Alexander H. Sandtorv
KJEMI FOR INGENIØRER
3.utgave
halvmetall
Na Fast stoff Hg Væske H Gass
AlexanderH.Sandtorv
KJEMIFORINGENIØRER
3.utgave
Copyright©2025by Vigmostad&BjørkeAS AllRightsReserved
1.utgave2019
2.utgave2021
3.utgave2025/1.opplag2025
ISBN:978-82-450-5778-2
Grafiskproduksjon:JohnGrieg,Bergen Omslagsdesign:EndreBarstad Layoutogsats:VegardBrekkeMerkurGrafiskAS
Periodesystempåinnsidenavperm:ErikBolstad,modifisertavBjørnNorheim
IllustrasjoneravBjørnNorheim:
1.1,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,1.10,1.11,1.12,1.13,1.14,1.15,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.12,2.13,2.14, 2.15,2.17,figuripasspå-boks,2.18,2.19,2.20,2.22,3.1,3.2,3.3,3.4,3.5,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6,4.7, 4.8,figurieksempel4.8,4.9,4.10,4.11,4.12,4.13,4.14,5.1,5.2,5.3,5.4,5.5,5.6,5.7,5.8,5.11,5.12, 5.13,6.1,6.2,6.3,6.4,6.5,6.6,7.1,7.2,7.3,7.4,7.5,7.6,7.7,8.1,8.2,8.3,8.8,9.5,figurieksempel9.5, 9.7,9.8,9.10,9.11,9.12,9.13,9.15,9.16,9.17,figurerioppgavene9.10og9.11
IllustrasjonavMerkurGrafisk:1.10 Øvrigefigurererlagetavforfatter.
Foto:
1.2:KrimKate/Shutterstock.com,AleksandrPobedimskiy/Shutterstock.com,AndražCerar/Shutterstock.com, Rvkamalov/Shutterstock.com,2.11:MariuszSzczygiel/Shutterstock.com,2.16:Wikimediacommons/ W.Oelen,9.14:S6Wigj/Shutterstock.com,10.11:GaborKenyeres/Shutterstock.com
Forsidebildertilhvertkapittel: 1:vchal/Shutterstock.com,2:Hriana/Shutterstock.com,Rvkamalov/Shutterstock.com, 3:ggw/Shutterstock.com,4:EverettHistorical/Shutterstock.com,5:ParabolStudio/Shutterstock.com, 6:HayatiKayhan/Shutterstock.com,7:magnetix/Shutterstock.com,8:Natalielme/Shutterstock.com, 9:mbrand85/Shutterstock.com,10:YuriyGolub/Shutterstock.com,MaraZe/Shutterstock.com, Lesterman/Shutterstock.com,11:MarkAgnor/Shutterstock.com
Spørsmålomdennebokenkanrettestil: Fagbokforlaget Kanalveien51 5068Bergen Tlf.:55388800 e-post:fagbokforlaget@fagbokforlaget.no www.fagbokforlaget.no
Materialetervernetetteråndsverkloven. Utenuttrykkeligsamtykkeereksemplarfremstilling baretillattnårdeterhjemletilovelleravtalemedKopinor.
Vigmostad&BjørkeASerMiljøfyrtårn-sertifisert, ogbøkeneerprodusertimiljøsertifisertetrykkerier.
Innhold
Kapittel1
Atometogperiodesystemet...............................................................13
1.1Kjemiogatomet...................................................................13
Atometbeståravprotoner,nøytronerogelektroner...............................14
Grunnstoffer........................................................................14
Atomnummerogmassetall.........................................................15
Isotoper.............................................................................16
1.2Periodesystemet....................................................................17
Metaller,halvmetallerogikke-metaller.............................................18
Blokker.............................................................................19
Atommasse..........................................................................20
Atomradius.........................................................................21
1.3ElektronetogBohr-modellen......................................................22 Skall.................................................................................22
1.4Ioner................................................................................23
Ionerogperiodesystemet...........................................................25
1.5Elektronerogorbitaler.............................................................29
Sannsynlighetsfunksjoner...........................................................30
Kapittel2
Denkjemiskebindingen..................................................................41
2.1Kjemiskbinding....................................................................41 Elektronaffinitetogelektronegativitet...............................................42
2.2Lewis-strukturer....................................................................46
2.3Metallbindinger.....................................................................52
2.4Intermolekylærekrefter.............................................................53
Intermolekylærekrefterogfysiskeegenskaper......................................55
2.5Navnsettingavuorganiskeforbindelser............................................60
Kapittel3
Kjemisksammensetningogkjemiskereaksjoner.........................................69
3.1Kjemisksammensetning............................................................69
3.2Stoffmengdeogmol-begrepet......................................................73
3.3Kjemiskeløsningerogmolaritet...................................................78 Lagekjemiskeløsninger.............................................................80 Fortynningsformelen................................................................82
3.4Kjemiskereaksjoner................................................................83
Lovenommassenesbevarelseogbalanseringavreaksjonslikninger................84 Balanseringavavansertereaksjonslikninger.........................................89
3.5Støkiometri.........................................................................90
Begrensendereaktant................................................................94
Kapittel4
Tilstanderoggasser.......................................................................101
4.1Tilstander...........................................................................101
Detretilstandenepåpartikkelnivå.................................................103 Løstivann(aq).....................................................................105 Fasediagramforrenestoff(enkomponent).........................................106
4.2Gasslovene..........................................................................108 Enheter..............................................................................108
Defiregasslovene...................................................................109
4.3Denideellegassloven...............................................................112
4.4Partialtrykk.........................................................................115
Kapittel5
Termodynamikkogenergi................................................................121
5.1Energiogenergioverføring.........................................................121
Systemogomgivelser...............................................................122
Indreenergi.........................................................................123
Varmeogarbeid....................................................................123
Overføringavenergisomvarme...................................................124
Overføringavenergisomarbeid...................................................125
Endringiindreenergi..............................................................127
Termodynamikkens1.lov..........................................................128
5.2Entalpi..............................................................................128
Endotermeogeksotermereaksjoner................................................129
Entalpiendringerforfaseoverganger................................................130
Tilstandsfunksjoner.................................................................132
Standarddannelsesentalpi...........................................................132
Hess'lov............................................................................135
EksempelmedHess'lov............................................................135
5.3Varmekapasitetogkalorimetri.....................................................139
Kalorimetri..........................................................................141
Kalorimetermedkonstanttrykk....................................................141
Kalorimetriogentalpiendringer....................................................143
Kalorimetermedkonstantvolum(bombekalorimeter).............................145
5.4Entropiogtermodynamikkensandreogtredjelov...............................146
Spontanitet.........................................................................146
Mikrotilstander.....................................................................146
Entropi..............................................................................149
Termodynamikkens2.lov..........................................................150
Termodynamikkens3.lov..........................................................152
5.5Gibbsenergi........................................................................153
UtledningenavetuttrykkforendringeniGibbsenergi...........................153
Fortegnetpå �Gogspontanitet...................................................155
Spontanitetoghastighet............................................................156
Kapittel6
Kjemiskelikevekter.......................................................................163
6.1Likevektsbegrepet...................................................................163
Massevirkningsloven................................................................163
Likevektskonstanten K .............................................................164
Reaksjonskvotienten Q ogsammenhengenmellom Q og K .......................167
Likevektskonstantenoglikevektskonsentrasjoner...................................168
LikevektskonstantenogGibbsenergi...............................................171
6.2LeChâteliersprinsipp..............................................................171
Likevekterogendringavmengdenreaktantellerprodukt.........................171
Effektenavtemperaturenpåenlikevekt...........................................173
Effektenavtrykkogvolumpåenlikevekt.........................................175
Reaksjonshastighet(kinetikk).......................................................176
Effektenavenkatalysatorpåenlikevekt...........................................177
Kapittel7
Syrerogbaser.............................................................................183
7.1Introduksjontilsyrerogbaser.....................................................183
Sterkeogsvakesyrerogbaser.......................................................184
7.2pH-begrepet........................................................................185
pH..................................................................................186
Nøytraliseringsreaksjoner............................................................188 Indikator............................................................................189
7.3Svakesyrerogbaser:
Likevektskonstantene
7.4Buffere..............................................................................194
Bufferlikningen(Henderson-Hasselbalch-likningen)................................197
7.5Sureogbasiskesalterogoksider...................................................200
Elektrolytter.........................................................................204
Kapittel8
Løselighet..................................................................................211
8.1Løselighetoglikt-løser-likt-prinsippet.............................................211
Likt-løser-likt-prinsippet............................................................212
Løselighetitall......................................................................215
Løselighetogtemperatur............................................................215
8.2Fellingsreaksjoner...................................................................218
Løselighetsoversiktogløselighetsregler..............................................218
Fellingsreaksjonerogstøkiometri...................................................222
8.3Løselighetsproduktet Ksp ogfellesioneeffekten.....................................225 Fellesioneeffekten...................................................................227
Kapittel9
Redoksreaksjonerogelektrokjemi........................................................235
9.1Oksidasjonstall......................................................................235
Oksidasjonstall......................................................................235
Regleneforåsetteoksidasjonstall...................................................236
Oksidasjonstallregleneipraksis.....................................................238
Viktigeunntaktiloksidasjonstallreglene............................................240
9.2Redoksreaksjoner...................................................................241
Balanseringavredoksreaksjoner.....................................................242
Eksempelpåbalanseringavenredoksreaksjon.....................................244
9.3Galvaniskeceller....................................................................250
Daniell-cellen.......................................................................251
Cellediagram........................................................................252
9.4Reduksjonspotensial,cellepotensialogspenningsrekken...........................254
Spenningsrekken....................................................................255
Hvordanbrukespenningsrekken?...................................................257
9.5SammenhengenmellomE0celle , K og �GogNernst-likningen...................258
SammenhengenmellomE0total og �G..............................................259
Sammenhengenmellom K og �G.................................................259
Nernst-likningen:sammenhengenmellomE0total og K .............................259
Nernst-likningenvedikke-standardbetingelser.....................................261
9.6Batterier............................................................................262
Primærbatterier.....................................................................262
Sekundærbatterier...................................................................264
Nikkel-kadmium-batterier........................................................264
Litiumion-batterier...............................................................265
Brenselceller.........................................................................266
9.7Elektrolyse..........................................................................266
Elektrolyseiframstillingenavnatriummetall.......................................267
Elektrolyseavvanniframstillingenavhydrogen-ogoksygengass.................268
9.8Korrosjon...........................................................................268
Rusting.............................................................................269
Beskyttelsemotrust................................................................270
Beskyttendeoksidlag................................................................271
Galvaniskeserier....................................................................272
Kapittel10
Organiskkjemi............................................................................281
10.1Organiskkjemioghydrokarboner.................................................281
Hydrokarboner.....................................................................282
Strukturisomerer....................................................................283
Linjestrukturer......................................................................285
Hvordansettenavnpåalkaner?....................................................287
Alkanersfysiskeegenskaper.........................................................290
Hydrokarbonerogfossilebrennstoff................................................291
10.2Noenstoffklasserogderesreaksjoner..............................................293
Viktigereaksjonstyperiorganiskkjemi.............................................293
Alkenerogalkyner..................................................................296
Alkoholer...........................................................................297
Aminer..............................................................................299
Karboksylsyrer......................................................................301
Estereogamider....................................................................302
Kapittel11
Polymerer.................................................................................309
11.1Polymerer...........................................................................309
Syntetiskepolymererogsamfunn..................................................313
Addisjonspolymerer.................................................................314
Kondensasjonspolymerer............................................................315
Forord
Mangetroratkjemibareerrelevantforkjemikere.Menkjemierallemannseie,ogdeterviktig formangeyrkersomikkeharkjemiitittelen.Kjemiberørerosshverenestedag.Vivetbare nødvendigvisikkeomdet.
Enavdeviktigstegrunnenetilatjegvalgteåskriveakkuratdennelæreboken,varatjegønsket å formidlekjemitilingeniørstudentene.Deterenbredstudentgruppesomskalholdesamfunnet vårtigangnårdesenereskalutiyrkeslivet.Somingeniørstudenttrengerdugrunnleggende kjemiiyrketdittuansettomduskalbyggebroer,vedlikeholdeelektriskeanlegg,henteoppolje ogpetroleum,arbeidemedmorgendagensfornybareenergikilder,utviklenyedataløsningereller holdeossfriskevedåanalyserebiologiskeprøver.Kjemispillerenrolleialledisseoppgavene.
Sideningeniørstudenteneersåviktigefordagensogframtidenssamfunn,hardetværtet privilegiumåskrivedennebokenfordem.Iutformingenavlærebokenharjegfokusertpå forståelse,etletttilgjengeligspråkogåvisehvordankjemiertilstedeihverdagenvår,med praktiskeeksempler.Jegharogsåønsketåvisehvordanman«tenker»kjemiskiutformingenav eksemplerogløsningsforslag.
Detåskriveenlærebokerenlangprosess(ogselvomjeghargjortdetfør,erskriveprosessen alltidmerkrevendeennjeghaddetrodd).Determangepersonersomharbidrattmedentusiasme, konstruktivetilbakemeldingerogfagligeinnspill.JegønskerspesieltåtakkeCecilieTynes Riksem(universitetslektorvedNTNU)ogBenteHellum(universitetslektorvedOsloMet). JegønskerogsååtakkeKarolineKvandeogErikKonradsenforgodgjennomgangavfasitentil boken.TakkogsåtilOlaNilsenogRolfDavidVogt(UniversitetetiOslo)forgodeperspektiv påhenholdsvisbatterierogmikroplast.
SomvanligfortjenerredaktørJannickeBærheimvarmeord.TakkogsåtilFagbokforlaget foratdesatserpåkjemipånorskforhøyereutdanning.
TilsluttønskerjegogsååtakkeNFFOforstøttetilåskrivedennelæreboken. Iutformingenavdenandreutgavenavdennebokenønskerjegåtakkeemneansvarligefor godeogkonstruktivetilbakemeldinger.JegønskerogsååtakkeMagnhildSolumforgjennomgangavoppgaver,ogfasit.
Idennenyeutgavenavbokenharviutførtenrekkeoppdateringer,justeringerogrettingav feil.JegvilspesielttakkeMaartenBeerepootvedUiTformangeverdifulleinnspill.
Oslo,2025
AlexanderH.Sandtorv
Hvabeståraltsammenav?Dettespørsmåletharvimenneskerstiltosssidentidenesmorgen.Dengreskefilosofen Demokritlevdeiantikken.Hansåforsegathvishandelteetobjektistadigmindredeler,såendtehanoppmed enminsteenhet.Denneenhetenblekjentsometatom,etterdetgreskeordetatomos,sombetyrudelelig.Sidendentid harnoenavdestørstevitenskapspersoneneimennesketshistorieforsøktåløsegåtenomatomet.Idettekapitletskalvi blikjentmedatometogdetsunderligenatur.
Kjemi handler om stoffers egenskaper, sammensetning og reaksjoner med andre stoffer. Luften vi puster, legemidlene vi bruker, plasten i treningsklærne, batteriet i mobiltelefonen, og betongen i broene, er alle eksempler på stoffer og utnyttelse av stoffers egenskaper og reaksjoner. Alle som jobber med materialer og stoffer, jobber med kjemi.
Kjemi for ingeniører gir en grunnleggende forståelse av kjemi som disiplin og fagets relevans i industri, teknologi og samfunn. Læreboken er utviklet i samarbeid med fagmiljøer fra flere ingeniørutdanninger. Det er lagt vekt på tydelige begrepsforklaringer, en logisk oppbygning av fagstoffet og et relevant utvalg av kjemiemner. Boken inneholder mange oppgaver, illustrasjoner og eksempler på anvendelser. I denne reviderte utgaven er det lagt enda større vekt på presise formuleringer og forklaringer. Feil og mangler er rettet opp, og nye figurer har kommet til.
Boken er skrevet for ingeniørstudenter som ikke skal studere kjemi videre i studieløpet, men den kan fint leses av alle som ønsker mer kunnskap om grunnleggende kjemi.
Alexander H. Sandtorv har en PhD i kjemi fra Universitetet i Bergen og har flere års erfaring som forsker og foreleser. Sandtorv har skrevet en rekke lærebøker i kjemi for høyskole og videregående skole, og han er en engasjert vitenskapsformidler gjennom bøker, artikler, podkaster og foredrag.
