet oxygenatom Det kan ikke lade sig gøre, for de to oxygenatomer trækker naturligvis lige meget i elektronerne Elektronerne forskydes derfor ikke, og molekylet er upolært Situationen kan sammenlignes med en kugle, der er bundet til to lige stærke fjedre: kuglen bliver lige i midten Stoffernes elektronegativitet har også betydning i andre sammenhænge Molekylernes formler dannes ud fra grundstofsymbolerne, men rækkefølgen af symbolerne i formlen er stort set efter stigende elektronegativitet Du kan læse mere om molekylers formler og navne på cd-rom en Søjlehøjden er et mål for grundstoffets elektronegativitet I programmet Mendelejev kan du finde talværdier for elektronegativiteten En elektrisk ladet stav vil tiltrække en vandstråle, fordi ladningen på staven tiltrækker den modsat ladede del af vandmolekylerne Det er et (af mange) tegn på at elektronerne i elektronparbindingerne i vandmolekylet må kredse mere om oxygenkernerne end om hydrogenkernerne xygenatomerne bliver en smule negative, mens hydrogenatomer- Der er en del andre molekyler, hvor de fælles elektroner kredser mere om det ene Ved at undersøge elektronegativitetsforskellene mellem to atomer i en kemisk forbindelse kan man få et indtryk af bindingsforholdene Som hovedregel gælder: I upolære bindinger er forskellen nul eller næsten nul 34 35

20 pgaver 2.1.* En lærer fylder en ballon med brint Med en glødende pind sætter han ild til ballonen og brinten inden i erved sker en kemisk reaktion, hvor der dannes vand a) vilke tegn er der på, at der sker en kemisk reaktion? b) vad er reaktanten/reaktanterne? c) vad er produktet/produkterne? d) pskriv et reaktionsskema for reaktionen med stoffernes navne og reaktionspil 2.2.** Det stof, der dannes ved reaktionen, der er vist på billedserien på opslag 2, hedder jern(ii)sulfid (jern-to-sulfid) pskriv reaktionsskemaet 2.3.** Skitser et eksperiment, der viser, at kun oxygen og ikke nitrogen reagerer med methan 2.4.*** Man kan lukke for hullet med lufttilførslen nederst på bunsenbrænderen Så vil der dannes kulpartikler inde i flammen, som først forbrændes i udkanten af flammen, hvor der er oxygen nok a) Skriv et reaktionsskema for den reaktion, der foregår i flammens udkant Nogle af kulpartiklerne forbrændes ikke helt, så der dannes også lidt carbonmonoxid også kaldet kulilte b) Skriv også reaktionsskemaet for denne reaktion 3.1.** Brug billederne af periodesystemet på opslag 3 og programmet Mendelejev: a) Beskriv vigtige anvendelser af nogle af grundstofferne b) De fleste grundstoffer er metaller, men der er også en del ikke-metaller Find dem c) vilke grundstoffer er væsker ved stuetemperatur? d) vilke grundstoffer er gasser ved stuetemperatur? e) Mange grundstoffer opbevares i glasampuller eller i en særlig væske vorfor det? 3.2.* Er følgende grundstoffer: a) vand b) kryptonit c) bly d) messing e) sølv 3.3.* vilke neutrale grundstofatomer har følgende sammensætning: a) 4 protoner, 4 elektroner, 5 neutroner b) 26 protoner c) 20 neutroner, 20 protoner d) 20 neutroner, 19 protoner e) 29 elektroner 3.4.**i Undersøg skolens grundstoffer a) vordan ser man forskel på metaller og ikke-metaller b) vordan kan man egentlig afgøre, om et stof er et grundstof? 4.1.* Tegn skalmodeller (som figuren nederst på opslag 4) af a) Et atom med 19 elektroner vilket grundstof er det? b) Et atom med 26 elektroner der er 2 elektroner i 4 skal vilket grundstof er det? 4.2.* Angiv (som vist i yderste højre spalte på opslaget) elektronstrukturen for følgende grundstoffer : a) beryllium b) bor c) silicium d) brom (35 elektroner) 4.3.*** Grundstofferne i figuren nederst på opslag 4 er placeret på samme måde som i grundstoffernes periodesystem på opslag 3 a) Kan du ud fra figuren se, hvad der er ideen i den særlige måde at placere grundstofferne på? b) vilke fælles træk har elektronstrukturen for de tre grundstoffer helt til højre på figuren? c) Er det korrekt, at deres yderste skal er fyldt? 4.4.* Skydeskiverne viser elektronstrukturen af en række grundstoffer Figuren herunder: a) vilke grundstoffer er det? b) Skriv elektronstrukturen 4.5.* Kan man forestille sig atomer, der har følgende elektronstrukturer: a) (2,8,8) b) (2,10,10) c) (2,6,2) d) (7,9,13) 5.1.** Tegn elektronprikformlen for grundstoffet: a) i 2 hovedgruppe og 4 periode b) i 4 hovedgruppe og 5 periode c) i 7 hovedgruppe og 4 periode d) i 1 hovedgruppe og 7 periode 5.2.i Undersøg ved hjælp af programmet Mendelejev, om der er lighedspunkter mellem grundstofferne i andre undergrupper end den nævnte med kobber, sølv og guld Du kan fx sammenligne smeltepunkter, ledningsevne og antal elektroner i yderste skal 5.3.* a) Atomer af grundstoffet francium har en elektron mere end atomer af ædelgassen radon vilken hovedgruppe står francium i? b) Antimonatomer har tre elektroner færre end atomer af ædelgassen xenon vilken hovedgruppe står antimon i? c) Grundstoffet mangan har to elektroner i yderste skal vorfor står det ikke i 2 hovedgruppe? 6.1.*i Undersøg periodiciteten af en række forskellige egenskaber ved grundstofferne Du kan bruge programmet Mendelejev Du skal finde egenskaber, hvor der er klar periodicitet, og egenskaber, der tilsyneladende varierer mere tilfældigt 6.2.* Find antallet af protoner og neutroner i: a) Si b) 55 Fe 116 Ag 149 Pm c) Au-200 U-235 Nd * Find antallet af protoner og neutroner i a) a-isotopen med massetallet 41 b) l-isotopen med massetallet 37 c) U-isotopen med massetallet * Find det kemiske symbol for den kerne med massetallet 7, der har 4 neutroner 6.5.* Find formelmassen for: a) l b) Nal c) 2 S d) Fe 2 (S 4 ) ** Blydioxid, Pb 2, spaltes ved opvarmning til blyoxid, Pb, og dioxygen a) pskriv og afstem reaktionsskemaet Angiv også stoffernes tilstand Man kan se, at der også dannes en tredje forbindelse, der er orange Det er stoffet mønje, Pb 3 4, der tidligere blev brugt til bundmaling på skibe b) pskriv og afstem de to reaktionsskemaer for omdannelsen af blydioxid til mønje og omdannelsen af mønje til blyoxid c) Find formelmasserne af de tre blyforbindelser 7.2.** Flaskegas indeholder bl a stoffet propan, der har formlen 3 8 pskriv og afstem reaktionsskemaet for forbrænding af propan i atmosfærisk luft 7.3.* pskriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem jern og svovl, der er vist på opslag 2, idet produktet har formlen FeS 7.4.*** vornår sker der en eller flere kemiske reaktioner? a) En franskbrødsdej laves ved at blande vand, mel, salt og gær b) Dejen hæver c) Dejen bages i ovnen d) Brødet skæres i skiver 7.5.** vornår sker der en eller flere kemiske reaktioner? a) Kobber- og svovlpulver blandes i en morter b) Blandingen antændes med en glødende pind c) Indholdet i morteren knuses med pistillen 7.6.** ydrogenperoxid har formlen 2 2 Det kaldes også brintoverilte og bruges bl a til afblegning af tekstiler og hår Det er ikke særlig stabilt, idet det let spalter til vand og dioxygen pskriv reaktionsskemaet 8.1.* Størrelsen af diamanter angives i karat En karat svarer til 0,2 g Den største rådiamant, man har fundet til dato, var på 3106 karat Beregn hvor mange carbonatomer, der sad ordnet i atomgitteret i denne diamant 8.2.** a) vordan kan man eksperimentelt vise, at grafit (og diamant) kun består af carbonatomer? b) Der findes en række anvendelser af grafit, hvor man udnytter ledningsevnen vilke kvaliteter kan grafit have frem for fx kobber, der leder strømmen bedre? c) vordan kan man ret enkelt skelne mellem diamanter og glasperler, der er slebet tilsvarende? 8.3.** I diamant er afstanden mellem -atomernes kerner 0,154 nm, mens den tilsvarende afstand i grafit er 0,335 nm (mellem lagene) og 0,142 nm (inden for laget) Forklar (nogle af) stoffernes egenskaber ud fra disse oplysninger 8.4.*** Stoffet bornitrid, BN, findes i en diamant form og en grafit form a) Sammenlign elektronstrukturen i BN og b) Tegn de to former af BN 9.1.*i Find ved hjælp af programmet Mendelejev nogle karakteristiske egenskaber, der adskiller metaller, halvmetaller og ikkemetaller 9.2.** Phosphor findes ligesom mange andre grundstoffer, bl a carbon, i flere forskellige former Det står der mere om på cdrom en a) vidt phosphor lyser i mørke, hvis det ligger i luft, men ikke hvis det ligger under vand vad kan det tyde på? b) Der dannes P 4 10 pskriv reaktionsskemaet c) En form for phosphor sort phosphor kaldes også metallisk phosphor vilke egenskaber kan denne form for phosphor tænkes at have? 9.3.* Beregn formelmassen for ikke-metallerne (undtagen ædelgasserne) i den tilstand, der er vist på figuren på opslag **i Grundstoffet selen står under svovl og ved siden af brom er regnes stoffet for et halvmetal Undersøg om selen kan findes i en ikke-metallisk form 10.1.**i Udfyld tabellen med omtrentlige værdier Du skal udnytte din viden om, at egenskaberne ændrer sig jævnt ned gennem en gruppe Når du har lavet et skøn over de manglende værdier, kan du kontrollere resultatet ved hjælp af Mendelejev eller et tabelværk Fluor hlor Brom Iod Atomradius Smeltepunkt (pm) ( ) ,3 Kogepunkt ( ) *** a) Prøv ud fra oplysningerne i tabellen at lave et skøn over de tilsvarende værdier for astat b) Man kan vise teoretisk, at grundstoffer med lidt højere nummer end dem, man kender i dag, må være en anelse mere stabile vilke kemiske og fysiske egenskaber tror du at grundstof nummer 117 kan have? Grundstoffer og molekyler pg 36 37