COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 1 KORT SUMMARISK GENNEMGANG AF KEMIEN 2013. Sætning, reaktion eller kort forsøgsbeskrivelse Ved en fysisk forandring omdannes stoffer ikke til andre stoffer. Ved en kemisk forandring dannes nye stoffer. En syre påvises med universalindikatorpapir som farves rød - ph-værdi større end eller lig 0 og mindre end 7. En base påvises med universalindikatorpapir som farves blå - ph-værdi større end 7 og mindre eller lig med 14 En syre farver lakmus rødt En base farver lakmus blåt En syre og en base kan neutralisere hinanden Dette konstateres når universalindikatorpairet farves grønt ph-værdi 7. Et stof, der er opbygget af kun én slags atomer, kaldes et grundstof. Når et nyt stof dannes, sker det ved, at atomer af forskellig slags bindes sammen. Et stof, der er opbygget af forskellige slags atomer, kaldes en kemisk forbindelse. En kemisk forbindelse har helt andre egenskaber end de grundstoffer, hvoraf den er opbygget. I et stof, der er opbygget af molekyler, er molekylet den mindste del af stoffet.
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 2 I en hovedgruppe ændrer grundstoffernes kemiske egenskaber sig ikke. I en periode ændrer grundstoffernes kemiske egenskaber sig gradvist. En formelenhed angiver, hvilken slags atomer et stof er opbygget af og den angiver desuden, hvor mange af de forskellige atomer der er i den mindste del af stoffet. Der er nøjagtig de samme atomer efter en kemisk reaktion, som der var før reaktionen. Regel 1: Navnet på en kemisk forbindelse, der indeholder to forskellige grundstoffer, ender altid på id. Regel 2: Hvis den kemiske forbindelse består af et metal og et ikke-metal, skrives metallet først. Men: Består den kemiske forbindelse af to ikke-metaller, ordner man dem efter følgende række: B, Si, C, P, N, H, Se, S, I, Br, Cl, O,F Regel 3: Hvis to stoffer (f.eks. CO og CO 2 ) indeholder samme grundstoffer, men et forskelligt antal atomer, kan man indføre et talord i navnene: Tilnavnene fra 1-6 er: 1= mono 3= tri- 5= penta- 2= di- 4= tetra- 6= heksa- Regel 4: En kemiske forbindelse, der er opbygget af tre forskellige grundstoffer, vil ofte ende på at. Atomer stræber efter at indgå så stærke bindinger som muligt. Ved en kemisk reaktion nedbrydes nogle kemiske bindinger og nogle nye dannes. Når en kemisk binding nedbrydes, bruges energi. Når en kemisk binding dannes, frigøres energi. Den energi, der skal tilføres stoffer, for at en reaktion mellem dem kan komme i gang, kaldes aktiveringsenergi. Oxygen kan påvise med en glødende træpind. Kuldioxid (Carbondioxid) kan påvises med CO 2 -indikator (farven skifter fra rød til gullig) eller kalkvand Ca(OH) 2 + CO 2 -> CaCO 3 + H 2 O CaCO 3 er kridt eller marmor, som samles i et hvidt fnugget bundfald ved overskud af CO 2 Nitrogen kan påvises med en brændende træpind og kalkvand.
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 3 Resultatet ses af nedenstående skema: Glødende træpind Brændende træpind Kalkvand CO 2 - indikator Nitrogen Slukker Slukker Ingen reaktion Ingen reaktion Oxygen Brænder Brænder Ingen reaktion Ingen reaktion Kuldioxid Slukker Slukker Hvidt bundfald Skifter farve fra rød til gul Når et stof brænder i atmosfæren, er det fordi det reagerer med oxygenet under dannelse af et eller flere nye stoffer. Når kul reagerer med oxygen, frigøres energi under dannelse af kuldioxid. Når olie reagerer med oxygen, frigøres energi under dannelse af kuldioxid og vand. Åndingsprocessen: 6 O 2 + C 6 H 12 O 6 -> 6 CO 2 + 6 H 2 O + E Fotosyntesen: E + 6 CO 2 + 6 H 2 O -> 6 O 2 + C 6 H 12 O 6 Betingelser for brand: Brændbart materiale Oxygen i tilstrækkelige mængder Antændelsestemperatur Rensning: Mekanisk biologisk - kemisk Adskillelse af vand ved elektrolyse: Vand i elektrolysekar, tilsætter et par dråber fortyndet svovlsyre (H 2 SO 4 ) Reagensglas fyldt med vand ovenover de to elektroder, sæt strøm til, der vil nu boble gasarter op i de to reagensglas. Påvisning af gasarterne: Glødende træpind i reagensglasset der havde været anbragt over plus-polen, blusser op oxygen. Brændende træpind i reagensglasset der havde været anbragt over minuspolen, der lyder et knald, - hydrogen. (der vil desuden være dannet damp på indersiden 2 H 2 + O 2 - > 2 H 2 O + Energi) Der dannedes dobbelt så meget hydrogen som oxygen. Metallers egenskaber: Elektrisk ledende god varmeleder - metalglans Når et metal går på ikke-metallisk form, siger man at metallet oxideres.
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 4 Spændingsrækken: Jo mindre tendens et metal har til at gå på ikke-metallisk form, jo mere ædelt siges det at være. Når et metal frigøres fra en kemisk forbindelse og går på metallisk form, siger man, at den kemiske forbindelse reduceres. De tre partikler et atom er opbygget af kaldes elementarpartikler, og de er: protoner: positivt ladede neutroner: ingen ladning neutrale elektroner: negativ ladning Et atom skal have lige mange protoner og elektroner for at være neutralt udadtil. Det er antallet af protoner der bestemmer, hvilket nummer grundstoffet har. Et atom består af en kerne og elektroner, der kredser uden om kernen. Atomkernen indeholder protoner med positive ladninger, men elektronerne er negativt ladede. Når et atom har lige mange protoner og elektroner, er det udadtil neutralt. Grundstofnummeret angiver antallet af protoner. Periodenummeret fortæller hvor mange skaller der er elektroner i. Hovedgruppenummeret fortæller, hvor mange elektroner der er i yderste skal. Antallet af elektroner i yderste skal bestemmer et grundstofs kemiske egenskaber. Når et atom har 8 elektroner i yderste skal, er det stabilt, dvs. det reagerer ikke med andre atomer. Alle ædelgasser har et stabilt elektronsystem. Atomerne fra hovedgrupperne I-VII danner bindinger på en sådan måde, at de opnår et elektronsystem, der ligner dét hos den nærmeste ædelgas. Oktetreglen: Et atom stræber efter at ligne den nærmeste ædelgas i sit elektronsystem. Antal elektroner i de enkelte skaller: 2 n 2, hvor n er skalnummeret. 1. skal: 2 2. skal: 8 3.skal: 18 4. skal: 32 - men der kan ikke være 32 i 4. skal, hvis den samtidig er yderste skal, der kan der kun være 8 elektroner. Hvordan opfyldes oktetreglen: Alle andre atomer, end ædelgasserne, som jo allerede opfylder oktetreglen, og som desuden optræder som étatomige gasser, kan opfylde oktetreglen: Ved at optage elektroner
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 5 Ved at afgive elektroner Ved sammen med et andet atom at være fælles om nogle elektroner. Den positive atomkerne afskærmes ikke fuldstændigt af sit elektronsystem, derfor kan atomkernen udøve tiltrækning på de negative elektroner i andre atomers yderste skal, hvis atomerne kommer tilstrækkelig tæt på hinanden. Det er grunden til at atomerne kan reagere kemisk i forsøg på at opfylde oktetreglen Et atom, der har et andet antal elektroner end antallet protoner kaldes en ion. En ion er elektrisk ladet. Et atom, der har flere protoner end elektroner, er en positiv ion ionens ladning er positiv. Et atom, der har flere elektroner end protoner, er en negativ ion ionens ladning er negativ. En ionforbindelse er en kemisk forbindelse af positive og negative ioner. Alle salte er ionforbindelser. En ionbinding er en sammenbinding af to modsat ladede ioner ved hjælp af elektrisk tiltrækning. Hvis en væske leder den elektriske strøm, er det fordi den indeholder ioner. Ioner: En sammensat ion: MnO 4 - De fleste sammensatte ioner er negative ioner (undtagen ammoniumionen NH 4 + ) En negativ ion kaldes også en syrerest eller syrerestion, da der bliver den negative del tilbage når man fjerner syrebrinten (H + ). Saltsyre: HCl syrerest: Cl - (cholrid-ion) Saltene hedder derfor chlorider: natriumchlorid (NaCl) og kaliumchlorid (KCl) Svovlsyre: H 2 SO 4 syrerest: SO 4 - - (sulfat-ion) Saltene heder derfor sulfater: natriumsulfat (Na 2 SO 4 ) og kaliumsulfat (K 2 SO 4 ). Salpetersyre: HNO 3 syrerest: NO 3 - (nitrat-ion) Saltene hedder derfor nitrater: natriumnitrat (NaNO 3 ) og kaliumnitrat (KNO 3 ). Positive ioner: Hydrogen- H + Beryllium- Be ++ Aluminium- Al +++ Lithium- Li + Magnesium- Mg ++ Jern (III)- Fe +++
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 6 Natrium- Na + Calcium- Ca ++ Chrom (III)- Kalium- K + Barium- Ba ++ Sølv- Ag + Jern (II)- Fe ++ Kobber (I)- Cu + Nikkel- Ni ++ Ammonium- + NH 4 Kobber (II)- Cu ++ Zink- Zn ++ Bly- Pb ++ Negative ioner: Cr +++ -fluorid F - -oxid O - - -phosphat - - - PO 4 -chlorid Cl - -sulfid S - - -bromid Br - -sulfat - - SO 4 -iodid I - -sulfit - - SO 3 -nitrat - NO 3 -carbonat - - CO 3 -hydroxid OH - Afstemning af en kemisk reaktioner: Mg + H 2 SO 4 -> Mg ++ + SO 4 - - + 2H + -> MgSO 4 + H 2 som bobler op H 2 + O 2 - > H 2 O er ikke endelig afstemt, da der ikke er lige mange atomer af hver slags på hver siden af reaktionspilen. Der forsvinder ingen atomer ved processen. - SÅ! O kan have yderligere to elektroner i yderste skal, dem får det fra H, som hver afgiver en elektron til den fælles binding. Da O 2 er en luftart og optræder som et to-atomigt molekyle i en kovalent binding, er det den mindste del vi kan have, så derfor skal der også være to O på højre side af reaktionspilen, så vi får 2H 2 O, og derfor er der nu 4 H, så der må være 2H 2 på venstre side af reaktionspilen, så den afstemte reaktion bliver: 2H 2 + O 2 - > 2H 2 O Der skal altså bruges 2 hydrogenmolekyler og et oxygenmolekyle, som reagerer med hinanden og danner 2H 2 O Syrers og saltes fælles element er en syrerest. Der gælder jo: Syre består af syrebrint (H + ) + syrerest. Salt består af metal + syrerest. Spændingsrækken: Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au Jo længere et metal står til venstre i spændingsrækken, jo større er dets tilbøjelighed til at afgive elektroner og danne ioner, når metallet reagerer med syre. En atombinding er en sammenbinding af to atomer ve hjælp af et fælles elektronpar, der bevæger sig omkring begge atomkerner.
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 7 Når atomer bindes sammen af atombindinger, dannes der molekyler. Og da atombindinger kun findes mellem ikke-metal-atomer, så er det altså sådan, at molekyler består af ikke-metal-atomer. Atombindinger er stærke bindinger, så der skal megen energi til at bryde dem - molekyler er ikke så lette at ødelægge. Derimod skal der ikke så megen energi til at rive molekyler fra hinanden, eksempelvis er det let at rive vandmolekyler fra hinanden ved opvarmning. Syrer Stof PH-værdi Lakmusprøve Syre ph < 7 Lakmus farves rødt af syre Base ph > 7 Lakmus farves blåt af base Neutralt stof ph = 7 Lakmus skifter ikke farve Saltsyre, hydrogenchlorid, HCl er en gas, som består af molekyler. Den er bundet i et molekyle, hvori chlor og hydrogen er fælles om en elektron, således at de begge opfylder oktet-reglen. Lader vi den boble gennem vand, eller hælder vand i den beholder hvori den er fremstillet, har vi det vi normalt kalder saltsyre. Opløser vi HCl i vand får vi: HCl + H 2 O -> H + + Cl - + H 2 O En syre er et stof, der fraspalter protoner (H + ), når det kommer i vand. Reaktionen fortsætter: H + + Cl - + H 2 O -> H 3 O + + Cl - den samlede reaktion er: HCl + H 2 O -> H 3 O + + Cl - man skriver ofte reaktionen med kun de væsentlige elementer: HCl -> H + + Cl - hvilket jo ikke er strengt korrekt, men det er mængden af H + vi måler På flasken står der HCl, men det er rettelig oxonium-ioner (H 3 O + ) og chlorioner (Cl - ) der findes i vandig opløsning. En vandig opløsning af en syre indeholder oxonium-ioner (H 3 O + ). At en opløsning er sur, skyldes oxonium-ioner (H 3 O + ).
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 8 Jo flere H 3 O + -ioner der findes i vandige opløsninger af en syre, jo surere er den. Saltsyrefremstilling: Natriumchlorid (NaCl) og natriumhydrogensulfat (Na 2 HSO 4 ) Blandes i et reagensglas, varmes op og ledes, via en slange, til en urinpose. Vi kan måle syrens ph-værdi, efter at gassen, som ovenfor beskrevet er opløst i vand. Elektrolyse af en syre: Fortyndet saltsyre (HCl) i et elektrolysekar med to små reagensglas, fyldt med opløsningen, sat omvendt over hver sin elektrode, send jævnstrøm i kredsløbet, og iagttag gasarterne der dannes ved de to elektroder. Når glassene er fulde, tages det fra plus-polen og man vifter hen over åbningen og erkender en lugt af svømmehal, chlor (Cl 2 ) Det fra minus-polen afprøves med en brændende træpind, et pift høres, hydrogen, (H 2 ). Reaktionen: En chlorion (Cl - ) når pluspolen, afgiver den overskydende elektron til pluspolen, chloratomet slutter sig til et andet chloratom og bliver til et chlormolekyle (Cl 2 ). Oxonium-ionen (H 3 O + ) fraspalter ved minuspolen en proton (H + ) der får en ekstra elektron fra minuspolen og bliver til (H), et hydrogenatom, som slutter sig sammen med et andet og bliver til et hydrogenmolekyle (H 2 ). Baser NaOH er en base, som de fleste opbygget af ioner. Natriumhydroxid består af natrium-ioner (Na + ) og hydroxid-ioner (OH - ), danner i fast form et iongitter Opløses en base i vand, dannes der hydroxid-ioner (OH - ) ved basens reaktion med vand. En vandig opløsning af en base indeholder hydroxid-ioner (OH - ). At en opløsning er basisk, skyldes hydroxid-ioner (OH - ). Jo flere hydroxid-ioner (OH - ) der er i en vandig opløsning af en base, jo mere basisk er den. De fleste baser består af metal-ioner og hydroxid-ioner (OH - ). Det er hydroxid-ioner (OH - ), der fælles element hos baserne, men metalionen der bestemmer basers særlige egenskaber. Baser påvises med Phenolphthalin, som er rød i basisk væske og farveløs i sur og neutral.
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 9 Eller med universalindikatorpapir er farven blå - ph-værdi større end 7 og mindre eller lig med 14 Neutralisation En syre består af syrebrint (H + ) + syrerest En base består af hydroxid-ioner (OH - ) + metal Syregenskaberne skyldes syrebrinten (H + ) Baseegenskaberne skyldes hydroxid-ionerne (OH - ) En blanding af en syre og en base vil give følgende reaktion mellem syrebrinten (H + ) og hydroxid-ionerne (OH - ): H + + OH - -> H 2 O som jo er vand og som er neutral med ph-værd = 7 syren og basen neutraliserer altså hinanden. Syrer efterlader en negativ ion - en syrerest Navn Formel Syrebrint Syrerest Salt-syre HCl H + Cl - chlorid-ion Svovlsyre H 2 SO 4 2 H + - - SO 4 sulfat-ion Salpeter-syre HNO 3 H + - NO 3 nitrat-ion Eddike-syre CH 3 COOH H + CH 3 COO - acetat-ion Baser efterlader en positiv ion - som oftest en metalion. Navn Formel Hydroxid Metal Natriumhydroxid NaOH OH - Na + natrium-ion Bariumhydroxid Ba(OH) 2 2 OH - Ba + + barium-ion Kaliumhydroxid KOH OH - K + kalium-ion Ammoniakvand er en base, der indeholder ammoniumioner, NH + 4 der jo ikke er metal-ion. Ammoniumhydroxid NH 4 OH OH - + NH 4 ammonium-ion Når en syre og en base reagerer med hinanden, dannes der udover vand, et salt bestående af en positiv metal-ion og en negativ syrerest-ion Syre + base -> salt + vand HCl + NaOH -> NaCl + H 2 O H 2 SO 4 + Ba(OH) 2 -> BaSO 4 + 2 H 2 O HNO 3 + KOH -> KNO 3 + H 2 O HCl + NH 4 OH -> NH 4 Cl + H 2 O
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 10 Surhedsgrad måles i ph, H-et er det kemiske tegn for hydrogen, som er en luftart. c Det er H + der er sur, så jo flere H + -ioner der er jo surere er væsken. I basiske væsker er der flere OH - -ioner end hydrogen-ioner, så hver gang væsken indeholder 10 gange flere OH - stiger ph-værdien med 1, men der er stadig H + -ioner tilbage, i en væske med ph-værdi 14 én hundrede billiontedel gram H + pr. liter (et 1-tal efterfulgt af 14 nuller). Dette fordi mængden af H + -ioner gange mængden af OH ioner er konstant i vand., hvori der er syrer og baser. Derfor er der også altid lidt OH - ioner i en stærk syre Stærke og svage syrer og baser En stærk syre er en syre, der er fuldstændig ioniseret i en vandig opløsning. (ioniseret: fuldstændig omdannet til ioner) En svag syre er en syre, der ikke er fuldstændigt ioniseret i en vandig opløsning. Eddikesyre er en svag syre, da der kun er 1% af molekylerne der er blevet til ioner, den indeholder derfor både H + -ioner, CH 3 COO - -ioner og CH 3 COOH molekyler CH 3 COOH CH 3 COO - + H +, der er dermed ligevægt, og dobbeltpilen betyder at reaktionen kan gå begge veje. En base er stærk, når den er fuldstændig ioniseret i en vandig opløsning. En base er svag, når den ikke er fuldstændig ioniseret i en vandig opløsning. Ammoniakvand er en vandig opløsning af ammoniak, NH 3, men men kun 1 % af NH 3 -molekylerne har optaget en proton (H + ) fra vandet: NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - dermed indeholder ammoniakvand både NH 3 - molekyler, NH 4 + -ioner og OH ioner foruden selve vandet. PH-værdien i regnvand fortæller om hvor forurenet luften er, jo lavere jo større indhold af syre. En vandig opløsning af saltsyre HCl og en vandig opløsning af eddikesyre CH 3 COOH med samme rumfang, altså samme koncentration, da de indeholder lige mange opløste molekyler, de to syrer er altså lige koncentrerede. Saltsyren er 100% ioniseret, men eddikesyren kun er ioniseret 1 % (dvs. der er 100 gange så mange H + i saltsyren som i eddikesyren. ph-værdimålingen vil vise at HCl-opløsningen har ph = 1
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 11 ph-værdimålingen vil vise at CH 3 COOH -opløsningen har ph = 3 dermed vist, da de to syrer jo var lige koncentrerede at forskellen i surhedsgrad kun kan bero på styrkeforskellen. Øges syrekoncentration med 10 gange øges syrestyrken med 10 gange, da koncentrationen af de sure H + -ioner øgedes 10 gange, så falder ph-værdien med 1, og surheden øges. En syres surhed afhænger af: Styrken jo større styrke, jo mere sur Koncentrationen jo større koncentration, jo mere sur Tilsvarende gælder for baser! 10-dobles OH ion-koncentrationen, så øges ph-værdien med 1. Kemisk analyse Der skelnes mellem kvalitative og kvantitative analyser. En kvalitativ analyse består i at finde ud af, hvad et ukendt stof er sammensat af! En kvantitativ analyse består i at finde ud af hvor meget der er af et bestemt stof i en kemisk forbindelse, blanding eller opløsning. Eksempel på kvalitativ analyse: Chromatografi, hvor det drejer sig om at adskille farvestoffer. Eksempel på en kvantitativ analyse: Titrering, hvor det drejer sig om at finde ud hvor koncentreret en base, hvor mange OH - ioner der er ved tildrypning af syre af en kendt koncentration til neutral ph = 7 Måling af ph-værdi er en hurtig metode til afgøre om der er H + -ioner eller OH ioner, samt hvor sur eller basisk opløsningen er. Flammeprøve: Da det gælder at et stof udsender lys når det bliver opvarmet, kan flammefarven medvirke til at afgøre hvilket stof det drejer sig om. På en nikkelspatel eller nikkeltråd afsættes noget natriumchlorid, det lyser stærkt gult. Stof Formel Flammefarve Natriumchlorid NaCl Gul Lithiumchlorid LiCl Rød Kaliumchlorid KCl Violet Kobberchlorid CuCl Grøn Det er metallerne i de kemiske forbindelser der farver flammerne i hver sin farve
COPYRIGHT NIELS NORDHOLT 2000-2013 S. 12 Spektroskopi: En metode til at bestemme hvilket stof det er, hvorunder et stof opvarmes og igennem et gitter dannes nogle karakteristiske liner, helt unikt for ethvert grundstof, samt kemiske forbindelser. Fældningsreaktioner: I et reagensglas med saltsyre dryppes nogle dråber sølvnitrat AgNO 3. Før tildrypningen er begge væsker klare, men ved blandingen opstår et mælkehvidt bundfald. Reaktionen: AgNO 3 + HCl -> AgCl + HNO 3 Fældningsreaktionen, som det kaldes, har fået udfældet stoffet sølvchlorid AgCl Men der er også andre sølvsalte der danner bundfald med sølvnitrat, så man kan ikke på denne baggrund påvise sølvchlorid. Har man derimod tilsat lidt HNO 3 salpetersyre, kan nogle udelukkes da kun sølvchlorid AgCl, sølvbromid AgBr samt sølviodid AgI, danner bundfald i denne opløsning. Så er næste skridt af finde ud af hvilke ioner der er tilstede: Om det er chlorid-ioner Cl - -ioner, bromid-ioner Br - -ioner eller iodid-ioner I - - ioner. Derfor anvendes elektrolyse på opløsningen: Hvis det er chlorid-ioner Cl - -ioner, vil der dannes Chlor ved pluspolen. Hvis det bromid-ioner Br - -ioner eller iodid-ioner I - -ioner, bliver der brunt omkring pluspolen, og er dette tilfældet må endnu en prøve foretages. Der tilsættes lidt stivelsesopløsning. Hvis analysen farves mørkeblå er det iodid-ioner I - -ioner der er tale om. Desuden kan iodid-ioner I - -ioner bruges til at påvise stivelse, ved at hælde lidt iodopløsning på en kartoffelskive. Dannes der mørkeblå pletter indeholder kartoflen stivelse.