Kjemien stemmer Kjemi 1 Studiebok (2018) utdrag

HEGE KNUTSEN SVEIN TVEIT KRISTIAN VESTLI

KJEMIEN STEMMER

1

STUDIEBOK

KJEMI 1 • BOKMÅL

Kjemi for studiespesialiserende utdanningsprogram på Vg2.

Boken bygger på Kjemien stemmer 1 fra 2012, av: Truls Grønneberg · Merete Hannisdal · Vivi Ringnes · Brit Skaugrud

© Cappelen Damm AS, Oslo 2018 Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med Cappelen Damm AS er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk.

Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning og kan straffes med bøter eller fengsel.

Boken bygger på Kjemien stemmer 1 Studiebok fra 2012 av Truls Grønneberg, Merete Hannisdal, Vivi Ringnes og Brit Skaugrud Grafisk formgiver: Kristine Steen Omslagsdesign: Kristine Steen Omslagsfoto: Thinkstock/Eyematrix Tegninger: Keops / Terje Sundby Forlagsredaktør: Eva Irgens Bilderedaktør: Eva Irgens

Trykk: UAB Balto-print, Litauen 2018

Utgave nr. 5 Opplag nr. 1

ISBN: 978-82-02-56116-1

cdu.no kjemienstemmer.cdu.no

Fotoleverandører Svein Tveit Thinkstock: Truls Grønneberg

2

Forord Læreverket Kjemien stemmer Kjemi 1 består av en grunnbok, denne studieboken og et nettsted. I grunnboken har vi beskrevet teorien som danner grunnlaget for vår forståelse av stoffer, deres egenskaper og reaksjoner. Der finner du også test deg selv-oppgaver. Studieboken inneholder et variert utvalg av oppgaver og aktiviteter. Det er ikke nok bare å lese grunnboken. Teoristoffet i grunnboken og oppgavene og aktivitetene i studieboken utfyller hverandre og gir deg et godt grunnlag for dybdelæring i kjemi.

Oppgavene i studieboken følger grunnboken kapittel for kapittel. Noen av oppgavene er merket med en stjerne. Disse oppgavene er mer krevende enn de andre. Svar på oppgavene finner du bak i boken. I noen oppgaver trenger du bare blyant og papir og kanskje grunnboken. I andre oppgaver må du bruke Internett. Data som du trenger i arbeidet med oppgavene og aktivitetene, finner du i grunnboken eller i tabellverket fra Utdanningsdirektoratet. Regneoppgaver har gjerne ett riktig svar.

Små avvik fra fasiten kan forekomme hvis utregningen er utført med verdier fra andre tabeller. Sist i hvert kapittel finner du Øve til prøveoppgaver.

Aktivitetene er ordnet fortløpende innen et kapittel. Hver aktivitet avsluttes med en risikovurdering, som er et krav ifølge arbeidsmiljøloven. Risikovurderingen gir opplysninger om egenskaper ved stoffene i aktiviteten, om faremomenter og eventuelle tiltak. Der får du også vite hvordan du skal håndtere avfallet etter aktiviteten. Aktivitetene er lagt opp slik at de begrenser bruken av farlige kjemikalier.

På nettstedet kjemienstemmer.cdu.no kan du arbeide med flere typer interaktive oppgaver, og du kan prøve deg på tester som omfatter innholdet i hele kapittel. Her finner du også filmer av eksemplene i grunnboken, og du finner aktivitetene fra denne studieboken som Word-filer.

Lykke til med kjemifaget!

4

Aktiviteter og sikkerhet på laboratoriet Aktivitetene – praktisk arbeid Aktivitetene gjør at du blir kjent med stoffer og deres oppbygning, egenskaper og reaksjoner. I arbeidet med aktivitetene utvikler du ferdigheter i å observere og trekke slutninger ut fra obser­vasjoner, data og tidligere kunnskap. Du får også trening i noen vanlige laboratorieteknikker. Du lærer rutiner for hvordan du kan arbeide med farlige kjemikalier på en måte som er trygg for deg selv og for miljøet.

Før du går i gang med en aktivitet, må du lese risikovurderingen. Der lærer du om egenskapene til stoffene du skal arbeide med, faremomenter ved gjennomføringen av aktiviteten og om det er nødvendig med spesielle tiltak. Du kan også lese om hvordan avfallet skal behandles etter forsøket.

I de fleste aktivitetene skal du følge en gitt fremgangsmåte, men i noen av aktivitetene må du selv foreslå både fremgangsmåte og utstyr. Det er viktig at du noterer hva du observerer underveis i gjennomføringen, under Fremgangsmåte og observasjoner. Notatene bruker du når du skal presentere resultatene og besvare spørsmålene under overskriften Resultater og spørsmål. Du vil også bli bedt om å oppgi hvilke slutninger du kan trekke på grunnlag av resultatene fra aktiviteten og de kunnskapene du har fra før. Noen av aktivitetene har spørsmål og oppgaver om anvendelser og sammenhenger. Her må du bruke det du har erfart og lært i aktiviteten, og sette det inn i nye sammenhenger.

En rapport bør alltid inneholde navnet ditt, datoen da arbeidet ble gjort, navnet på aktiviteten, en beskrivelse av problemstillingen og en oversikt over resultatene. I de tilfellene der du selv valgte fremgangsmåte, må du også beskrive denne og utstyret du brukte. Noen ganger kan det være tilstrekkelig å lage en tabell eller en tegning, men som oftest bør rapporten være mer omfattende. Tenk over hvem den tenkte mottakeren av rapporten er. Det kan ha betydning for hvordan rapporten blir utformet.

Kanskje den tenkte mottakeren er en medelev som var fraværende da dere hadde den aktuelle aktiviteten? Men rapporteringen er viktigst for deg selv, for du får best forståelse av et emne når du skriver om det. En rapport bør være oversiktlig og grei å forstå, både for deg selv og andre.

1 • Verden som kjemikere ser den

5

Sikkerhet på laboratoriet Risikoen i en aktivitet er lav hvis du tar hensyn til eventuelle fare­ momenter og spesielle tiltak som er beskrevet i risikovurderingen. ­Risikoen er som regel ikke høyere enn det du utsetter deg for når du arbeider på et kjøkken.

Vernebriller.

Generelle laboratorieregler: · Ikke spis eller drikk på laboratoriet. · Oppbevar yttertøy og sekker i god avstand fra arbeidsplassen. · Følg sikkerhetstiltakene for aktiviteten: – Bruk vernebriller når det er angitt.

– Unngå løst hår og løse klær når det brukes gassbrennere eller annen åpen flamme.

– Vask hendene hvis du får kjemikalier på dem. Hansker er ikke nødvendig bortsett fra når det er spesifikt nevnt i aktiviteten. · Følg beskrivelsen av avfallshåndteringen i aktiviteten.

Grunnleggende førstehjelp: Ved mange skader er grunnregelen: Skyll grundig med kaldt vann. · Sprut i øynene: Skyll lenge med vann fra vannslange/kran på vasken eller fra øyevaskeflaske. Lut og andre sterke baser er spesielt farlige for øynene og krever videre behandling. Fortsett å skylle (øyevaskeflasker medbringes ved transport) til lege overtar. · Søl på hud: Skyll med vann og vask om nødvendig med såpe. · Søl på klær og sko: Skyll med vann og tørk av med papir.

Fjern om nødvendig tilsølt plagg. · Svelging av kjemikalier: Drikk mye vann. Skaff legehjelp. · Sår fra glasskutt eller lignende: Skyll såret grundig med vann før eventuell sårbehandling. · Forbrenning: Avkjøl huden øyeblikkelig og lenge med kaldt vann.

Ved kjemikalieuhell der det kreves videre behandling av helsepersonell, må det gis beskjed om hvilket stoff det dreier seg om (se Risikovurderingen eller merkingen på kjemikalet).

6

Utstyr og arbeidsmåter Når det står reagensglass i en aktivitet, mener vi et tradisjonelt reagensglass av glass. Slike glass bruker vi når noe skal varmes opp med en brenner eller i et sandbad. Vi skiller mellom eppendorfrør og andre plastrør. Eppendorfrør er små, spissede plastrør laget av polypropen.

De tåler de kjemikaliene vi bruker i aktivitetene. Eppendorfrørene har hengslet lokk, rommer ca. 2 mL og finnes både i farget og klar plast.

De kan festes i modelleire slik at de står støtt på bordet.

Plastrør med propp eller skrukork finnes i forskjellige størrelser og utforming. Rør som rommer 2–10 mL, kan brukes til å gjøre reaksjoner i. Mange rør har flate propper og kan stå på bordet med proppen ned.

De kan også festes i en klesklype. Vær oppmerksom på at slike rør ofte er laget i en plast (polystyren, polykarbonat eller PET) som ikke tåler organiske løsemidler som aceton, etylacetat og heksan.

Gjensmeltet dråpeteller med innhold. Varm spissen noen sekunder i flammen fra en spritbrenner eller gassbrenner og klem igjen den smeltede plasten med en tang eller en pinsett.

Veieskip i plast.

Dråpetellere er laget av polyeten og tåler alle kjemikalier. De finnes i forskjellige størrelser som rommer 2–5 mL – både graderte og ugraderte. Dråpetellerne kan smeltes igjen slik at de blir tette. Da må tuppen ­klippes av med saks før bruk.

Veieskip finnes i ulike størrelser, fasonger og farger. De kan brukes til å veie ut stoffer i, men de er minst like nyttige til å gjøre reaksjoner i (kan erstatte mikroplater). Plastbeger med lokk (30 mL) er hendige i mange aktiviteter, men kan erstattes av små begerglass. Som vannbad bruker vi isoporbeger som vi fyller med varmt vann fra en vannkoker. Større plastbokser kan brukes til oppbevaring av utstyr.

De fleste aktivitetene gjennomføres med kjemikalier i små mengder og lave konsentrasjoner. Når vi bruker plastutstyr, er dette som regel beregnet for engangsbruk. I de fleste tilfellene blir det da en vurderingssak om vi rett og slett skal kaste det meste av plastutstyret etter bruk – rett i avfallsdunken for plastavfall. Det kan være nyttig å ta en diskusjon om dette, sette opp argumenter for og imot og prøve å komme frem til en konklusjon.

Plastutstyr som kan brukes i aktivitetene.

1 • Verden som kjemikere ser den

7

Reaksjonsbrett

Dramsglass

Kolbe

Plastsprøyte

Pipette

Byrette

Målekolbe

Dråpeteller

100 80 60

Begerglass

Reagensglass

Digel

40 20

Målesylinder

Porselensskål

Laboratorieutstyr som brukes i aktivitetene.

8

Mikroplate

Trakt

3 Oppgaver

Bindinger, oppbygning og egenskaper

3.1 Ulike typer kjemiske bindinger 3.1.1 Hva er forskjellen på a) en kjemisk binding og en kjemisk forbindelse? b) en sterk og en svak binding?

3.1.2 Hvilke av disse er sterke bindinger? a) ionebindinger b) kovalente bindinger c) dipolbindinger d) hydrogenbindinger e) metallbindinger 3.1.3 Hva slags type bindinger finner vi i a) ioneforbindelser b) nettverksstoffer c) metaller d) stoffer som består av molekyler

3.2 P eriodesystemet kan brukes til å avgjøre bindingstypen i et stoff 3.2.1 Bruk periodesystemet på side 52 i grunnboken og avgjør om hvert av stoffene nedenfor er et metall, en ioneforbindelse eller et stoff som består av molekyler. a) Zn(s) i) NaNO3(s) b) BaSO4 j) NH4HCO3(s) k) NaCl(s) c) ZnCl2 l) CHCl3(l) d) S8(s) e) PCl5(s) m) Na2HPO4(s) f) NH4Cl(s) n) SrO(s) o) Br2(l) g) Ti(s) h) LiF(s) p) Ca(OH)2(s) 3.2.2 Bruk periodesystemet og kombiner tall og bokstav slik at bindingstypen passer til stoffet. a) Cu(s) 1) ionebinding b) PCl3(g) 2) kovalent binding c) CuCl(s) 3) metallbinding 3.2.3 Bruk periodesystemet og kombiner tall og bokstav slik at bindingstypen passer til stoffet. a) AgNO3(s) 1) ionebinding b) CH4(g) 2) kovalent binding c) Au(s) 3) metallbinding

3 • Bindinger, oppbygning og egenskaper

19

3.3 Metallbinding og egenskaper til metaller 3.3.1 a) Hvordan kan vi beskrive metallbinding? b) Hva menes med at ytterelektronene i et metall er felleseie? c) Hvordan kan metallbindingen forklare metallers elektriske ledningsevne? d) Hvordan kan metallbindingen forklare metallers formbarhet (de kan valses, trekkes eller smis)?

3.3.2 a) Hvorfor bruker man vanligvis en legering som materiale og ikke et rent metall? b) Bronse og messing er to kjente kobberlegeringer. Bruk internett og finn ut hva legeringene består av? c) Bruk internett som kilde og finn ut hva rustfritt stål består av. d) Man bruker gjerne syrefast stål til for eksempel skruer i båter. Bruk internett og finn ut hva som skiller syrefast stål fra rustfritt stål.

3.3.3 a) Skriv navn, atomsymbol og smeltepunkt for tre metaller som har relativt høyt smeltepunkt. b) Skriv navn, atomsymbol og smeltepunkt for tre metaller som har relativt lavt smeltepunkt.

3.4 I onebinding og egenskaper til ioneforbindelser (salter) 3.4.1 Hvilke utsagn er riktige? a) Bindingen mellom positive og negative ioner kalles ionebinding. b) Metaller danner positive ioner. c) Gruppe 3–12 i periodesystemet omfatter ikkemetaller.

20

d) Metallet står sist i formelen for en ioneforbindelse. e) Ikke-metallene i gruppe 15–17 danner negative ioner.

3.4.2 Hvilke utsagn om egenskapene til ioneforbindelser er riktige? a) De leder strøm når de er løst i vann. b) De leder strøm i fast form. c) De leder strøm i smeltet form. d) De har høye smeltepunkter. e) De kan lett knuses.

3.4.3 Forklar hvorfor en ioneforbindelse a) kan knuses b) ikke leder strøm som fast stoff, men når den er løst i vann c) har høyt smeltepunkt 3.4.4 Bruk en løselighetstabell og avgjør om stoffene a til f er lett løselige, tungt løselige eller uløselige i vann. Skriv også formler for stoffene. a) kaliumsulfat b) ammoniumkarbonat c) kobber(II)nitrat d) sølvklorid e) bly(II)klorid f) bariumsulfat 3.4.5 a) Ett av de negative ionene Cl–, CO32−, SO42− eller NO3– danner bare lett løselige salter.

Hvilket er det? b) Skriv navn og formel for tre salter som inneholder det negative ionet som var riktig svar i a. c) Ett av de positive ionene Ca2+, Ag+, NH4+ eller Cu2+ danner bare lett løselige salter. Hvilket er det? d) Skriv navn og formel for tre salter som inneholder det positive ionet som var riktig svar i c.

3.4.6 a) Tenk deg at du har magnesiumioner

og oksidioner.

Hvilken av tegningene 1–3 viser best hvordan saltet bygges opp av ioner?

1

3.5 Kovalent binding i molekyler 3.5.1 Elektronprikkmodellen av ammoniakkmolekylet: 3

2

1

2

2

3.4.9 Hvor er tilstandssymbolet (aq) brukt feil? a) Na+(aq) c) H2O(aq) b) NH3(aq) d) Cl–(aq)

3

b) Bruk internett som kilde (søk for eksempel på ionic radius på engelsk wikipedia) og sammenlign størrelsen på et Mg-atom med størrelsen på et Mg2+-ion. Er atomet eller det positive ionet størst? Gjør tilsvarende sammenligning for et O-atom og et O2--ion.

3.4.7 Oppløsningen av NaCl(s) i vann skriver vi slik: +vann

NaCl(s) ––––→ Na+(aq) + Cl–(aq) Skriv ligningen for oppløsningen av følgende lett løselige salter i vann: a) KCl(s) b) AgNO3(s) c) CaCl2(s) d) BaCl2(s) e) Cu(NO3)2 f) K2SO4(s) 3.4.8 Tegn en modell som viser hva som skjer på mikronivå når KCl løses i vann.

3

H N H H

a) N-atomet har i alt 7 elektroner, og hvert H-atom har 1 elektron, det vil si det er 10 elektroner i alt. Hvorfor er det bare tegnet 8 elektroner i modellen? b) Hva kalles det elektronparet som er farget rødt? c) Hva kalles de tre andre elektronparene? d) Elektronegativitetsverdien for N er 3,0, og for H er den 2,1. Hva menes med elektronegativitet? Er N–H-bindingen en polar eller upolar kovalent binding? e) Ammoniakkmolekylet ovenfor er tegnet i ett plan, men er i virkeligheten tredimensjonalt.

Er molekylet en dipol eller ikke? Bygg eventuelt en kulepinnemodell av molekylet for å avgjøre dette. Begrunn svaret.

3.5.2 Tegn elektronprikkmodell og strukturformel for a) Cl2 b) HCl c) O2 d) N2 3.5.3 a) Bygg kulepinnemodeller og tegn elektronprikkmodeller for molekylene H2, H2O, CH4, CO2 og H2S. b) Angi for hvert molekyl hvor mange par med bindingselektroner og ledige elektronpar det er. c) Skriv strukturformler for molekylene i a. d) Angi for hvert molekyl om det er en dipol eller ikke. Begrunn svarene.

3 • Bindinger, oppbygning og egenskaper

21

3.5.4 Avgjør hva slags type bindinger vi finner mellom atomene/ionene i disse stoffene: a) I2(s) f) kalsiumfluorid b) PCl5(s) g) karbonmonoksid c) NaCl(s) h) nitrogendioksid d) AgCl (s) i) oksygen (dioksygen) e) ZnCl2(s) j) bariumoksid 3.5.5 Bruk periodesystemet og kombiner tall og bokstav slik at bindingstypen passer til stoffet. a) Cl2 1) ionebinding b) PCl3 2) upolar kovalent binding c) NaCl 3) polar kovalent binding 3.5.6 Bruk periodesystemet og kombiner tall og bokstav slik at bindingstypen passer til stoffet. a) SrCl2 1) polar kovalent binding b) CH4 2) ionebinding c) HF 3) upolar kovalent binding 3.5.7 Se på elektronegativitetsverdiene til grunnstoffer på side 63 i grunnboken. a) Hvordan endres verdiene oppover i en hovedgruppe? b) Hvordan endres verdiene bortover mot høyre i en periode? c) Hvilken binding mellom atomene i hvert av bindingsparene nedenfor er mest polar?

(Prøv nå å bruke et vanlig periodesystem uten elektronegativitetsverdier.)

1) N–O eller C–O 3) N–H eller H–F 2) H–O eller H–S 4) S–Cl eller S–Br 3.5.8 H2O-molekylet er en dipol. Hva kan du da si om a) elektronegativitetsverdiene til hydrogen og oksygen b) bindingene mellom hydrogen og oksygen c) formen på molekylet

3.5.9 Hvilket utsagn om bindinger er riktig? a) Et molekyl med bare upolare bindinger kan være en dipol. b) Et molekyl med bare polare bindinger kan være et upolart molekyl. c) Det er to bindingselektroner i en dobbeltbinding. d) I NaCl har natrium (gruppe 1) to bindings­ elektroner felles med klor (gruppe 17).

3.5.10 Forklar hvorfor CO2-molekylet ikke er en dipol selv om bindingene i molekylet er polare.

3.5.11 Hvilke partikler er i bevegelse i e) neongass a) vann f) hydrogengass b) vanndamp g) heliumgass c) sukkerløsning d) fluorgass

3.6 Svake bindinger mellom molekyler 3.6.1 ★ Sett inn de kursiverte ordene og formlene i teksten om dipolbindinger nedenfor: dipoler, elektronegativitets, mellom, midlertidige, negativ, polare, sterkere, svake, ulike, Cl2, H2, HCl, H2S, CO, CO2, SO2 og CCl4.

Dipolbindinger er

bindinger molekyler. Dipolbindinger opptrer

mellom

molekyler eller det vi

kaller

Dipolbindinger kan også opptre mellom upolare molekyler som virker som

22

.

dipoler.

Polare molekyler er alltid bygd opp av atomer. Eksempler er molekyler med to atomer med forskjellig og

-verdi slik som

. Andre eksempler er de med tre atomer i vinklede molekyler slik som og

.

Upolare molekyler kan ha like atomer, og eksempler er

og

.

De kan også ha ulike atomer bundet sammen med polare kovalente bindinger, men sentrum for ladning faller

positiv og da sammen slik som i

og

. Dipolbindingene mellom polare molekyler er

3.6.4 ★ Hydrogenbinding kan forekomme mellom forskjellige molekyler i en blanding av stoffer. Lag en tegning som viser hvordan hydrogenbindinger dannes mellom NH3 og H2O. 3.6.5 Hvilket av disse molekylene kan danne hydrogenbinding(er) med nabomolekyl(ene) sine? a) C3H8 c) H2S d) C2H5OH b) HCl 3.6.6 Bruk et periodesystem og gi en forklaring på hvorfor a) Cl2 har høyere kokepunkt enn F2 b) Xe har høyere kokepunkt enn Ar c) NH3 har høyere kokepunkt enn PH3 3.6.7 ★ Her er modeller av seks molekyler:

enn dipolbindinger

mellom upolare molekyler.

3.6.2 Oppgi hva slags binding H-atomet danner a) i H2-molekylet b) i HCl-molekylet c) mellom H2O-molekyler 3.6.3 a) Hva er det maksimale antall hydrogenbindinger som ett vannmolekyl kan danne til andre vannmolekyler? b) Hvor mange bindinger totalt (kovalente bindinger og hydrogenbindinger) kan hvert O-atom i et vannmolekyl danne?

NH3

H2S

SO3

CH2Cl2

CH4

HF

a) Hvilke av molekylene er dipoler? b) Hva slags bindinger er det mellom molekylene i disse stoffene?

1) H2S(l) 2) SO3(l) 3) HF(l) 4) CH4(l) 5) CH2Cl2(l) 6) NH3(l)

3 • Bindinger, oppbygning og egenskaper

23

3.7 Egenskaper til stoffer som er bygd opp av molekyler 3.7.1 a) Forklar sammenhengen mellom styrken på bindingene mellom molekylene i et stoff og stoffets smeltepunkt. b) Forklar hvorfor H2O er en væske ved romtemperatur, mens H2S er en gass.

3.7.2 a) Hva mener vi med regelen «likt løser likt»? b) Forklar hvorfor det faste stoffet I2 er lite løselig i vann, men kan løses i bensin, som er en blanding av hydrokarboner (stoffer som kun består av karbon og hydrogen).

3.7.3 De to molekylene Br2 og ICl (jodklorid) har samme antall elektroner og er omtrent like store. a) I hvilket av stoffene er bindingen mellom molekylene sterkest? b) Hvilket av stoffene tror du har det laveste kokepunktet?

3.7.4 Ved romtemperatur er ett av stoffene CF4, CBr4 og CCl4 en gass, ett er en væske og ett er et fast stoff. Kan du avgjøre hvilken tilstand hvert stoff har?

3.8 O ppbygning og egenskaper til nettverksstoffer 3.8.1 Både diamant og grafitt er bygd opp av karbonatomer. a) Hvorfor er diamant så mye hardere enn grafitt? b) Hvorfor leder grafitt strøm, mens diamant ikke gjør det? c) Hvorfor har diamant et høyt smeltepunkt (3550 °C)?

24

3.8.2 Hvilke av disse utsagnene gjelder for diamant, og hvilke gjelder for grafitt? a) Det er to forskjellige avstander mellom C-atomene i stoffet. b) Hvert C-atom er bundet til fire andre C-atomer. c) Det er bare sterke kovalente bindinger i stoffet. d) Det er både sterke og svake bindinger i stoffet. e) Det brukes som elektrodemateriale. f) Det er det hardeste stoffet vi kjenner, og brukes til sliping. g) Lagene kan gli over hverandre, og stoffet brukes som smøremiddel.

3.8.3 Avgjør om hvert av stoffene som beskrives nedenfor, er et metall, en ioneforbindelse, et stoff som består av molekyler, eller et nettverksstoff.

Begrunn svaret ditt. a) Smeltepunkt 1610 °C, uløselig i vann og heptan, leder ikke elektrisk strøm som fast stoff eller som væske. b) Smeltepunkt 775 °C, løselig i vann, uløselig i heptan, leder ikke elektrisk strøm som fast stoff, men som væske. Vannløsning av stoffet leder strøm. c) Smeltepunkt 186 °C, løselig i vann, uløselig i heptan, leder ikke elektrisk strøm som fast stoff eller som væske. Vannløsning av stoffet leder ikke strøm. d) Smeltepunkt 69 °C, uløselig i vann, løselig i heptan, leder ikke elektrisk strøm som fast stoff eller som væske. e) Smeltepunkt 1085 °C, uløselig i vann, uløselig i heptan, leder elektrisk strøm som fast stoff og som væske.

3.8.4 Illustrasjonene A til E nedenfor viser strukturen i fire faste stoffer.

A

+

B

+

+

–

+

–

+

–

+

–

+

–

+

–

+

–

+

+ C

+

D

a) Hvilket eller hvilke av stoffene A til D er grunnstoffer, og hvilket eller hvilke er kjemiske forbindelser? b) Bruk bokstaven X for det første grunnstoffet og eventuelt Y for det andre grunnstoffet og skriv formler for stoffene B, C og D. c) Hvilket stoff er et metall? d) Hvilket stoff er et nettverksstoff? e) Hvilket stoff har lavest smeltepunkt? f) Hvilket eller hvilke stoffer leder strøm i smeltet tilstand? g) Hvilket eller hvilke stoffer er harde og sprøe? h) Hvilket eller hvilke stoffer er løselige i vann?

3.8.5 Velg én eller flere typiske egenskaper (1–6) for hvert faste stoff (a til d). a) metall b) nettverksstoff c) ioneforbindelse d) stoff bygd opp av små molekyler 1) har lavt smeltepunkt 2) har høyt smeltepunkt 3) leder elektrisitet når smeltet 4) er sprøtt 5) lar seg smi

3.9 Øve til prøve 3.9.1 ★ Hva slags binding(er) brytes når a) KBr løses i vann b) jern smelter c) vann spaltes til hydrogen og oksygen ved elektrolyse d) vann fordamper 3.9.2 Hvor i periodesystemet står grunnstoffene som a) gjerne danner negative ioner? b) har metallbinding? c) har kovalent binding mellom atomene i molekylet?

3.9.3 Hvordan kan vi beskrive a) metallbinding b) ionebinding c) kovalent binding 3.9.4 ★ Nevn to typiske egenskaper og gi en forklaring på hvorfor stoffene har disse egenskapene for a) metaller b) ioneforbindelser c) stoffer som består av molekyler d) nettverksstoffer 3.9.5 Er disse stoffene metaller, ioneforbindelser eller stoffer som består av molekyler? a) NO(g) b) Li2O(s) c) Li(s) d) mangan(IV)oksid e) rubidium f) svovelheksafluorid

3 • Bindinger, oppbygning og egenskaper

25

3.9.6 Når en kollisjonspute i en bil blåser seg opp under en kollisjon, skyldes det denne reaksjonen: 2NaN3(s) → 2Na(s) + 3N2(g) Hva slags type kjemisk binding forventer du å finne mellom atomene/ionene i de tre stoffene som inngår i denne reaksjonen? Begrunn svaret.

3.9.7 Hvilken type sterk binding regner du med å finne i a) H2 b) NaH c) Na 3.9.8 Klassifiser bindingene i disse stoffene som enten upolar kovalent binding, polar kovalent binding eller ionebinding: a) K2O b) CS2 c) NH3 d) KCl e) N2 f) BeO

26

3.9.9 Tabellen viser noen av egenskapene til fem stoffer (1–5). a) Hvilke av stoffene er metaller? b) Hvilket stoff kan være natrium? c) Hvilket stoff kan være natriumklorid? d) Hvilket stoff kan være sukker? e) Hvilket stoff kan være heptan?

Leder elektrisk strøm som væske

Stoff

Smeltepunkt

Løselighet i vann

Leder ­elektrisk strøm som fast stoff

1

lavt

løselig

ikke

ikke

2

lavt

uløselig

ikke

ikke

3

høyt

uløselig

godt

godt

4

høyt

løselig

ikke

godt

5

lavt

reagerer

godt

godt

Aktiviteter 3.1 Å lage «Slime» Slime er navnet på et materiale som kjennes fast, men som likevel flyter. Du skal lage Slime ved å bruke en vannløsning av polyvinylalkohol og tilsette en vannløsning av boraks. I denne aktiviteten skal du studere egenskapene til Slime og vurdere dem ut fra hvordan Slime er bygd opp.

Problemstilling Hvordan kan vi forklare egenskapene til Slime ut fra oppbygningen?

UTSTYR Fellesutstyr • konditorfarge • 4 % polyvinylalkoholløsning* (polyvinylalkohol er også kjent som PVA og polyetenol) • 4 % boraksløsning* Utstyr for hver elev • 1 plastbeger (med lokk) med 10 mL polyvinyl­ alkoholløsning • 1 dråpeteller med 2 mL boraksløsning • 1 rørepinne *Oppskriftene står på side xxx.

Fremgangsmåte og observasjoner 1) Merk deg konsistensen til hver av de utleverte løsningene.

2) Tilsett 2 dråper konditorfarge til løsningen i plastbegeret.

3) Tøm boraksløsningen i begeret og rør godt med rørepinnen. Ta opp klumpen og kna den inntil materialet er fast og seigt. Du har nå laget Slime.

4) Undersøk egenskapene til Slime. Du kan for eksempel trekke i materialet – først langsomt og deretter raskt. Du kan trykke på det, forme det som en ball eller prøve å helle det ut.

Resultater og spørsmål a) Beskriv konsistensen til de to løsningene du begynte med, og konsistensen og egenskapene til Slime. b) Se figuren og forklar hvorfor den opprinnelige polyvinylalkoholen er løselig i vann.

OH

OH

CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH OH

OH

utsnitt av en polyvinylalkoholkjede

c) Her er en modell av en borakspartikkel.

OH forenklet modell av en «borakspartikkel»

OH

Slime består av polyvinylalkoholkjeder og borakspartikler. De er bundet sammen med kovalente bindinger slik det er vist på figuren nedenfor.

OH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH OH

O O

O OH

O

CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH OH

Vannmolekyler er ikke tegnet inn i Slimemodellen. Forklar hva slags bindinger som holder vannmolekylene på plass inne i Slime.

RISIKOVURDERING Egenskaper ved stoffene • 4 % polyvinylalkoholløsning, 4 % boraksløsning: Vurdert ikke merkepliktig.

Spesielle tiltak Ingen.

Avfallshåndtering Slime kan kastes som restavfall. Rester av løsningene kan tømmes i vasken hvis de hver for seg skylles ned med mye vann.

3 • Bindinger, oppbygning og egenskaper

27

3.4 Bindingstyper og egenskaper Kreftene som holder partiklene i et stoff sammen, kalles kjemiske bindinger. Typen kjemisk binding i et stoff er med på å avgjøre stoffets egenskaper.

I denne aktiviteten skal du studere egenskapene til noen stoffer og vurdere hvilken type kjemisk binding som holder partiklene i stoffet sammen, og om stoffet er et metall, en ioneforbindelse, et stoff som består av molekyler, eller et nettverkstoff.

Problemstilling Du har seks stoffer og skal avgjøre om hvert av dem er et metall, en ioneforbindelse, et stoff som består av molekyler, eller et nettverksstoff.

Hvilken type kjemisk binding holder partiklene sammen i de ulike stoffene?

UTSTYR Fellesutstyr Fe(s), jernpulver CO(NH2)2(s), urea KCl(s), kaliumklorid CH3(CH2)18CH3(s), ikosan SiO2(s), silisiumdioksid CaCl2(s), kalsiumklorid Vann Heptan Utstyr for hver gruppe 1 spritbrenner 6 veieskip med hank, aluminium 8 mL (ev. aluminiumsfolie) 1 treklype 12 reagensrør av glass, 6 mL, med kork 1 spatel 1 teskje 1 filtrerpapir 1 4,5 V batteri 1 lysdiode (3 V) 3 ledninger med krokodilleklemmer 2 elektroder (kobber/grafitt) 1 begerglass, 200 mL 1 fyrstikkeske

30

Fremgangsmåte og observasjoner 1) Test for lavt eller høyt smeltepunkt i) Ha en spatelspiss med kaliumklorid i et aluminiumsveieskip som du holder med en treklype. ii) Tenn spritbrenneren og beveg veieskipet sakte gjennom flammen 4–5 ganger. Stoffer med relativt lave smeltepunkter vil smelte i denne testen. iii) Gjenta punkt i og ii for de fem andre stoffene. iv) Noter resultatene i tabellen på neste side.

2) Test for løselighet i polart og upolart løsemiddel i) Ha en veldig liten spatelspiss av hvert av de seks stoffene i hvert sitt reagensrør. ii) Fyll reagensrørene halvfulle med vann og sett på korken. iii) Rist og vend på rørene i ca. 5 minutter. iv) Etter ca. 5 minutter kan du se hvilke av stoffene som har løst seg. v) Gjenta punkt i til iv, men med heptan som løsemiddel. Bruk hansker og jobb i avtrekk.

3) Test for elektrisk ledningsevne som fast stoff i) Ha en halv teskje kaliumklorid på et filtrerpapir. ii) Koble sammen batteri, ledninger, lysdiode og elektroder som vist på bildet. iii) Plasser elektrodene på hver sin side av «haugen» med kaliumklorid og press elektrodene mot hverandre, slik at stoffet kommer under press mellom elektrodene, men uten at elektrodene berører hverandre. iv) For faste stoffer som leder elektrisk strøm, vil man få en sluttet krets, og lysdioden vil lyse. v) Gjenta punkt i til iv for de fem andre stoffene.

4) Test for elektrisk ledningsevne i vannløsning i) Ha rent vann i et 200 mL begerglass. ii) Bruk oppsettet fra forrige test og plasser begge elektrodene i vannet. Lysdioden skal ikke lyse. iii) Tilsett en halv teskje av et av de vannløselige stoffene i vannet og rør. Hvis en vannløsning av stoffet leder elektrisk strøm, vil man få en sluttet krets, og lysdioden vil begynne å lyse. iv) Gjenta punkt i til iii for alle de vannløselige stoffene.

Resultater og spørsmål a) Fyll alle resultater inn i tabellen. b) Bruk tabellen til å avgjøre hvilken type binding som holder partiklene sammen i de ulike stoffene, og om hvert stoff er et metall, en ioneforbindelse, et stoff som består av molekyler, eller et nettverksstoff. c) For hvert av de seks stoffene: Bruk bindingstypen som holder partiklene sammen i stoffet, som utgangspunkt for å forklare minst en av egenskapene til stoffet.

Stoff

Lavt eller høyt smeltepunkt

Løselig i polart løsemiddel (vann)

RISIKOVURDERING Egenskaper ved stoffene Urea, NaCl(s), SiO2(s): Vurdert ikke merkepliktig. Noen typer SiO2 er merkepliktig. Eksempel på SiO2 som er vurdert ikke merkepliktig, er silica gel med CAS nr. 112926-00-8.

CaCl2: Gir alvorlig øyeirritasjon.

Fe(s), jernpulver: Brannfarlig fast stoff.

Ikosan: Kan være dødelig ved svelging om det kommer ned i luftveiene.

Heptan: Meget brannfarlig væske og damp. Kan være ­dødelig ved svelging om det kommer ned i luftveiene.

Irriterer huden. Kan forårsake døsighet eller svimmelhet.

Meget giftig, med langtidsvirkning, for liv i vann.

Spesielle tiltak Bruk briller. I testen med heptan: Jobb i avtrekk og bruk hansker.

Avfallshåndtering Rester av jernpulver kastes som brannfarlig avfall. Rester av heptan og ikosan tømmes i en resteflaske for organiske løsemidler. Rester av de andre stoffene kastes som restavfall.

Vannløsninger helles i vasken og skylles ned med vann.

Løselig i upolart løsemiddel (heptan)

Leder strøm som fast stoff

En vannløsning av stoffet leder strøm

3 • Bindinger, oppbygning og egenskaper

31