Kjemien stemmer Kjemi 1 Grunnbok (2018) (utdrag)

HEGE KNUTSEN SVEIN TVEIT KRISTIAN VESTLI

KJEMIEN STEMMER

1

GRUNNBOK

KJEMI 1 • BOKMÅL

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

© 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 læreboken Kjemien stemmer 1 fra 2012, av: Truls Grønneberg, Merete Hannisdal, Bjørn Pedersen og Vivi Ringnes.

Grafisk formgiver: Kristine Steen Omslagsdesign: Kristine Steen Omslagsfoto: Thinkstock/Eyematrix Tegninger: Keops/Terje Sundby Bilderedaktør: Eva Irgens Forlagsredaktør: Eva Irgens Boken er satt med Minion 11/14 punkt og trykt på 100 g G-print Trykk: UAB Balto-Print, Litauen 2018 Utgave nr. 5 Opplag nr. 1 ISBN: 978-82-02-55591-7 cdu.no kjemienstemmer.cappelendamm.no

Fotoleverandører: Asker og Bærums Budstikke s. 147 Cappelen Damm: s. 44, s. 55n., s. 84, s. 110, s. 136, s. 168 h, 263 ø., 271, 272 Istock: Totojang s. 7, mumininan s. 50, Dusan Zidar s. 119, ianlangley s. 129 NTB scanpix: SPL s. 29 ø, s. 30, American Institute of Physics/SPL s. 31, AP s. 265 Inger Catrinius/Norges veterinærhøyskole s. 158 Norsk Hydro s. 105 ø.

NordicPhotos: GV-press/Pedro Coll/ age fotostock s. 262 ø.

STM-group: Department of Synchrotron Radiation Research, Lund University s. 29 n.

Svein Tveit: s. 85, s. 88, s. 178 Thinkstock: monkeybusinessimages s. 8, ttsz s. 9 ø., Tigatelu s. 9 m., Medioimages/Photodisc s.

9 n., M-KOIZUMI s. 10, Pavlo Kolotenko s. 33, zhudifeng s. 49, Csaba Toth s. 55 v., Photos.com s.

56 ø., mariusFM77 s. 56 nh., AptTone s. 70 ø., Mason Lake s. 70 n., Oleksiy Mark s. 73, LEVENT KONUK s. 78, Carmelka s. 80, Gwenvidig s. 81, Jupiterimages s. 93, Peter de Kievith s. 101, Egilshay s. 105 n., uatp2 s. 107, flukesamed s. 109, Alexander Raths s. 110 ø., weerapatkiatdumrong s. 110 n., pasmal/amanaimagesRF s. 137, Anatoli Styf s. 139, Dario Lo Presti s. 160, PhotoAR/ Avner Richard s. 167, Yusaku Takeda s. 168, jarabee123 s. 170, julof90 s.

196, Stockbyte s. 197, Chris Amaral s. 213, Alexey Stiop s. 217, Stockbyte s. 222, BS_Studio/ Bunyarit Suwansantawee s. 235, JensGade s. 236, Valentin Kosilov aka ArgenLant s. 242, baratroli s. 247, Top Photo Corporation s. 249, skymoon13 s. 253, KIREEVART s. 259, Ales Utovko s. 261, Thomas Males s. 262 nh., galaktikx s. 264, Mr.Somjring Chuankul s. 273 YARA: Gisle Nomme s. 151 Resten av bildene i boken er levert av Truls Grønneberg.

INNHOLD Forord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1

1

2

2

3

3

4

4

Verden som kjemikere ser den 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Kjemi og kjemikere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Tre viktige sider av kjemien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Stoffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Atomer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Periodesystemet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Stabil elektronfordeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Atombegrepets historie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Formler og navn på uorganiske ­forbindelser . . . . . . . . . . . . 33 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Felles formler og ensartede navn i alle land . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Forbindelser av to ikke-metaller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Forbindelser av ett metall og ett ikke-metall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Ioneforbindelser med ­f leratomige ioner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Ioneforbindelser med ­krystallvann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Bindinger, oppbygning og egenskaper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8

Ulike typer kjemiske bindinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Periodesystemet kan brukes til å avgjøre bindingstypen i et stoff . . . . 51 Metallbinding og egenskaper til metaller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Ionebinding og egenskaper til ­ioneforbindelser (salter) . . . . . . . . . . . . . 56 Kovalent binding i molekyler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Svake bindinger mellom ­molekyler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Egenskaper til stoffer som er bygd opp av molekyler . . . . . . . . . . . . . . . 68 Oppbygning og egenskaper til nettverksstoffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Stoffmengde og konsentrasjon 4.1 4.2 4.3

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Beregning av stoffmengde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Konsentrasjonen av et stoffi en blanding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Molare løsninger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

3

5

5

6

6

7

7

8

8

4

Stoffer reagerer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.1 5.2 5.3

Kjemiske reaksjoner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Kjemiske ligninger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Beregninger basert på ­reaksjonsligninger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Varme, uorden og spontanitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

Eksoterme og endoterme ­reaksjoner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Entalpi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Reaksjonsentalpi, dannelsesentalpi og bindingsentalpi . . . . . . . . . . .

Bestemmelse av reaksjonsentalpi med kalorimeter . . . . . . . . . . . . . . . .

Entropi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Gibbsenergien viser om en ­prosess er spontan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

­

110 114 119 125 128 133 138

Reaksjonsfart og likevekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Reaksjonsfart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Likevekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Drøfting av likevekter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Beregning av konsentrasjoner ved likevekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Løselighet og felling av salter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

140 146 148 153 155 166

Syrer og baser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7

pH i vandige løsninger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pH-målinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Syrer i vann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Baser i vann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Protolyse av salter og gasser i vann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Blandinger av sure og basiske l­ øsninger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Titrering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

168 174 176 183 190 197 202 212

9

9

10

Organisk kjemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11 9.12

Organisk kjemi ­– karbon­forbindelsenes kjemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alkaner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alkener og alkyner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Benzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Forbindelser med én funksjonell gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alkoholer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Karbonylforbindelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Aminer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Estere og etere dannes fra to organiske molekyler . . . . . . . . . . . . . . . . .

Forbindelser med flere ­forskjellige funksjonelle grupper . . . . . . . . . . .

Aromatiske forbindelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Isomeri: strukturisomeri og ­stereoisomeri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

214 218 223 228 230 232 237 244 246 250 252 254 257

Vann – vanlig stoff med uvanlige egenskaper . . . . . . . . . . 259 10.1 10.2 10.3

Vannets egenskaper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Drikkevann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Vaskemidler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

260 264 268 274

Stikkord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxx

5

FORORD Læreverket Kjemien stemmer Kjemi 1 dekker gjeldende læreplan for kjemi Vg2 programfag i studiespesialiserende utdanningsprogram. Læreverket består av en grunnbok, en studiebok og et nettsted.

Hvert kapittel begynner med en kort oversikt over kompetansemålene du skal lære. Viktig stoff er uthevet med gule rammer så du raskt skal kjenne det igjen. I denne boken er teorien forklart ved bruk av mange Eksempler.

Avsnitt med Ekstrastoff er for deg som vil gå litt mer i dybden. Bak hvert delkapittel er det Test deg selv-oppgaver. Når du løser disse oppgavene, får du samtidig en repetisjon av hovedtrekkene i det du nettopp har gjennomgått.

Kapitlene i Kjemien stemmer er utstyrt med QR-koder. Dette gjør at du raskt får tilgang til digitale ressurser som kan være til hjelp ved innlæringen av stoffet. Etter hvert kapittel er det et sammendrag fra hele kapittelet. Helt til slutt i boken kommer ordforklaringer og stikkordregister.

Studieboken inneholder et rikt utvalg av teorioppgaver og praktiske aktivi­ teter. Til verket hører også et nettsted: www.kjemienstemmer.cdu.no. Her er det mye tilleggsstoff. Blant annet inneholder nettstedet mange interaktive oppgaver og videoer ordnet etter kapitlene i boken. Nettstedet er fritt tilgjengelig for alle.

Vi ønsker alle lykke til med kjemifaget!

6

1 Verden som kjemikere ser den MÅL FOR OPPLÆRINGEN ER AT DU SKAL KUNNE • gjøre rede for den historiske utviklingen av atombegrepet og beskrive og sammenligne Bohrs atommodell og dagens atommodell • forklare, illustrere og vurdere stoffers sammensetning, bindingstyper og egenskaper ved hjelp av periodesystemet (fortsetter i kapittel 3)

Kjemi er læren om stoffene i og omkring oss. I dette kapittelet skal vi se nærmere på stoffenes minste byggeklosser, atomene, og hvordan de er organisert i periodesystemet.

Til slutt i kapittelet kan du lese litt om utviklingen av vår kunnskap om atomene, som er så små at de bare kan sees som kuler selv i verdens sterkeste mikroskop.

1 • Verden som kjemikere ser den

7

1.1 Kjemi og kjemikere Alt er kjemi Alt du kan se og ta på er bygd opp av atomer. Atomer kan reagere med hverandre i kjemiske reaksjoner og danne nye stoffer. Hver gang et stoff skifter farge eller smak, eller tar fyr er det en kjemisk reaksjon som skjer.

Alt rundt oss er kjemi.

Frem til nå har du på skolen lært om kjemi som en del av faget naturfag. Nå deler naturfaget seg opp i biologi, kjemi og fysikk. Kjemi er sentralt for alle mennesker enten de kan noe om det eller ikke. Hele livet vårt er fylt av naturlige og menneskeskapte kjemiske reaksjoner, og kjemi er et bredt fagfelt som har stor betydning i hverdagen.

Kjemiske reaksjoner skjer hele tiden.

Du hører alarmen på telefonen ringe. Du trekker pusten dypt inn, tenker over hvilken dag det er, før du rekker ut hånden og griper telefonen. Du tar på skjermen, den lyser opp, og du trykker på slumre.

Setningene beskriver de første sekundene i mange menneskers liv hver morgen. I løpet av disse sekundene skjer det mange kjemiske reaksjoner.

Tabellen på neste side gir en oversikt over noen få av dem. Selv om dette er avanserte prosesser og avansert teknologi, skal du lære grunnlaget for mange av dem i programfaget kjemi.

8

Vekkerklokken ringer.

Du puster.

Hele natten har en redoksreaksjon i batteriet levert litt strøm til telefonen.

Den har gjort det mulig for telefonen å holde orden på tiden og vekke deg når du har bedt om det.

Redoksreaksjon: pluss-pol: CoO2 + Li+ + e⁻ ⇌ LiCoO2 minus-pol: LiC6 ⇌ C6 + Li+ + e⁻

Nitrogen og oksygen fyller lungene dine.

Oksygenet blir tatt opp av hemoglobinet i blodet og fraktet dit det skal skje en forbrenningsreaksjon.

Hemoglobin med og uten oksygen:

Blodet fører karbondioksidet som blir dannet, ut igjen til lungene. Du puster ut igjen nitrogen, rester av oksygen og nydannet karbondioksid.

Hjernen sender en beskjed til armen, som strekker seg ut og tar på telefonen.

Nervecellene sender ut kjemiske signalstoffer som starter elektriske og kjemiske prosesser.

Fingeren treffer telefonen, som slår seg på.

Touch-skjermen er laget av en blanding av indiumoksid og tinnoksid. Skjermen merker berøring av fingeren som en endring i det elektriske feltet og kan bestemme nøyaktig hvor du har trykket.

Totalreaksjon: LiC6 + CoO2 ⇌ C6 + LiCoO2 (oppladet ⇌ utladet)

Jern

Oksygen

Ligning for oksidasjon av sukker: C6H12O6+ 6O2⇌ 6CO2+ 6H2O

Hvorfor skal vi lære kjemi?

Kjemi gir et godt grunnlag både for videre studier og for mange forskjellige yrker. Kjemikere har mange mulige karriereveier. De kan drive med forsk­ning på et laboratorium, jobbe i kjemisk industri, eller de kan jobbe med salg, undervisning eller pasienter. De kan jobbe med å lage bedre telefoner og datamaskiner eller med å løse verdens energiutfordringer eller kreftgåten.

Selv om du skulle velge et helt annet yrke enn kjemiker, vil kunnskaper i kjemi gjøre det lettere for deg å forstå politiske debatter om miljø og energi og for eksempel gi deg et faglig grunnlag for å kunne skille mellom saklige og usaklige utsagn i reklame. Kjemikunnskaper kan også komme til nytte når du skal velge et fornuftig kosthold og når du skal forstå hvordan du bør behandle helsefarlige stoffer i hverdagen.

1 • Verden som kjemikere ser den

9

1.2 Tre viktige sider av kjemien Samspill mellom makronivå, mikronivå og kjemispråk På laboratoriet eksperimenterer vi med stoffene og beskriver det vi observerer. Når vi gjør kjemiforsøk, arbeider vi med så pass store mengder av stoffene at vi kan observere det som skjer, med sansene våre. Mengden behøver ikke å være mer enn noen gram eller milligram. Vi sier at vi arbeider med stoffene på makronivå.

Beskrivelser på makronivå kan være farge og smak, temperatur og om stoffet er i fast form, væske eller gass. For eksempel kan vi på makronivå beskrive vann som en gjennomsiktig væske uten spesiell smak ved romtemperatur.

Når vi skal forklare det som skjer i en kjemisk reaksjon kan vi lage en modell. Fordi byggeklossene i stoffene er så små at vi ikke kan se dem, lager vi gjerne tegninger, animasjoner eller vi bygger molekylbyggesett av dem. På mikronivå bruker vi ofte atomer, ioner og molekyler for å beskrive stoffer. For å beskrive oppbyggingen av atomer bruker vi elektroner, protoner og nøytroner.

På mikronivå kan vi bruke figurer eller molekylbyggesett for å vise at vann er bygd opp av vannmolekyler. Hvert vannmolekyl er bygd opp av to hydrogenatomer og et oksygenatom, og molekylet er bundet sammen i en vinkel.

På makronivå beskriver vi vann som en gjennomsiktig væske.

På mikronivå bruker vi en modell av vannmolekylet.

Cl

H

O

C

Når vi omtaler stoffene og reaksjonene mellom dem ved hjelp av formler og likninger, kalles det kjemispråket. Kjemispråket inneholder blant annet formler, reaksjonslikninger, beregninger, systematiske navn og trivialnavn.

Skal vi beskrive vann med kjemispråk, bruker vi enten formelen H2O eller trivialnavnet vann. Å lære dette samspillet mellom makronivå, mikronivå og kjemispråket er en viktig del av det å lære kjemi.

Makronivå Kjemiske stoffer Beskrivelser

Mikronivå Atomer, molekyler, ioner Forklaringer, modeller

Kjemispråk Formler, ligninger Beregninger

Modeller i kjemien – fordeler og begrensninger For å danne seg et bilde av stoffer på mikronivå bruker kjemikere forskjellige modeller. Med en modell kan vi få fram bestemte trekk ved oppbygningen av et stoff. Matematikk og datamaskiner har gjort det mulig å lage

10

Cl

H

O

C

Kulepinnemodeller (øverst) og kalottmodeller (midten) av hydrogenklorid (HCl), vann (H2O) og karbondioksid (CO2).

Kulepinnemodellene viser vinklene mellom atomene, men kulene i modellen er for små i forhold til avstanden mellom dem. Kalottmodellene får bedre fram størrelsesforholdet mellom atomene, men viser ikke om bindingene i molekylet er enkelt- eller dobbeltbindinger.

avanserte tredimensjonale modeller av molekyler, men vi velger ikke alltid den mest korrekte og mest omfattende modellen når vi skal forklare noe.

En enkel modell kan være vel så hensiktsmessig hvis den illustrerer det vi er opptatt av i øyeblikket.

Uansett hvilken modell vi bruker, må vi huske på at en modell er et hjelpemiddel, ikke selve virkeligheten. I kjemien på skolen benytter vi ofte figurer eller byggesett som gir tredimensjonale kulepinnemodeller.

TEST DEG SELV 1 Hva er forskjellen på makronivå, mikronivå og kjemispråk?

2 Beskriv vann på makronivå, mikronivå og med kjemispråk.

1.3 Stoffer Stoff er alt som har masse og opptar plass

homos (gr.) = lik

Med stoff mener vi alt som har masse og opptar plass. Den minste partikkelen som alene kan bygge opp et stoff, er atomet. Atomene kan danne ioner og molekyler. Partiklene vi bruker til å beskrive stoffer på mikronivå, er ofte atomer, ioner og molekyler.

hetros (gr.) = forskjellig -gen (gr.) = danne

På makronivå skiller vi mellom rene stoffer og blandinger av stoffer. Et rent stoff er enten et grunnstoff eller en kjemisk forbindelse. I et grunnstoff er det bare én type atomer. I en kjemisk forbindelse er det to eller flere atomtyper som er bundet sammen.

En blanding inneholder to eller flere rene stoffer. I en blanding kan de forskjellige stoffene enten være jevnt fordelt eller ujevnt fordelt. Er stoffene jevnt fordelt på mikronivå, kaller vi det en homogen blanding. Hvis de er ujevnt fordelt på makronivå, kaller vi det en heterogen blanding.

Stoff

Rent stoff

Grunnstoff

Blanding av stoffer

Kjemisk forbindelse

Homogen blanding

Heterogen blanding

1 • Verden som kjemikere ser den

11

Grunnstoff

Kjemisk forbindelse

Et hydrogenmolekyl (øverst) og et vannmolekyl (nederst)

Periodesystemet inneholder foreløpig 118 forskjellige grunnstoffer, blant annet jern, karbon, oksygen og hydrogen. Hvis vi tenner på en blanding av hydrogengass og oksygengass, reagerer stoffene med hverandre, vi hører et smell, og det blir dannet vann. Vann er en kjemisk forbindelse som består av molekyler. Hvert vannmolekyl består av to hydrogenatomer og ett oksygenatom. Den kjemiske forbindelsen, vann, har helt andre egenskaper enn de grunnstoffene den er dannet av.

Et glass saft og vann kan være eksempel på både en heterogen og en homogen blanding. Hvis vi først fyller saft i glasset og så har i vann, vil saften være mye mer konsentrert i bunnen enn i toppen, der er det nesten bare vann. Vi har altså en heterogen blanding. Men tar vi en skje og rører rundt, blir fargen snart jevn. Saften smaker det samme på toppen og bunnen, og vi har fått en homogen blanding.

Et grunnstoff er et stoff som består av bare én type atomer.

En kjemisk forbindelse er et stoff som består av to eller flere typer atomer.

En homogen blanding er jevnt fordelt på mikronivå.

En heterogen blanding er ujevnt fordelt på makronivå.

Stoffer som brukes på laboratoriet eller i industrien, kalles vanligvis kje­ mikalier. Det er stoffer som vi kjenner sammensetningen og renheten av.

På laboratoriet kalles natriumklorid og etansyre for kjemikalier. I dagliglivet kaller vi de samme stoffene salt og eddiksyre.

Fast stoff, væske eller gass

Stoffer er bygd opp av atomer, ioner eller molekyler.

12

Stoffer kan være faste, flytende eller gasser. Disse tilstandene kaller vi faser.

Når et stoff går fra én fase til en annen på grunn av temperaturendring, er det en faseovergang, ikke en kjemisk reaksjon. Hvilken fase et stoff er i, bestemmes av trykk og temperatur.

Temperaturen i et stoff svarer til den gjennomsnittlige bevegelsesenergien til partiklene i stoffet. Temperaturøkning fører til at partiklene beveger seg mer og får høyere energi.

I faste stoffer ligger partiklene tettpakket på en systematisk måte. Et fast stoff trenger ikke å være i en beholder for å holde på fasongen. I væsker er partiklene uordnet, men samtidig er de bundet til hverandre omtrent som i et fast stoff. Partiklene kan bevege seg forbi hverandre.

Vi har tre ulike faser.

En kule i figuren er en partikkel.

En partikkel kan være et atom, et ion eller et molekyl.

Væsker former seg etter den beholderen de oppbevares i, men trenger ikke lokk for å holde seg samlet. I gasser er partiklene ikke bundet til hverandre, og avstanden mellom partiklene er mye større enn i en væske eller i et fast stoff. Partiklene i gasser beveger seg i rette linjer til de kolliderer med hverandre eller med veggene i beholderen de er i. Gasser trenger en beholder med lokk for å holde seg samlet.

Alle faseovergangene har navn. De står i figuren nedenfor. Noen få stoffer går rett fra fast stoff til gass, dette kalles sublimering. Hvis et stoff går direkte fra gass til fast stoff, sier vi at det blir deponert. Mange stoffer tåler ikke oppvarming, hvis de blir varmet opp skjer det ikke noen fase­ overgang, men en kjemisk reaksjon.

Sublimering

Modell av et fast stoff

Smelting

Fordamping

Størkning

Kondensering Modell av en væske

Modell av en gass

Deponering

I en faseovergang går et stoff fra én fase – fast, væske eller gass – til en annen fase på grunn av endringer i temperatur eller trykk.

Navn på grunnstoffer

IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry

Først på slutten av 1700-tallet innså man at alle stoffer var bygd opp av et begrenset antall grunnstoffer. Ni av grunnstoffene var kjent allerede i oldtiden, ytterligere seks var oppdaget før 1750, og siden er det blitt oppdaget eller fremstilt nye grunnstoffer. Den som oppdager et grunnstoff, har rett til å foreslå navn på det. Navnet blir endelig fastsatt av en internasjonal organisasjon som kalles IUPAC. For hvert grunnstoff er det fastsatt et atomsymbol og et navn. Symbolet er første bokstav i det latinske navnet (som stor H for hydrogen) eller første bokstav pluss en liten bokstav (som He for helium og Hg for hydrargyrum (lat.) = kvikksølv). Symbolet er det samme i alle land. Navnet kan variere fra språk til språk, særlig for de grunnstoffene som har vært kjent og i bruk lenge. For eksempel er Au atomsymbolet for det grunnstoffet som heter gull på norsk, aurum på latin, gold på engelsk og or på fransk.

Grunnstoffet med atomsymbol Rg heter derimot røntgenium eller roentgenium på de fleste språk.

1 • Verden som kjemikere ser den

13

Formler for grunnstoffer med tilstandssymboler Atomsymbolet for helium, He, kan både stå for ett atom helium og for gassen helium. Det er fordi heliumgassen består av enkeltatomer. He brukes derfor som formel for helium. Vanligvis føyer vi til en bokstav i parenFormel og tilstandssymbol: tes for å angi hvilken tilstand stoffet er i ved vanlig temperatur og trykk.

For gass skriver vi (g) etter formelen, og heliumgass oppgir vi dermed som H2(l) He(g). Periodesystemet foran i boken viser hvilken fase de forskjellige He(g) grunnstoffene har ved vanlig trykk og temperatur.

Au(s) Atomsymbolet for et metall brukes også som formel for grunnstoffet, Hg(l) selv om metallet består av et enormt antall sterkt sammenbundne atomer.

Au kan både stå for ett gullatom og for metallet gull. For å få frem at gull er et fast stoff, skriver vi Au(s).

Et atomsymbol alene er likevel ikke alltid brukbart som formel for et grunnstoff. Mange grunnstoffer Titan 0,4 % Alle andre grunnstoff 1,0 % består av molekyler som er sammensatt av to eller flere Magnesium 2,1 % Kalium 2,6 % like atomer. Eksempler på det er hydrogen, nitrogen, Hydrogen 0,1 % Natrium 2,8 % oksygen og klor, som er gasser ved romtemperatur.

Kalsium 3,6 % Jern 5,0 % Formlene for disse gassene oppgir vi som H2(g), N2(g), O2(g) og Cl2(g).

Aluminium 8,1 % Oksygen 46,6 % Elleve grunnstoffer er gasser ved romtemperatur, mens bare to (kvikksølv og brom) er væsker. Resten Silisium 27,7 % av grunnstoffene er faste stoffer.

Fordeling av grunnstoffer i jordskorpen etter masseprosent.

De aller fleste grunnstoffene forekommer i forbindelser, ikke som rene grunnstoffer.

Aluminium, silisium og oksygen inngår i aluminiumsilikater, som er de vanligste forbindelsene i jordskorpen.

Ulike former av ett grunnstoff Mange grunnstoffer opptrer i forskjellige former. For eksempel danner oksygenatomer ikke bare O2-molekyler (dioksygen), men også O3-molekyler (trioksygen). I luften dominerer O2(g), og vi kaller den vanligvis bare oksygengass. Når det lyner, blir det dannet O3(g), som vi kaller ozongass.

De fleste grunnstoffene som er faste ved romtemperatur opptrer i flere former. På side 70 omtaler vi karbon som diamant, grafitt, samt fulleren og andre nanopartikler.

TEST DEG SELV 1 Bruk periodesystemet og skriv formel med tilstandssymbol for disse grunnstoffene. a) oksygengass b) neon c) jern d) kvikksølv 2 Hvilke av disse stoffene er grunnstoffer? a) svovel b) svoveldioksid c) ozon d) diamant e) natriumklorid 3 Hvilke av disse stoffene er kjemiske forbindelser? a) H2 b) NH3 c) N2 d) NO2 e) HNO3

14

1.4 Atomer Bohrs atommodell og dagens atommodell

Elektronskyen til litiumatomet er tettest i to områder, ett nær atomkjernen og ett lenger fra kjernen.

Elektronskall e– 3p+ 4n

Opp gjennom tidene er det foreslått flere forskjellige atommodeller. I dag er det to atommodeller som begge brukes mye. Den ene bygger på dansken Niels Bohrs arbeid og kalles ofte Bohrs atommodell eller skallmodellen.

Den andre modellen ble utarbeidet fordi det var flere observasjoner Bohrs modell ikke kunne forklare. Denne modellen gir et mer nyansert bilde av hvordan atomene er bygd opp.

Den nye atommodellen kalles ofte dagens atommodell eller Schrødingers atommodell. Du kan lese mer om Bohrs og Schrødingers arbeid med atommodellen på side 30. Bohrs atommodell er tilstrekkelig for de fleste temaene i Kjemi 1.

De to modellene har flere likheter, og i begge har atomet en kjerne som består av positivt ladede protoner (p+) og nøytrale nøytroner (n). ProtoElektronskall e– nene og nøytronene er alltid i kjernen og kalles derfor ofte kjernepartikler. + De3pholdes sammen av sterke kjernekrefter. Massen til atomet er konsentrert 4n i kjernen.

Rundt atomkjernen er det en sky av negativt ladede partikler, elektroner (e–Atomkjernen ). De områdene der sannsynligheten er størst for å treffe på elektroner, blir kalt elektronskall. Et elektron og et proton har like stor ladning, men motsatt fortegn. Atomer er nøytrale fordi de inneholder like mange elektroner som protoner.

Symbol

Plass i atomet

Relativ masse

Ladning

Proton

p+

i kjernen

1

+1

Nøytron

n

i kjernen

1

0

Elektron

e–

rundt kjernen

0,0005

–1

Størrelsen på et atom bestemmes av elektronskyen, som er omtrent 10–10 m i diameter. Atomkjernen har en diameter på bare 10–15 m. Tenker vi oss en kjerne på 1 cm i diameter, vil de ytterste elektronene være 1 km unna kjernen!

Atomkjernen

En modell av et litiumatom slik vi kan beskrive det med Bohrs atommodell.

Atomet har en kjerne som består av kjernepartiklene protoner og nøytroner. Elektroner er i skall rundt kjernen.

1 • Verden som kjemikere ser den

15

Atomnummer og nukleontall

Nukleontall Atomsymbol Atomnummer

Cl

35 17

Vi har tidligere sagt at i et grunnstoff er alle atomene av samme type. Med det mener vi at alle atomene i grunnstoffet har like mange protoner i kjernen. Vi kan ta atomer av litium og klor som eksempel. Alle litiumatomer har 3 protoner i kjernen, og alle kloratomer har 17 protoner i kjernen.

Antallet protoner i kjernen kaller vi atomnummeret til grunnstoffet.

Litium har altså atomnummer 3 og klor har atomnummer 17.

Alle kjernene i kloratomene har 17 protoner, mens tallet på nøytroner er enten 18 eller 20. Summen av alle kjernepartiklene, protonene og nøytronene, i et kloratom er da enten 35 eller 37. Antallet kjernepartikler i et atom kaller vi nukleontallet. Et kloratom har da enten nukleontall 35 eller 37.

For å vise hvor mange kjernepartikler det er i et atom, kan vi benytte en kort skrivemåte. Foran atomsymbolet skriver vi da to tall, ett nede for atomnummeret og ett oppe for nukleontallet.

Atomnummer = antall protoner Nukleontall = antall protoner + antall nøytroner

Isotoper Som nevnt ovenfor finnes det to ulike kloratomer i naturen. Vi kan skrive 35 Cl og 37 Cl. En annen skrivemåte er klor-35 og klor-37. Begge dem som 17 17 atomene har 17 protoner i kjernen og er derfor kloratomer, men de har ulikt antall nøytroner i kjernene. De to atomene er det vi kaller isotoper av klor. Isotoper av samme grunnstoff reagerer likt i kjemiske reaksjoner.

Men isotoper har forskjellige fysiske egenskaper, for eksempel har isotopene forskjellig masse. Noen grunnstoffer har både ustabile (radioaktive) og stabile isotoper.

17p+ 18n

De to klorisotopene som finnes naturlig på jorden.

Elektronskallene er ikke vist i figuren.

16

17p+ 20n

17e– 35 17 Cl

17e– 37 17 Cl

isos (gr.) = lik topos (gr.) = sted

Isotoper er atomer som har like mange protoner, men ulikt antall nøytroner i kjernen.

Fordi isotoper er ulike atomer av samme grunnstoff, hører de til i samme rute i periodesystemet. Ikke alle grunnstoffer har to eller flere isotoper slik som klor. I 20 av de ca. 90 grunnstoffene som finnes i jordskorpen, har alle atomene av grunnstoffet samme nukleontall. Natrium og fluor er eksempler på slike grunnstoffer. Det er bare isotopene av hydrogen som har egne navn.

proteos (gr.) = den første deuteros (gr.) = den andre tritos (gr.) = den tredje

Hydrogenisotop

Navn

Forekomst (i %)

1H 1

protium

99,985

2H 1

deuterium

0,015

3 H (radioaktiv) 1

tritium

spormengde

Eksempel 1: Beregning av antall kjernepartikler i et atom Hvor mange protoner og nøytroner er det i et

23 11 Na-atom?

Svar Atomnummeret 11 viser at det er 11 protoner i atomkjernen.

Nukleontallet 23 viser summen av protoner og nøytroner i kjernen.

Antallet nøytroner: 23 – 11 = 12

Det er 11 protoner og 12 nøytroner i

23 Na. 11

Atommasse u for unit (eng.) = enhet 1 u = 1,66 ·

10 –24

g

I 1,0 liter vann (1,0 kg) er massen av alle elektronene bare i underkant av 0,3 g.

Altså under 0,03 % av vannet.

Atommassen er massen til et enkelt atom. Massen til et enkelt atom er svært liten, og den er konsentrert i kjernen. For enkelthets skyld oppgir vi ikke massen til atomer i gram, men i atommasseenheten u. Massen til både et proton og et nøytron er omtrent lik 1 u. Massen til et elektron er bare 0,0005 u, og det er så lite at vi kan se bort fra massen av elektronene når vi oppgir massen til et atom med bare fire siffer. Massen til et atom blir derfor svært nær massen av atomkjernen. Det svarer omtrent til summen av massen av protonene og nøytronene.

1 • Verden som kjemikere ser den

17

17 Cl 35,45

Massen til atomet klor-35 er derfor nær 35 u, mens massen til klor-37-atomet er nær 37 u. I periodesystemet står atommassen for hvert grunnstoff uten benevning. Den oppgitte atommassen er et gjennomsnitt av massen av alle isotopene som finnes av dette grunnstoffet i naturen.

klor

Atommasse slik den er oppført i periodesystemet, er den ­gjennomsnittlige massen av atomene i et grunnstoff slik det ­forekommer i naturen. Enheten u er sløyfet i periodesystemet.

Eksempel 2: Beregning av atommasse ut fra den ­naturlige forekomsten av isotopene i grunnstoffet Grunnstoffet klor består av 75,77 % klor-35 og 24,23 % klor-37.

Massen til et klor-35-atom er 34,97 u.

For et klor-37-atom er den 36,97 u.

Hva er atommassen til klor?

Svar Atommassen:

34,97 u · 75,77 36,97 u · 24,23 + = 35,45 u 100 100

Atommassen til klor er 35,45 u.

Selv om vi sier at atommassen til klor er 35,45 u, er det ingen kloratomer som har akkurat denne massen.

Elektroner i elektronskall Vi starter med å vise hvordan elektronene er ordnet i skall ifølge Bohrs atommodell. Elektronene i det innerste skallet har lavest energi, og elektronene i skallene utover har større energi. Det innerste elektronskallet kalles K-skallet, og de neste skallene har fått betegnelser i alfabetisk rekkefølge: K, L, M, N, O, P og Q. Det blir plass til flere elektroner jo lengre skallet er fra kjernen. For å finne ut hvor mange elektroner det er plass til i et skall, bruker vi formelen 2n2, der n er nummeret til skallet. K er skall nummer én: 2 ∙ 12 = 2. Det er altså plass til 2 elektroner i K skallet. M er skall nummer to, 2 ∙ 22 = 8, og har plass til 8 elektroner. N er skall nummer tre, 2 ∙ 32 = 18, og har plass til

18

11 p+ 12 n K

L M

Modell av natriumatomet ifølge Bohrs atommodell

18 elektroner. O er skall nummer fire, 2 ∙ 42 = 32, og har plass til 32 elektroner. P- og Q-skallet er ikke fylt i de grunnstoffene vi kjenner i dag.

Fordelingen av elektroner i de forskjellige skallene, regnet fra K-skallet og utover, oppgir vi med tall med komma imellom. I det nøytrale natrium­ atomet 11Na er det i alt 11 elektroner. De fordeler seg på tre skall med 2 elektroner i K-skallet, 8 i L-skallet og 1 i M-skallet. Elektronfordelingen oppgir vi da som 2, 8, 1.

Maksimalt antall elektroner i et skall er gitt ved formelen 2n2, der n er nummeret til skallet.

EKSTRASTOFF Kunstige framstilte grunnstoffer Alle grunnstoffer med atomnummer større enn 92 (uran) er fremstilt kunstig og er radioaktive. Det er bare noen få laboratorier i verden som har utstyr og forskere som er i stand til å fremstille nye grunnstoffer. De fem som har vært sentrale i fremstillingen av de fire siste grunnstoffene som er framstilt og godkjent, ligger i Darmstadt (Tyskland), Dubna (Russland), California (USA), Tennessee (USA) og Wako (Japan).

Ved disse laboratoriene er det gjort mange forsøk på å lage nye grunnstoffer ved å skyte atomkjerner av forskjellige grunnstoffer mot hverandre. Hvis forskerne lykkes, vil en ny atomkjerne ha et atomnummer som er summen av atomnumrene til de to atomkjernene som traff hverandre. Grunnstoff 118 ble i 2006 fremstilt ved å skyte kjerner av kalsium (grunnstoff 20) mot kjerner av californium (grunnstoff 98), og du ser at 20 + 98 = 118. Men bare tre atomkjerner ble dannet i de månedene forsøket pågikk, og disse kjernene hadde en levetid på bare 1 millisekund. Våren 2012 begynte forskerne i Darmstadt å lage grunnstoff 119 ved å skyte kjerner av titan (grunnstoff 22) mot kjerner av berkelium (grunnstoff 97). Symbolet for grunnstoff 119 er foreløpig Uun (ununnonium). Symbolet er fra de første bokstavene i tallet 119 på latin (1 = unus, 9 = novem). Lignende navn hadde også grunnstoffene 113Uut (ununtrium), 115Uup (ununpentium), 117Uus (ununseptium) og 118Uuo (ununoktium) frem til 2016.

For at et nytt grunnstoff skal bli godkjent av IUPAC, må det bekreftes gjennom eksperimenter utført av en annen forskergruppe. Det kan ta tid, og først etter dette vedtar IUPAC et endelig navn på grunnstoffet. I 2016 var det fire nye grunnstoff som fikk godkjent navn og med det var alle periodene vi har i periodesystemet i dag fulle. Grunnstoff 113 fikk

navnet nihonium, symbol Nh. Navnet ble foreslått av japanske forskere og kommer fra det japanske ordet Nihon, som betyr Japan. Et team bestående av amerikanske og russiske forskere foreslo navnene for grunnstoff 115 og 117. Grunnstoff 115 fikk symbolet Mc og navnet moscovium. Grunnstoff 117 fikk symbolet Ts og navnet tenness. Det siste av de fire, grunnstoff 118 fikk symbolet Og og navnet oganesson etter Yuri Oganessian en profilert russisk grunnstofforsker.

Hvorfor prøver man å lage nye grunnstoffer når det er så krevende og kostbart å lage dem? Det skyldes dels at det alltid er noen som prøver å hoppe høyere, løpe fortere eller komme lenger enn noen har gjort før. Dessuten lokker en mulig viktig oppdagelse i det fjerne. Noen teoretikere tror nemlig at vi kan fremstille nye grunnstoffer med (mye) lengre levetid enn de som hittil er fremstilt.

Hvert grunnstoff er unikt. Det ligner på de andre i samme gruppe i periodesystemet, men har likevel sine spesielle egenskaper. Med de nye grunnstoffene synes periodesystemet å være «fullt», men det er bare tilsynelatende. Grunnstoff 118 er det første syntetiske grunnstoffet i hovedgruppe 8, edelgassene. Det har siden 2006 bare blitt detektert fem–seks atomer av Og. Lenge trodde forskerne at Og ville være en gass. Teoretiske beregninger tyder imidlertid på at stoffet er fast ved vanlig trykk og temperatur, og at det er relativt reaktivt. Dette er ikke egenskaper man ville forvente av et stoff i hovedgruppe 8, edelgassene. Grunnstoff 119 er sannsynligvis et alkalimetall og skal dermed inn i gruppe 1.

Hvis dette grunnstoffet lages må periodesystemet utvides med en ny rad.

1 • Verden som kjemikere ser den

19

Orbitaler Dagens atommodell viser at elektroner innenfor samme skall kan ha forskjellig energinivå. Vi kaller de forskjellige energinivåene innenfor samme skall for orbitaler. De grunnstoffene vi finner i periodesystemet har til sammen fire forskjellige typer orbitaler, de betegnes s, p, d og f. Hver orbital har plass til 2 elektroner. Figurene i margen viser formen til s- og p-orbitalene.

I K-skallet er det én s-orbital. I L-skallet er det én s-orbital og tre p-orbitaler. I M-skallet er det én s-orbital, tre p-orbitaler og fem d-orbitaler. s-orbitalen i K-skallet kalles 1s, s-orbitalen i L-skallet kalles 2s, s-orbitalen i M-skallet kalles 3s, og sånn fortsetter det videre. p-orbitalene i L-skallet kalles 2p, p-orbitalene i M-skallet kalles 3p, osv. Det samme gjelder d- og f-orbitalene. Tabellen nedenfor viser hvordan skallene i Bohrs atommodell blir delt opp i orbitaler i dagens atommodell.

Hvert skall har en s-orbital.

I Bohrs atommodell er elektronene i kuleformede skall. s-orbitalene i dagens atommodell har også denne fasongen.

Bohrs atommodell

x

y

z

Tre p-orbitaler.

Ikke alle orbitaler har kulefasong.

Skall

Nummer (n)

Maks antall elektroner (2n2)

Orbitaler

Maks antall elektroner

K

1

2

1s

2·1=2

L

2

8

2s 2p

2·1=2 2·3=6

8

M

3

18

3s 3p 3d

2·1=2 2·3=6 2 · 5 = 10

18

32

4s 4p 4d 4f

2·1=2 2·3=6 2 · 5 = 10 2 · 7 = 14

32

N

Modell av natriumatom ifølge dagens atommodell.

Figuren viser de beregnede fasongene for orbitalene.

Til høyre er de ulike orbitalene lagt oppå hverandre.

K

Dagens atommodell

4

I Na er det i alt 11 elektroner. Elektronfordelingen i skallene er 2, 8 og 1.

I K-skallet er det to elektroner i 1s-orbitalen. I L-skallet er det to elektroner i 2s-orbitalen og 6 elektroner i de tre 2p-orbitalene. I M-skallet er det ett elektron i 3s-orbitalen.

L

M

y

x z 1s

20

2s

2p

3s

1s, 2s, 2p, 3s orbital

Bohrs atommodell: Elektronene er fordelt i skall som betegnes med bokstavene K, L, M, N, O, P og Q. Dagens atommodell: Skallene er delt inn i orbitaler som elektronene fordeles i. Orbitalene har betegnelsene s, p, d og f.

TEST DEG SELV 1 Hva er isotoper?

2 Hydrogenisotopene har egne navn. Hva heter de, hva er atomnummeret, og hva er nukleontallet til hver av isotopene?

3 Et nøytralt kaliumatom har 19 protoner og 20 nøytroner. a) Hva er atomnummeret? b) Hva er nukleontallet? c) Hvor mange elektroner har atomet?

4 Hvor mange elektroner kan det maksimalt være i K-, i L-, i M- og i N-skallet?

5 Oppgi det største antallet elektroner a) i skall nr. 1 b) i L-skallet c) i skall nr. 4 c) i det ytterste skallet (for andre atomer enn H og He) 6 Hva er forskjellen på Bohrs og dagens atommodell?

1.5 Periodesystemet Periodesystemet – et elegant og nyttig system På 1700-tallet ble flere og flere grunnstoffer oppdaget, og det ble gjort mange forsøk på å organisere dem i en tabell. Den første som lyktes var den russiske kjemiprofessoren Dmitrij Mendelejev. I 1869 publiserte han det første utkastet til periodesystemet. Her hadde han organisert grunnstoffene etter atomvekt og kjemiske egenskaper. Periodesystemet har utviklet seg mye siden den gangen, men grunnprinsippene er fortsatt de samme.

Vi skal bruke periodesystemet til å forutsi oppbygningen og egenskapene til grunnstoffer og kjemiske forbindelser. Et viktig kjennetegn ved periodesystemet er at grunnstoffer som ligner på hverandre i oppbygning og egenskaper, kommer igjen med bestemte mellomrom. Vi sier at disse grunnstoffene opptrer periodisk i systemet. Ut fra den plassen et grunnstoff har i systemet, kan vi derfor si mye om de egenskapene det har.

1 • Verden som kjemikere ser den

21