Issuu

Jens Hviid, Peter Norrild og Martin Krabbe Sillasen

FYSIK/KEMI

Fysik/kemi er et fag, der forklarer naturens opbygning og indretning. Nogle emner inden for faget handler om naturens mindste byggestene, fx molekyler og atomer. Andre emner omhandler den fjerne omverden. Det er fx solsystemets dannelse. I Naturens univers møder eleverne fagets indhold formuleret på en klar, velovervejet og pædagogisk måde. Alle elevtekster, både i bogen og på web, er redaktionelt bearbejdet ud fra kriterier om faglig læsning.

ELEVBO G/

Naturens univers 7 indeholder fem overordnede temaer:     

Molekylernes verden Vores plads i den store verden Kemiske omdannelser Den blå planet Elektricitet og magnetisme i hverdagen

WEB

Til de enkelte temaer er det 2 eller 3 kapitler, samt tilhørende tekster og aktiviteter på web. I alt har 7. klasse-elevbogen 14 kapitler. Naturens univers består af: Elevbog Mappe med arbejdsark Lærervejledning Hjemmeside: naturensunivers.alinea.dk Hjemmesiden indeholder digitale arbejdsark af forskellig sværhedsgrad. Derudover er der på hjemmesiden perspektivtekster, der demonstrer anvendelse af fysik/kemi i hverdagen, mindre supplerende tekster til de enkelte kapitler og links.

788770

662222

alinea.dk

om_9788770662222.indd 1001

Fysik/kemi · 7. klasse · Elevbog · Web

16/04/2019 10.35

Til eleven Velkommen til faget fysik/kemi og velkommen til Naturens univers. Indtil 7. klasse har du haft natur/teknologi. I Naturens univers arbejder du videre med meget af det, som du har lært de seks første år. For bedre at kunne forstå indholdet og arbejdsformerne i faget skal du læse kapitel 1: Hvad er fysik og kemi? Her møder du Louis, Maja og Laura. De tre børn og deres forældre oplever, hvordan fysik og kemi er en del af hverdagen.

God fornøjelse

001-156_9788770662222.indd 1

16/04/2019 10.54

j www.

På naturensunivers.alinea.dk er der arbejdsark til de enkelte kapitler.

Du finder supplerende tekster, perspektivtekster samt relevante links på naturensunivers.alinea.dk.

Naturens Univers Elevbog/Web, 7. klasse En titel i grundsystemet Naturens Univers © Alinea Forfattere: Jens Hviid, Peter Norrild og Martin Krabbe Sillasen Redaktion: Kristian Nordholm Ekstern faglig redaktør: Peter Norrild Faglig konsulent: Lone Wulff Billedredaktør: Vibeke Sommer Design: Tankestregen – Janne Rose Illustrationer/grafik: Hans Møller og Lars-Ole Nejstgaard Trykt hos Livonia Print 1. udgave, 4. oplag 2019 ISBN 978-87-70-66222-2

Webressourcer: naturensunivers.alinea.dk Kopiering fra denne bog må kun finde sted på institutioner, der har indgået aftale med Copydan Tekst & Node. Forlaget har forsøgt at indhente tilladelse hos rettighedshavere til gengivelse af tekst og billeder i denne udgivelse. Rettighedshavere, som mod forventning har krav på honorar, bedes kontakte forlaget.

Alinea støtter børn og unge Alinea er en del af Egmont, som er Danmarks største mediekoncern. Egmont har fortalt historier i over 100 år, laver film i Oscarklasse og fortæller historier gennem nyheder, bøger og magasiner. Egmont er en dansk fond, som hvert år giver næsten 100 millioner kroner til børn og unge, der har det svært. alinea.dk

001-156_9788770662222.indd 2

16/04/2019 10.54

TEMA 1

TEMA 2

TEMA 3

Molekylernes verden Kapitel 2 – Tilstandsformer · 12 Kapitel 3 – Grundstoffer og kemiske forbindelser · 26

Vores plads i den store verden Kapitel 4 – Solsystemet · 36 Kapitel 5 – Universet bliver til · 46 Kapitel 6 – Tanker om verdens skabelse og indretning · 52

Kemiske omdannelser Kapitel 7 – Vand, hydrogen og oxygen · 62 Kapitel 8 – Forbrændingsprocesser og kuldioxid · 70 Kapitel 9 – Metaller og metalfremstilling · 80

TEMA 4

Den blå planet

Kapitel 10 – Vand - Jordens vigtigste stof · 94 Kapitel 11 – Lufthavet over os · 110

TEMA 5

001-156_9788770662222.indd 3

Kapitel 1 – Hvad er fysik og kemi? · 4

INDHOLD

Elektricitet og magnetisme i hverdagen Kapitel 12 – Elektricitet · 124 Kapitel 13 – Elektriske kredsløb · 132 Kapitel 14 – Magnetisme · 140 12 vigtige regler · 150 Grundstoffernes Periodesystem · 152 Stikord · 154 Fotofortegnelse · 156

16/04/2019 10.54

HVAD ER FYSIK OG KEMI?

F amilien.

4 KAPITEL 1 001-156_9788770662222.indd 4

HVAD ER FYSIK OG KEMI?

16/04/2019 10.54

Hjemme hos Louis, Maja og Laura Det er søndag eftermiddag, og stemningen er høj. Louis og Maja har været med deres far til fodbold, hvor de har set FC Midtjylland vinde over Brøndby 2-0. Louis har ondt i ørerne og hovedet, fordi han har stået og truttet med et gashorn i det meste af kampen. På vejen hjem sender både Maja og Louis et par sms’er til deres venner. Louis skal spørge Kasper, om han også har ømme ben efter deres egen fodboldkamp med kammeraterne om lørdagen. Maja arbejder efter skoletid i supermarkedet sammen med et par veninder. Hun skal aftale, hvem der gør rent efter lukketid søndag eftermiddag. Lillesøster Laura er uheldig, mens de andre er til fodbold. Hun vælter på sine rulleskøjter og får nogle grimme hudafskrabninger. Det er vådt og glat, og i et sving skrider hjulene på rulleskøjterne ud, så hun vælter. Heldigvis er hendes mor, Susanne, hjemme. Hun renser sårene med vand og desinficerende væske. Det svider en del. Der lugter af rengøringsmidler over det hele, da Louis, Maja og deres far, Poul, kommer hjem. Susanne har gjort rent, mens de var til fodbold. Far Poul står for aftensmaden i dag. Han vil lave al maden på deres grill. Der skal både bages brød, grilles grøntsager og kød. Poul er nemlig lidt af en grill-nørd. Børnenes farfar, Hermann, ringer om aftenen for at fortælle, at farmor, Ingrid, har det godt efter den første strålebehandling. Ingrid har kræft, og derfor skal hun først have stråling og siden kemoterapi for at dræbe kræftcellerne. Det er hårdt ved hendes krop, og hun bliver meget træt.

HVAD ER FYSIK OG KEMI?

001-156_9788770662222.indd 5

KAPITEL

Hvad er fysik og kemi ?

KAPITEL 1

16/04/2019 10.54

HVAD ER FYSIK OG KEMI?

Fysikken og kemien hjemme hos Louis, Maja og Laura Fysik og kemi kan være med til at forklare meget af det, der sker hjemme hos Louis, Maja og Laura i disse dage. Louis’ ører har været udsat for stærke lyde fra hornet. Trommehinden og fimrehårene i ørerne er blevet overanstrengt af de kraftige lyde over lang tid. Derfor er Louis lidt øm i hovedet. Gashornet indeholder en væske, der bliver til gas, når den slippes ud med stor fart. Det giver en rungende lyd i hornet. Susanne er bekymret over det med ørerne og fortæller, at man skal være forsigtig med kraftige lyde. Mange mennesker får nemlig høreskader senere i livet, hvis de i mange år har været udsat for alt for kraftige lyde på arbejdspladsen eller fra iPod’en og stereoanlægget. De fleste har en mobiltelefon i dag. Det er jo vigtigt at kunne kommunikere med venner og familie. Signaler fra mobiltelefonen, som fx en sms eller en telefonsamtale, sendes til den nærmeste mobilmast

og derfra videre til modtagerens telefon via telenettet. Det har noget med elektricitet, magnetisme og radiobølger at gøre. Louis og Kasper er ømme i benene efter deres fodboldkamp på grund af for meget mælkesyre i musklerne. Mælkesyre ophobes nemlig i musklerne, når de arbejder hårdt og længe. Under fodboldkampen bliver de også forpustede, fordi kroppen har brug for ekstra meget energi. Energi får kroppen, når maden forbrændes i kroppen med den ilt, som du indånder med luften. Maja skal gøre rent i supermarkedet, og hendes mor, Susanne, har gjort rent derhjemme. Til rengøringen bruger de rengøringsmidler som fx vinduespudsemiddel, sæbespåner, klorin og universalrengøring med salmiak. Hvert af disse rengøringsmidler har nogle bestemte kemiske egenskaber. Klorin dræber fx bakterier. Universalrengøring med salmiak fjerner skidt og fedt, men dræber også bakterier.

Det kan også opløse noget af den kalk, der sidder på vægge og vandhaner. Sæbespåner kan fjerne fedtpletter på ubehandlede trægulve, og samtidig efterlader det en beskyttende hinde. Sæbespåner laves for øvrigt af fedt fra slagtede og selvdøde dyr.

Laura vælter på sine rulleskøjter, fordi vejen er glat på grund af regnen. Vejen bliver glat, fordi regnen danner en hinde mellem asfalten og overfladen på rulleskøjternes hjul. Hinden af vand mellem hjulene og asfalten virker som et smøremiddel, så hjulene nemmere skrider. Hvis det havde været tør asfalt, havde hjulet haft meget sværere ved at skride ud. Lauras sår skal renses, fordi det kan være fyldt med bakterier, der ikke er sunde for kroppen. Hvis usunde bakterier kommer ind i kroppen, kan Laura få en infektion, så hun bliver syg og får høj feber. Bakterierne i såret kan dræbes ved at bruge fx klorhexidin. Poul er glad for sin grill. Han synes, det er spændende at regne ud, hvor meget varme der skal bruges til at varme brød eller grille grøntsager og kød. Kullene i grillen gløder og sender en masse stråler af varme op mod brødet, grøntsagerne og kødet, som ligger på risten. Varmestrålingen samler sig i brødet, grøntsagerne og kødet. Brødet bliver sprødt på ydersiden og varmt indeni. Brød indeholder

L ouis og Kasper med FCM-outfit og truthorn.

6 KAPITEL 1 001-156_9788770662222.indd 6

HVAD ER FYSIK OG KEMI?

16/04/2019 10.54

meget vand, som holder på varmen. Grøntsager og kød er bygget op af celler. Inden i cellerne er der vand. Ved at varme grøntsager og kød op udvider vandet sig og sprænger cellerne. Når saften sprænger cellerne, bliver grøntsagerne og kødet mere mørt og nemmere at tygge. Grillen kan tåle at stå ude hele året, fordi den er emaljeret. Emaljen er et lag, der beskytter metallet mod

angreb af rust, som nemt dannes, når jern angribes kemisk af vand og luft. Farmor Ingrid, behandles for kræft på et hospital, hvor de har en strålekanon, og hvor hun får kemoterapi. Strålerne fra strålekanonen og det kemiske stof i kemoterapien kan dræbe kræftcellerne og måske gøre Ingrid rask igen.

Far Poul ved gril.

S trålekanonen sender røntgenstråler ind i kræftknuden på patienten.

HVAD ER FYSIK OG KEMI?

001-156_9788770662222.indd 7

KAPITEL 1

16/04/2019 10.54

HVAD ER FYSIK OG KEMI?

Fysik og kemi i skolen I faget fysik/kemi møder du de vigtigste teorier, modeller og forklaringer på fænomener, vi oplever i dagligdagen, og på den teknik, som bruges i vores apparater. Du vil også møde de forestillinger, videnskaben har om verdens tilblivelse og udvikling. Det kan fx være om det kæmpestore univers, om de små atomer og molekyler, som vi selv består af, og om, hvordan livet opstod på Jorden for over 3 milliarder år siden. Når vi studerer fysiske og kemiske fænomener, bruger vi ofte en undersøgende arbejdsform. Ud fra vores egne erfaringer og oplevelser med et fænomen prøver vi at opbygge en så god forklaring som muligt på det, vi ser. Det kalder man at formulere en hypotese. Derefter skal vi undersøge, om hypotesen nu også er en god forklaring på det fænomen, vi studerer. Det gør vi ved at afprøve hypotesen i et eller flere eksperimenter. På den måde bliver vi bedre til at afgøre, om hypotesen er god eller dårlig, måske ligefrem sand eller falsk. I arbejdsarkene til Naturens univers vil du komme til at arbejde med eksperimenter, forsøg og hypoteser i forbindelse med de fysiske og kemiske fænomener.

8 KAPITEL 1 001-156_9788770662222.indd 8

Ingeniører i arbejde.

Hver dag arbejder mange mennesker med fysiske og kemiske eksperimenter for at afprøve deres hypoteser. Det er fx ingeniører, kemikere, biologer, fysikere, læger og mange andre, der arbejder med fysik og kemi.

Hvad betyder fysik og kemi? Ordet fysik stammer fra græsk og betyder ”natur”. Ordet kemi stammer også fra græsk og betyder noget i retning af ”den egyptiske kunst”. I oldtidens Egypten havde man nemlig dygtige kemikere, der fx kunne fremstille metaller, farvestoffer og lægemidler.

HVAD ER FYSIK OG KEMI?

16/04/2019 10.54

F orsker i arbejde.

HVAD ER FYSIK OG KEMI?

001-156_9788770662222.indd 9

KAPITEL 1

16/04/2019 10.54

TEMA 1 TEMA 2 TEMA 3 TEMA 4 TEMA 5

■

vorfor fordamper vandet fra vasketøjet H på tørresnoren?

■

vorfor dannes der dug på en kold H rude eller på spejlet i badeværelset?

■

Hvornår fryser vand til is?

■

Hvad består din krop af?

■

vordan kan grundstofferne danne H en lang række af andre stoffer?

10 001-156_9788770662222.indd 10

16/04/2019 10.54

Molekylernes verden Vand kan se ud på flere forskellige måder. Når det er rigtigt koldt, fryser det til is eller sne, og når det varmes op, fordamper det og bliver usynligt ligesom luft. Vand består ligesom alle andre stoffer af mindre dele, som vi kalder for molekyler. De er så små, at vi ikke kan se dem i et almindeligt mikroskop. Viden om molekyler kan give os forklaringer på, hvorfor vand, is og vanddamp har forskellige egenskaber, og hvad der sker, når is smelter og vand fordamper. Undersøger vi molekyler nøjere, opdager vi, at de består af endnu mindre byggestene, som vi kalder atomer.

001-156_9788770662222.indd 11

16/04/2019 10.54

S melt evand fra

12 001-156_9788770662222.indd 12

gletsje

r ved G

rĂ¸nland

s kyst.

16/04/2019 10.54

Vand er Jordens vigtigste stof, og det findes som bekendt i tre forskellige former, nemlig som is, vand og vanddamp, der har meget forskellige egenskaber. Is er hårdt, vand er flydende, og vanddamp luftformig og helt usynlig. De tre forskellige former, som vandet kan optræde i, kaldes i fagsproget for tilstandsformer. For at forklare de forskellige tilstandsformer hos vand bliver vi nødt til at forstå noget om de bittesmå molekyler, som vandet består af, og som vi aldrig får at se. Til hjælp skal vi derfor bruge forskellige slags modeller, ligesom fysikere og kemikere gør det i deres daglige arbejde.

KAPITEL

Tilstandsformer

I DETTE KAPITEL SKAL DU LÆRE MERE OM

Tilstandsformer og tilstandsændringer Vandets kredsløb på Jorden Temperaturskalaer Vand og vejrfænomener Molekyler Temperatur og molekylebevægelse Molekylerne opdages

– is, vand og vanddamp?

Hvorfor fryser vand, når det bliver koldt?

Hvorfor dannes der dug om aftenen?

Hvorfor kan vand optræde i tre forskellige tilstandsformer

001-156_9788770662222.indd 13

16/04/2019 10.54

MOLEKYLERNES VERDEN

Tilstandsformer og tilstandsændringer De fleste stoffer findes i flere tilstandsformer, men vand er det eneste stof, som i naturen findes i alle tre kendte former, den faste, den flydende og den luftformige. Faste stoffer Faste stoffer som fx is har en bestemt form. I ren form findes de, lige som is og sne, som krystaller med meget smukke former. Faste stoffer har det til fælles, at de både er hårde og sværere at presse sammen.

Væsker Væsker som fx vand er flydende. Det betyder, at de ændrer form efter den beholder, de er i. Væsker er også specielle ved at have en overflade, der altid vil være vandret. Væsker er ligesom faste stoffer meget svære at presse sammen.

En vandoverflade er altid vandret.

Iskrystaller.

14 KAPITEL 2 001-156_9788770662222.indd 14

TILSTANDSFORMER

16/04/2019 10.54

Luftarter er gasser Luftarter som fx vanddamp er usynlige. Luftarter har ikke på samme måde som væsker nogen overflade, men de vil lynhurtigt udfylde hele det rum eller den beholder, de befinder sig i. Luftarter kan meget let sammentrykkes. Det benytter vi os fx af, når vi pumper luft i cyklens dæk eller laver fitness-øvelser med en stor gummibold. Luften opfører sig med andre ord fjedrende. Luftarter kaldes også for gasser med et fagudtryk. Tilstandsændringer Vand og andre stoffer kan ændre tilstandsform på flere forskellige måder, når temperaturen går op eller ned. Smeltning og frysning Smeltning og frysning er modsætninger. Når et fast stof ved opvarmning bliver til en væske, siger vi, at det smelter. Når en væske afkøles og bliver til et fast stof, siger vi omvendt, at det fryser. Smeltning af is Hvis man knuser noget is og lægger det i et glas, vil varmen fra omgivelserne efterhånden få det til at smelte til vand. Et termometer i den våde is viser en temperatur på præcis 0 °C. Først når al isen er smeltet, begynder temperaturen i vandet at stige.

Tennisbolden ændrer form. Luft er elastisk.

Frysning af vand Hvis man afkøler et reagensglas med vand kraftigt i en meget kold kuldeblanding af is og salt, vil vandet efterhånden afgive varme til kuldeblandingen. Det får temperaturen i vandet til at falde, og på et tidspunkt bliver det så koldt, at det begynder at fryse. De første iskrystaller begynder at danne sig, når temperaturen er nået ned på 0 °C. Derefter holder temperaturen sig konstant på 0 °C, medens resten af vandet fryser. Først når alt er frosset, begynder temperaturen i isen at falde yderligere. Frysning.

Smeltning.

Røde pile viser varmetransport.

TILSTANDSFORMER

001-156_9788770662222.indd 15

Varme er en energiform Varme er en form for energi. Varme har den vigtige egenskab, at den altid vil søge at flytte sig fra et sted med højere temperatur til et sted med lavere temperatur.

Smeltepunkt og frysepunkt Vand smelter og fryser ved 0 °C. Frysepunkt og smeltepunkt er altså det samme, men fysikere og kemikere taler normalt kun om smeltepunkter. I fysiske og kemiske tabelværker kan man finde smeltepunkter for en masse stoffer – både naturlige og kunstigt fremstillede. Fordampning og fortætning Når en væske ændrer tilstandsform til luftform (eller gas), taler vi om, at den fordamper. Omvendt taler vi om fortætning, når en luftart (eller gas) bliver til væske. Fordampning og fortætning er altså modsætninger. KAPITEL 2

16/04/2019 10.54

MOLEKYLERNES VERDEN

Fordampning af vand Lader man vand stå i en skål, vil det efterhånden forsvinde ved fordampning. Fordampningen sker fra overfladen, og den vanddamp, der dannes, er fuldstændig usynlig. Den blander sig efterhånden fuldstændigt med luften. Fordampningen går hurtigere, hvis vandet er varmt, og

hvis overfladen er stor. Dækker man skålen med folie, så vanddampen ikke kan komme væk, kan man helt stoppe fordampningen. Fortætning af vanddamp Hvis man lader sin bil eller cykel stå ude om aftenen, vil der normalt ske det, at vanddamp fra luften fortættes til bittesmå vanddråber som dug. Det samme sker, når du ånder på dine brilleglas. I udåndingsluft er der nemlig usynlig vanddamp, der fortætter sig på de lidt køligere glas. Fortætning fremmes altså, når temperaturen falder.

Vanddråber på spindelvæv.

Fordampning i hverdagen På en varm sommerdag kan man køle sig ved at tage et vådt håndklæde om nakken. Når vandet fordamper fra håndklædet, bruges der varme, som tages fra kroppen. Det medfører, at kroppens temperatur falder.

Hvis et æble ligger længe i en skål, rynker skallen. Æblet består nemlig af ca. 85 % vand. Når vandet langsomt fordamper gennem skallen, svinder æblet ind, så skallen rynker. Appelsiner og citroner holder meget bedre på vandet end æbler. De har nemlig en olieholdig skal, der forhindrer vandet i at fordampe fra frugten.

Is kan også fordampe. Det går bare langsommere end med vand. Man kan fx med lidt tålmodighed sagtens tørre tøj i frostvejr. Sne, der ligger længe, vil selv i vedvarende frost fordampe langsomt.

16 KAPITEL 2 001-156_9788770662222.indd 16

TILSTANDSFORMER

16/04/2019 10.54

Kogning Varmt vand fordamper lettere end koldt vand. Det ser man fx i vandpytter, når Solen pludselig titter frem. Når temperaturen i vandet stiger, vil fordampningen fra overfladen nemlig blive kraftigere. Når vand fx i en kolbe sættes over til kogning, vil temperaturen på et tidspunkt nå op på 100 °C. Lige netop ved denne temperatur begynder det at koge. I kogende vand dannes der bobler af ren vanddamp nede i vandet ved glassets bund og sider, hvor varmen fra gasflammen overføres til vandet. Når boblerne når en vis størrelse, river de sig løs og stiger til vejrs. Når de bryder gennem vandoverfladen, blander vanddampen sig med den omgivende luft.

Damp i dagligsprog og fagsprog Når vand koger, ser vi som regel en sky af damp over kedlen. Men det er ikke vanddamp, vi ser, men derimod en tåge af bittesmå vanddråber. Vanddamp er nemlig helt usynlig. I dagliglivet betyder damp altså noget andet end i det fysiske og kemiske sprog. Det skal man være opmærksom på.

Kogning er altså en særlig form for fordampning, hvor fordampningen ikke bare sker fra overfladen, men også fra vandet ved beholderens bund og sider.

varme, fx ved at skrue op for gassen, vil vandet bare koge kraftigere. Temperaturen ændrer sig ikke. Al den tilførte varme bruges nemlig til fordampningen.

Kogepunkt Hvis man holder et glas vand i kog, kan man med et termometer se, at temperaturen holder sig på kogepunktet 100 °C. Tilfører du mere

D ampbobler i kogende vand.

N år damp fra kogende vand ledes ud af et glasrør, er den helt usynlig. Først når dampen afkøles længere ude, fortættes den til vand.

2.1 Opvarmning af vand 2.2 Lav en lynfryser (A + B)

K onisk kolbe med vand i kog på 2.3 Fra vand til damp trefod med net og bunsenbrænder – fra damp til vand tændt. I toppen af kolben er der en prop med et kort lodret glasrør, 2.4 Undersøg smeltepunkter der lader dampen slippe ud.

TILSTANDSFORMER

001-156_9788770662222.indd 17

KAPITEL 2

16/04/2019 10.54

Vandets kredsløb på Jorden

MOLEKYLERNES VERDEN

Solens energi Varme fra Solen får vand til at fordampe og holder vandkredsløbet i gang på Jorden.

Nedbør Skyerne sender nedbør i form af regn, sne eller hagl mod jorden.

Fortætning Fugtig luft fortættes til tåge eller skyer.

Fordampning Vand fordamper hele tiden fra hav, søer, floder, jord, planter og dyr.

Damp Fast form

Væske Afstrømning Nedbøren og grundvandet løber via vandløb ud i søer og havet.

Nedsivning Vand opsuges i jorden og bliver til grundvand.

j 18 KAPITEL 2 001-156_9788770662222.indd 18

2.5 Vandets kredsløb

TILSTANDSFORMER

16/04/2019 10.54

Temperaturskalaer Celsius-skalaen Temperatur defineres som noget, man måler med et termometer. Den temperaturskala, vi normalt anvender, kaldes Celsius-skalaen. Den blev oprindeligt indført af svenskeren Anders Celsius i 1742. Celsius fastsatte vands frysepunkt til 0 °C og vands kogepunkt til 100 °C. Skalaens indretning gør, at vi en kold vinterdag har minusgrader, dvs. temperaturer på under 0 °C.

E t væsketermometer indeholder farvet sprit, som udvider sig lidt ved opvarmning. Et digitalt termometer måler temperaturen elektronisk.

Kelvin-skalaen Den engelske fysiker William Thomson, som senere blev adlet under navnet lord Kelvin, foreslog i 1850’erne en ny temperaturskala, som kaldes den absolutte temperaturskala. Den tog udgangspunkt i Celsius-skalen, men flyttede 0-punktet til -273 °C. Baggrunden for den nye skala var, at man havde fundet ud af, at -273 °C er den laveste temperatur, der eksisterer overhovedet. Efter Kelvinskalaen er vands frysepunkt derfor 273 K. Fysikere angiver som regel temperaturen i K.

TILSTANDSFORMER

001-156_9788770662222.indd 19

Kelvin

Celsius

°C

Vand og vejrfænomener

Fahrenheit

°F

393

120°

241°

383

110°

230°

373

100°

212°

363

90°

194°

353

80°

176°

343

70°

158°

333

60°

140°

323

50°

122°

310

37°

99°

Kropstemperatur

298 293

25° 20°

77° 68°

Stuetemperatur

288

10°

50°

273

0°

32°

263

-10°

14°

-273°

-460°

Vands kogepunkt

Vands frysepunkt

Absolut nul-punkt

Fahrenheit-skalaen Celsius-skalaen er den mest anvendte temperaturskala, men i USA og enkelte andre lande anvender man i dagligdagen stadig den såkaldte Fahrenheit-skala. Den er ikke særlig praktisk, og rejser man i USA, kan man blive forvirret over at høre vejrudsigter med sommertemperaturer nær 100 °F og iskolde vintertemperaturer på omkring 30 °F. Og skulle man blive syg og få feber, viser sygetermometret ca. 100 °F. Fahrenheitskalaen vil sikkert forsvinde helt ud af brug om få år.

Skyer og tåge Skyer består af små vanddråber, der dannes, når usynlig vanddamp stiger til vejrs med luften og afkøles. Så fortættes vanddampen til vand. Når luften er fugtig og temperaturen falder, kan skyer også dannes ved jordoverfladen. Så kalder vi det tåge. Skyer er hvide, fordi vanddråberne er så små, at de tilbagekaster det meste af lyset fra solen, næsten som små sukkerkrystaller i en sukkerskål. Regnskyer er mørke. Det skyldes, at dråberne her er blevet så store, at de i stedet for at tilbagekaste opsuger det meste af lyset. Skyer og tåge kan også indeholde bittesmå iskrystaller, hvis temperaturen er tilstrækkeligt lav. Højtliggende skyer består derfor mest af iskrystaller.

M ørk regnsky.

KAPITEL 2

16/04/2019 10.54

MOLEKYLERNES VERDEN

Regn Regn dannes i skyer, når regndråberne bliver så store og tunge, at de ikke mere kan holde sig svævende i luften. Nogle gange om sommeren ser vi regnen falde ned fra de mørke skyer ligesom i tråde. Men det er ikke altid, at regnen når jordoverfladen. Er temperaturen i luften høj, vil regnen nemlig ofte nå at fordampe igen, inden den når ned til jordoverfladen. Særligt voldsomme regnskyl får vi om sommeren, når meget fugtig og varm luft møder kold luft oppe i højden. Så dannes der pludseligt kolossale sorte tordenskyer, som kaster regn fra sig i store mængder – ofte ledsaget af lyn og torden. Regnmængder måles med en regnmåler og angives normalt i mm nedbør. Sne Sne er iskrystaller, som har haft tid til at vokse sig større på vej ned mod jordoverfladen. Når det er meget koldt og luften er ret tør, bliver iskrystallerne meget små og fine. Så taler vi typisk om frostsne. Frostsne egner sig ikke til snebolde. Når luften

S nemand bygget af fugtig sne.

20 KAPITEL 2 001-156_9788770662222.indd 20

er knap så kold og mere fugtig, kan krystallerne nå at vokse sig rigtigt store. Det ser vi i tøsne, der som regel falder i store flager eller totter, der klumper sig sammen. Tøsne er fugtig sne, og det egner sig godt til snebolde og snemænd. Vandet på snekrystallerne virker nemlig som en slags klister, der holder sneen sammen. Hagl Hagl er kugler af is. Hagl dannes, når vanddråber på vej mod jorden møder et lag af meget kold luft, der kan afkøle dråberne til is. Når hagl bliver så store som nødder og æg, kan de skabe store skader på fx kornmarker, frugtplantager og biltage. Isslag Isslag skyldes, at vanddråber på deres vej ned gennem meget kolde luftlag underafkøles til temperaturer et godt stykke under 0 °C. Helt rent vand har nemlig den egenskab, at det kan køles ned til ca. 10 grader under frysepunktet uden at fryse til is. Men kommer det underafkølede vand i

S tore hagl på størrelse med mønter.

kontakt med en urenhed, fx et sandkorn, fryser det omgående til is. Når de underafkølede dråber rammer jorden, omdannes de derfor øjeblikkeligt til is. Det giver veje og fortove en spejlglat overflade, der kan komme meget overraskende. Isslag kan også skyldes, at regn fx rammer en vej, som efter lang tids frost er så kold, at regnen fryser til is på asfalten. Isslag, der opstår uventet, er årsag til mange alvorlige trafikuheld hvert år.

H armonikasammenstød på motorvej som følge af isslag. TILSTANDSFORMER

16/04/2019 10.54

Molekyler Alle rene stoffer består af én slags molekyler. Et molekyle er nemlig den mindste del af et stof, vi kan have. Vandmolekyler er opbygget på en anden måde end molekyler af andre stoffer. Men da vand er så velkendt et stof, vil det være vandmolekyler, vi mest tænker på i det følgende. Vandmolekyler er så små, at vi aldrig får dem at se. Alligevel kan vi godt forestille os dem som bittesmå kugler. Når vi laver modeller af molekyler, gør vi bare kuglerne så store, at vi kan se dem. Faste stoffer (is) I faste stoffer som fx is sidder molekylerne ordnet på faste pladser i et bestemt mønster. Molekylerne sitrer lidt, men flytter sig ikke i forhold til hinanden. Grunden til, at faste stoffer ikke kan presses sammen, er, at molekylerne ikke kan komme tættere på hinanden, end de allerede er.

Fast stof Is

Væsker (vand) I vand ligger molekylerne også tæt op ad hinanden. Men til forskel fra de faste stoffer skifter de hele tiden plads. De bevæger sig med andre ord sitrende rundt imellem hinanden. Da molekylerne ligger tæt sammen, Fast stof kan man heller Isikke presse væsker sammen.

Væske Vand

Gasser (fx luft og vanddamp) I gasser er molekylerne rigtigt langt fra hinanden, og de bevæger sig med ret stor fart. De støder indimellem ind i hinanden og i beholderens vægge. Da der er lang afstand melFast stof lem molekylerne i luft, kan man Is ret let presse luft sammen, fx i en pumpe eller et stempel. Luften er på en måde elastisk. Når luft presses sammen i en plastsprøjte, vil luften gøre modstand og udvide sig til det oprindeVæske lige rumfang, når presset lettes igen. Vand

I en væske ligger molekylerne uordnet og tæt ved siden af hinanden. Molekylerne bevæger sig sitrende rundt mellem hinanden. I overfladen vil enkelte molekyler kunne løsrive sig (fordampe). Gas Vanddamp

Gas Vanddamp

I en gas er der langt mellem molekylerne, og molekylerne har fart på.

1 2

I et fast stof ligger molekylerne tæt sammen i et ordnet mønster. Molekylerne sitrer, men de bytter ikke plads.

Væske Vand

1. En plastsprøjte fyldes halvt med luft. Gas Vanddamp

TILSTANDSFORMER

001-156_9788770662222.indd 21

2. V ed at sætte en finger hårdt for åbningen i studsen lukkes luften inde. Hvis man presser på stemplet – eller rykker i det – mærker man, at luften er elastisk.

3. N år stemplet slippes, finder det tilbage til samme position.

KAPITEL 2

16/04/2019 10.54

MOLEKYLERNES VERDEN

Temperatur og molekylebevægelse Molekyler er i evig bevægelse. I faste stoffer og væsker, hvor molekylerne ligger tæt sammen, er bevægelserne sitrende. De ligger med andre ord hele tiden og skubber lidt til hinanden. I gasser bevæger molekylerne sig med forskellig fart over forholdsvis lange afstande, inden de støder ind i beholderens væg eller i et andet molekyle. Når temperaturen stiger, forstærkes molekylernes bevægelse. Ved lavere temperatur svækkes bevægelsen. Ved -273 °C (= 0 K), som er den lavest mulige temperatur i universet, ligger molekylerne praktisk talt stille.

Smeltning og frysning – en model Når et fast stof som is smelter og bliver til en væske, skyldes det, at der tilføres varme, som får temperaturen til at stige. I vores modelverden må vi forestille os, at vandmolekyler, der sidder på faste pladser yderst i iskrystallen, kommer til at sitre så kraftigt, at de på et tidspunkt begynder at rive sig løs fra hinanden.

Dermed nedbrydes – lidt efter lidt – den ordnede struktur i krystallen, så vi får en væske med mere uorden i stedet for. Hvis temperaturen igen sænkes, sker det modsatte. Farten går af molekylerne, og de ordner sig efterhånden igen i et bestemt mønster. Stoffet begynder så at krystallisere eller ”fryse”.

SMELTNING

Fast stof

Fast stof - væske

Væske

FRYSNING

Gnidning giver varme Når du gnider hænderne hårdt mod hinanden, kan du mærke, at temperaturen stiger. Det skyldes, at molekylerne i huden på dine hænder modtager bevægelsesenergi. Molekylerne vil hermed få lidt mere fart på, og det forøger temperaturen i håndfladen. Når man i meget gamle dage skulle lave ild, drejede man en træpind hurtigt rundt i et hul i et andet stykke træ. På den måde satte man så meget fart i molekylerne, at pinden brød i brand.

22 KAPITEL 2 001-156_9788770662222.indd 22

TILSTANDSFORMER

16/04/2019 10.54

Fordampning og fortætning – en model I en væske sitrer molekylerne mellem hinanden. Oppe i overfladen vil molekyler en gang imellem blive skubbet løst så de bevæger sig ud i luften. Så er molekylerne ”fordampet”. Ved stigende temperatur vil mange flere molekyler sitre så kraftigt, at de kan rive sig løs fra overfladen. Fordampningen vil derfor stige med stigende temperatur.

Hvis temperaturen omvendt falder, betyder det, at de gasformige vandmolekyler mister så meget fart, at de kan indfanges i væsken, når de støder ind i vandoverfladen. Derved omdannes de fra gasform til væskeform. Vanddampen fortættes med andre ord.

FORDAMPNING

Væske

Væske - gas

Gas

FORTÆTNING

Udvidelse ved opvarmning Langt de fleste stoffer udvides ved opvarmning, fordi molekylerne kommer i kraftigere bevægelse. Væsker og faste stoffer udvider sig kun lidt ved opvarmning. Men gasser (luftarter) udvider sig derimod rigtigt meget. Væskers varmeudvidelse bruges fx i væsketermometre, der indeholder en lille glaskugle i forbindelse med et snævert glasrør. Glaskuglen er fyldt med farvet sprit. Ved opvarmning udvider spritten sig en smule, og da glasrøret er meget snævert, kan væsken fra kuglen godt trænge langt op heri. Ved siden af glasrøret har man en temperaturskala. Faste stoffer, som fx jern, udvider sig også ved opvarmning. Det kan give problemer for togdriften på meget varme dage. Når skinnerne udvider sig, kan de blive så lange, at de begynder at sno sig. Det gav

store problemer i Danmark i starten af 2000-tallet, før man for alvor begyndte at forny og forbedre skinnenettet. Gasser udvider sig meget mere end væsker og faste stoffer, når de varmes op. Hvis gassen, der opvarmes, er sluttet inde, så den ikke kan udvide sig, stiger gassens tryk på beholderens vægge. Det skyldes, at molekylerne har fået mere fart på som følge af opvarmningen og derfor trykker kraftigere på beholderens vægge. På døren til lokaler med gasser i lukkede beholdere, står der altid et skilt: Gasflasker fjernes ved brand! Ved at fjerne gasflaskerne undgår man, at de sprænges som følge af høje temperaturer.

Togskinner i sommervarmen.

TILSTANDSFORMER

001-156_9788770662222.indd 23

KAPITEL 2

16/04/2019 10.54

MOLEKYLERNES VERDEN

Molekylerne opdages Lige siden oldtiden har man haft den tanke, at stoffer måtte bestå af mindre dele. Men det var først i starten af 1800-tallet, at man kunne vise, at der var noget om snakken. I 1827 opdagede den engelske botaniker Robert Brown nemlig et sært fænomen, når han i et mikroskop studerede pollen, der svømmede rundt i vand. Pollen er støv fra blomster. Brown så til sin undren, at de mikroskopiske pollenkorn foretog små ”dansende” bevægelser. Han troede først, at det kunne skyldes, at pollenkornene var levende. Han prøvede derfor også at undersøge små korn af dødt stof under mikroskopet og så også her de samme bevægelser. Browns nysgerrighed førte til, at han forsøgte sig med en hypotese, dvs. et forslag til en mulig forklaring.

En model til sammenligning Man kan sammenligne det, som Brown så i sit mikroskop, med følgende model: Du og dine klassekammerater står i idrætshallen med en masse tennisbolde, som I fra alle retninger skyder ind mod en af de kæmpestore gummibolde, man bruger til at trille på. Gummibolden vil ikke flytte sig meget ved hvert skud, da den er meget tungere end hver tennisbold, men den vil dog bevæge sig lidt fra side til side. Tennisboldene svarer så til de små vandmolekyler, som Brown ikke kunne se, og gummibolden til de store pollenkorn, som dansede i hans mikroskop.

Browns hypotese om vandets mindste dele Brown forestillede sig, at vandet var opbygget af nogle uhyre små partikler, meget mindre end pollenkornene. Det måtte være disse små vandpartikler, der stødte ind i pollenkornene og fik dem til at bevæge sig i små, ret tilfældige bevægelser. Disse bevægelser er senere blevet kaldt ”brownske bevægelser” efter Brown.

Nogle år tidligere end Brown havde den italienske fysiker og kemiker Amedeo Avogadro på baggrund af omhyggelige forsøg med luftarter fremsat den idé eller hypotese, at i hvert fald luftarter må bestå af meget små partikler, som han kaldte molekyler. Eftertidens forskere fik senere bevist, at både Avogadros og Browns hypoteser om molekyler og molekylebevægelse var gode og brugbare.

R obert Brown, 1773-1858, engelsk botaniker. Udnyttede som en af de første det dengang ret primitive mikroskop til undersøgelser af planteceller, frø og pollen (blomsterstøv).

24 KAPITEL 2 001-156_9788770662222.indd 24

M an kan selv iagttage brownske bevægelser, hvis man fylder det lille røgkammer med tobaksrøg og anbringer det under et mikroskop belyst af en lampe eller laser. Røgpartiklerne vil foretage tydelige rystelser – brownske bevægelser – fordi de bombarderes af luftmolekyler.

TILSTANDSFORMER

16/04/2019 10.54

En molekylesimulator I naturvidenskab er vi ofte nødt til at bruge modeller, fordi de ting, vi taler om, er for store, for små eller for langt væk til at kunne observeres direkte. Når du i geografi bruger en globus eller et kort, er det jo også en slags modeller af virkeligheden, du bruger. I fysik/kemi-lokalet har man fx en såkaldt molekylesimulator. Den kan vise, hvordan molekylerne ordner sig i faste stoffer, væsker og gasser, og man kan simulere smeltning og frysning samt fordampning og fortætning. I bunden af apparatet er der en række stålkugler. Under stålkuglerne er der en vibrator, der elektrisk kan justeres til at vibrere mere eller mindre. Skruer man op for vibratoren, bevæger kuglerne sig nemlig mere hidsigt. Det svarer i virkelighedens verden til, at temperaturen stiger.

2.6 Vi leger molekyler 2.7 Vi undersøger rumfang ved opvarmning og afkøling

2.8 Gnidningsvarme 2.9 Tip 10

I molekylesimulatoren er der en masse små metalkugler i et kammer mellem to glasplader. Metalkuglerne skal forestille molekyler. Metalkuglerne kan sættes i bevægelse af kammerets bund, der sidder på en elmagnet. Når elmagneten får strøm, vil den få bunden i kammeret til at vibrere og dermed sætte kuglerne i bevægelse.

Det

vigtige i kapitel 2 er at:

■ kende de tre tilstandsformer – med stoffet vand som eksempel ■ k ende til tilstandsændringer som smeltning, frysning, fordampning, kogning og fortætning samt smeltepunkt og kogepunkt ■ k ende til temperaturskalaer og den måde, de er defineret på ■ h ave overblik over vandets kredsløb på Jorden og kende vandets rolle i vigtige vejrfænomener ■ k ende til modelforestillinger om molekyler og molekylebevægelse og være i stand til at bruge disse forestillinger til forklaring af vigtige egenskaber ved stofferne ■ k ende til sammenhængen mellem temperatur og molekylebevægelse.

TILSTANDSFORMER

001-156_9788770662222.indd 25

KAPITEL 2

16/04/2019 10.54

Hovedgr

upper

1 1,0

Grundsto ffernes P eriodesy stem

Hydrog en (Brint)

6,9

2 9,0 1

Lithium

4 2 24,3 8 1

Natrium

Perioder

38 2 137,3 8 18 18 8 Barium 1 56

55 223

Francium

2 226 8 18 32 18 Radium 8 1 88

Lantha

niderne

Actinide

rne

2 8 18 32 18 8 2

2 91,2 8 18 9 2 Zirkonium

mer

2 52,0 8 11 2 Chrom

2 95,9 8 18 12 1 Molybdæn

Luftart

10,8

25 2 97 8 18 13 1 Technetiu

27 2 102,9 8 18 15 1 Rhodium

27,0

fremstile

2 65,4 8 18 1 Zink

13 2 69,7 8 18 2 Gallium

2 72,6 8 18 3 German ium

2 74,9 8 18 4 Arsen

Neon

16 2 79,0 8 18 5 Selen

10 2 39,9 8 7

Svovl (Sulfur)

2 8

Fluor

9 2 35,5 8 6

2 32,1 8 5

Phosph or (Fosfor)

2 31,0 8 4

Silicium

2 2 20,2 7

2 19,0 6

Oxygen (Ilt)

2 28,1 8 3

2 16,0 5

Nitroge n (Kvælst of )

2 63,5 8 16 2 Kobber

28 2 106,4 8 18 16 1 Palladium

Kulstof (Carbon)

Alumini

2 58,7 8 15 2 Nikkel

26 2 101,1 8 18 13 m 2 Ruthenium

Helium

2 14,0 4

Bor

2 58,9 8 14 2 Cobalt

2 12,0 3

Væske

Kunstig t

2 55,8 8 13 2 Jern

2 92,9 8 18 10 2 Niobium

Lantha

2 54,9 8 13 1 Mangan

4,0 Antal elektrone de forsk r i ellige skall er

Fast stof

2 50,9 6 10 2 Vanadiu m

Klor (Chlor)

2 8 8

Argon

17 2 79,9 8 18 6 Brom

18 2 83,8 2 8 42 2 180,9 8 18 32 2 43 2 8 114,8 183,9 18 7 33 2 8 44 2 8 18 118,7 186,2 Kr 8 ypton 34 2 8 18 45 2 8 Hafnium 18 32 121,8 190,2 35 2 8 18 18 46 2 8 18 32 10 Tantal 127,6 192,2 36 2 8 18 18 2 Indium 47 2 8 18 32 126,9 11 Wolfram 72 2 195,1 2 8 Tin 18 18 3 48 2 8 Rh 18 32 12 13 73 2 enium 1,3 197,0 2 261 8 18 18 4 Antimon 49 2 8 18 32 13 Osmium 74 2 2 200,6 262 8 18 18 5 Tellur 50 2 8 18 32 14 Iridium 75 2 2 8 204,4 263 18 18 6 Iod 51 2 8 18 32 15 Platin 76 2 2 8 18 207,2 264 Xe 18 7 52 non 2 8 18 32 17 Guld 77 2 2 8 Rutherf 18 32 209,0 265 or8 53 2 8 18 32 18 Kviksølv 78 1 dium 2 8 18 32 32 Dubnium 209 266 54 2 8 18 32 18 Thallium 79 1 2 8 18 32 Seaborgium 32 210 10 104 267 2 8 Bly 18 32 18 80 2 2 8 Bo 18 32 32 222 11 hrium 2 105 2 8 18 32 18 Bismuth 81 3 2 8 18 32 32 Hassium 12 2 106 138,9 8 18 32 18 Polonium 82 4 2 8 18 32 Meitnerium 32 2 13 2 107 18 140,1 32 18 Astat 83 5 2 8 18 32 Darmstad- 32 8 14 2 108 2 140,9 32 18 Radon 84 6 2 8 18 32 32 Roent18 15 tium 2 109 2 8 144,2 18 85 7 2 8 18 32 32 Copernici Lantha 16 genium 18 2 110 2 8 18 um n 145 86 8 8 18 32 Ununtrium 32 17 2 111 9 2 8 Cerium 18 20 150,4 Un 18 32 32 18 112 un 2 57 2 2 qu 8 18 8 Praseodym 21 a152 32 32 Ununpen18 dium 2 113 2 8 18 22 8 Neodym 58 2 157,3 32 18 tium 3 114 2 8 18 9 Promethiu 23 59 2 159 227 m 18 4 115 2 8 18 2 8 Samarium 24 60 2 16 2,5 232 5 2 8 18 8 Europianium 25 8 61 2 2 165 231 2 8 18 8 Gadolinium 25 62 18 2 2 8 167,5 238 2 8 18 27 9 Terbium Actinium 63 2 32 2 8 18 168,9 237 2 8 Dy 18 28 8 64 sp 2 18 rosium 2 8 Thorium 18 32 173 244 2 8 18 29 8 Holmium 65 2 89 2 9 8 18 32 175 18 Protacti243 2 8 18 30 8 Erbium 66 2 2 8 2 18 32 20 Uran 10 nium 90 247 8 18 31 8 Thulium 67 2 2 8 18 21 Neptunium 32 9 2 91 247 18 32 8 Ytterbium 68 2 2 8 18 22 Plutonium 32 9 2 92 251 32 8 Lutetium 69 2 2 8 18 32 24 Americiu 9 2 93 252 m 9 70 2 2 8 18 32 25 Curium 8 2 94 257 71 2 2 8 18 32 25 Berkelium 8 2 95 258 2 8 Ca 18 32 27 lifornium 9 2 96 259 2 8 18 32 28 Einsteini 8 2 97 260 um 2 8 18 32 29 Fermium 8 2 98 8 18 32 30 Mendele8 2 99 18 32 31 Nobelium 8 vium 2 100 32 32 Lawrenciu 8 2 101 m 32 8 2 102 9 2 103 2

2 8 18 18 8 2

Cæsium

21 2 12,0 8 18 8 2 Yttrium

Rubidium

2 47,9 8 9 2 Titan

20 2 87,6 8 18 8 1 Strontium

85,5

tofnavn

Atomnu m

2 8 18 18 9 2

Grunds

upper

2 45,0 8 8 2 Scandiu m

Kalium

132,9

bol

Undergr

12 2 40,1 8 8 1 Calcium

39,1

138,9

Atomsy m

ium

Magnes

upper

Eksempe l

Atomm as

2 8 2

Hovedgr

23,0

Berylliu

Ikke-m etaller Metalle r

2 2

178,5



Grunds toffern es Perio Ca. 20 desyst af grun em. dstoffe rne ind går i din eg

2 112,4 8 18 18 1 Cadmium

29 2 107,9 8 18 18 Sølv

Uut

Uuq

Uup

en krop

26 001-156_9788770662222.indd 26

16/04/2019 10.54

Alt i din krop, fx knogler, muskler, fedt og blod, er opbygget af molekyler, der har hver sin funktion, form og størrelse. Molekylerne kan splittes op i mindre dele, en slags byggeklodser, som kaldes atomer. Molekylerne inde i dig består af ca. 20 forskellige slags byggeklodser, som vi kalder atomer. Det er de samme atomer, som findes i alt andet levende på Jorden. Man kan blive helt svimmel af at tænke på, at livet i dets mange forskellige former kun indeholder 20 forskellige slags atomer.

KAPITEL

Grundstoffer og kemiske forbindelser

I DETTE KAPITEL SKAL DU LÆRE MERE OM

Atomer er meget små og usynlige Grundstoffer Atomer og kemiske bindinger Atom- og molekylemodeller Formler – stregformler og kemiske formler Grundstofferne inde i dig selv

Hvad er et grundstof?

001-156_9788770662222.indd 27

Hvad er atomer?

16/04/2019 10.54

MOLEKYLERNES VERDEN

Atomer er meget små og usynlige Atomer kan egentlig slet ikke sammenlignes med noget, vi kender fra dagligdagen. Men kemikere bruger alligevel modeller af atomer i form af små plastkugler. Kuglerne har både farver og huller til forskel fra de virkelige atomer.

Atomer – en meget gammel idé For mere end 2.000 år siden foreslog den græske tænker Demokrit (460-400 f.Kr.) som den første, at alt stof i verden måtte bestå af små, udelelige partikler, som hver havde forskellig størrelse og form. Han forestillede sig partiklerne som usynlige små kugler. De gamle grækere gjorde dog ingen forsøg på at eftervise eller modbevise Demokrits idé gennem eksperimenter. Ordet atom kommer af det græske ord ”atomos”, der betyder udelelig. Demokrit 460-400 f. Kr. græsk filosof (tænker).

I kuglerne kan vi sætte pinde, der kan forbinde atomerne med hinanden til molekyler. Du vil snart opdage, at atom- og molekylemodeller er meget nyttige, når man skal lære kemi. Intet menneske har set et atom. Atomer er nemlig så små, at de slet ikke kan ses i selv et stærkt mikroskop. Derfor kan man ikke så let fortælle om deres udseende. Men en idé om størrelsen får du fx således: Et atoms diameter er ca. 0,00000001 meter. Det betyder teoretisk set - at der på 1 meter kan ligge 100 millioner atomer tæt ved siden af hinanden i en lang kæde. Men kæden vil bare være så tynd, at du slet ikke kan se den.

Ild, luft, vand og jord – de fire elementer Den berømte græske tænker Aristoteles (384-322 f.Kr.) forestillede sig, at alt stof var opbygget af de fire elementer: ild, luft, vand og jord. Han mente, at disse kunne have forskellige former, og at de også kunne forvandles til hinanden. Aristoteles’ idé overlevede i ca. 2000 år indtil slutningen af 1700-tallet, hvor de moderne grundstoffer blev opdaget. Aristoteles 384-322 f.Kr., græsk filosof (tænker).

Grundstoffer Vi kender 115 forskellige slags atomer, som findes i de 115 forskellige grundstoffer. Deres navne kan du aflæse i Grundstoffernes Periodesystem bagest i bogen. De fleste grundstoffer er metaller. Resten er såkaldte ikke-metaller. Selv om man kender 115 forskellige grundstoffer, er det kun de 90, der findes naturligt på Jorden. Resten er lavet kunstigt i laboratorier. I Grundstoffernes Periodesystem

28 KAPITEL 3 001-156_9788770662222.indd 28

på side 152-153 kan du for hvert grundstof se atommasse (= vægt) atomsymbol, navn, nummer.

Atommasse

12,0

Atomsymbol

Grundstofnavn Atomnummer

Kulstof (Carbon)

GRUNDSTOFFER OG KEMISKE FORBINDELSER

16/04/2019 10.54

Grundstoffernes navne Grundstoffernes navne er ofte hentet fra latin eller græsk. Det kemiske symbol består af navnets forbogstav med stort, nogle gange efterfulgt af et bogstav med lille.

, hydrogen (brint) H kommer af græsk hydrogen, der betyder vand-danner.

, sulfur er det latinske navn S for svovl. Svovl kan ofte findes ved vulkaner.

C, carbon (kulstof) er afledt af latin carbonis, som betyder kul.

Cu, cuprum, er det latinske navn for kobber. Kobber findes i ledninger og på slottenes tage. , oxygen (ilt) kommer af græsk O oxygen og betyder sur-danner. Tidligere troede man fejlagtigt, at alle sure stoffer (syrer) indeholdt oxygen. Oxygen findes i luften.

Grundstof nr. 1, hydrogen, er det mindste og letteste grundstof. Når atomnumrene bliver større, bliver atomerne tungere (= får større masse). Men størrelsen på atomerne ændrer sig næsten ikke, når man ser på de lette atomer i forhold til de tungere atomer i Grundstoffernes Periodesystem.

3.1 Lær grundstoffer

GRUNDSTOFFER OG KEMISKE FORBINDELSER

001-156_9788770662222.indd 29

Det kemiske sprog er internationalt. De kemiske navne og symboler bruges af alle nationer på Jorden, uanset sprog og skriftform. I Danmark tillader vi dog danske navne for visse grundstoffer. Det gælder for grundstoffer, der har været kendt fra meget gammel tid, fx kulstof, kobber, jern, guld, sølv, kviksølv. I Danmark bruger vi også navnene brint (for hydrogen) og ilt (for oxygen) efter forslag fra fysikeren og kemikeren H.C. Ørsted i 1814. Men da ordene ilt og brint kun kendes på dansk, er det ikke ret smart at bruge disse navne i en verden, der bliver mere og mere international.

u, aurum er det latinske A navn for guld. Aurum betyder også morgenrøde. Guld bruges bl.a. i smykker.

S alt er både på kinesisk og dansk natriumchlorid med formlen NaCl.

KAPITEL 3

16/04/2019 10.54

MOLEKYLERNES VERDEN

Atomer og kemiske bindinger Molekyler består af atomer, der binder sig til hinanden. I grundstofferne er molekylerne bundet sammen af ens atomer. I de kemiske forbindelser er molekylerne bundet sammen af forskellige slags atomer. De eneste atomer, som ikke binder sig sammen i større molekyler, er atomerne fra gruppe 8, som kaldes de ædle gasser i Grundstoffernes Periodesystem. De ædle gassers molekyler består derfor kun af et atom hver. Vigtige definitioner ■ Grundstoffer er bundet sammen af én slags atomer ■ Kemiske forbindelser er bundet sammen af forskellige slags atomer.

Mange kombinationer Af de ca. 90 grundstoffer, der findes i naturen, kan de fleste binde sig til adskillige andre. Det giver rigtig mange kombinationsmuligheder, ja faktisk uendelig mange. Man kan på en måde sammenligne atomerne i Grundstoffernes Periodesystem med bogstaver. Af kun 28 bogstaver i vores alfabet kan man jo lave masser af ord. Men ikke alle bogstaver kan kombineres til meningsfyldte ord i vores sprog. På tilsvarende måde er der også begrænsninger i, hvordan de enkelte atomer kan kombineres med hinanden. Ligesom nogle ord er sjældne i sproget, er der kemiske forbindelser, der er sjældne i naturen. Og ligesom man hele tiden indfører nye ord i sproget, fremstilles der også nye kemiske forbindelser, som slet ikke findes i naturen i forvejen. De kaldes kunstige kemiske forbindelser.

30 KAPITEL 3 001-156_9788770662222.indd 30

■ L av en lille ordleg, hvor du prøver at lave så mange ord som muligt med bogstaverne b, d, r, ø og e. Du behøver ikke bruge alle bogstaver til alle ord.

bogstaver

■ T ænk på, hvor mange ord du har lært at stave til siden 1. klasse. Kan du huske dem alle?

atomer

Så mange kombinationer kender vi Der findes ca. 100.000 ord i det danske sprog. Mange af dem er kombinationer af flere basisord, fx skoleelev af skole og elev. Kemikerne har til sammenligning beskrevet ca. 17 millioner forskellige kemiske forbindelser. Langt de fleste er syntetiske Atom

ord

molekyler

stoffer, dvs. stoffer, som er fremstillet kunstigt. Hvert år kommer der over 300.000 nye kemiske forbindelser til.

Atom- og molekylemodeller For lettere at kunne forstå hvordan atomer binder sig sammen til molekyler, bruger man meget enkle og

Symbol

Model/farve

Huller/valens

Hydrogen

hvid

Oxygen

rød

Carbon (Kulstof)

sort

Nitrogen

blå

Klor

grøn

Model

K uglerne er atommodeller. Hullerne i kuglerne sidder ikke tilfældigt, men på en bestemt rumlig måde i forhold til hinanden. Et atoms valens svarer til antal huller i kuglemodel. Valens betyder egentlig værdi. Atomer har i virkeligheden ingen farve. Farverne er ligesom atomsymbolerne ”symbolfarver”, der er vedtaget internationalt. GRUNDSTOFFER OG KEMISKE FORBINDELSER

16/04/2019 10.54

grove modeller af atomerne i form af plastkugler. Atomerne i modelsættet i skemaet har samme størrelse, men de har forskellige farver og et forskelligt antal huller. Antallet af huller kalder kemikere for atomets valens. Hullerne i kuglerne gør det muligt at binde

dem sammen med pinde af plast. Pindene kalder vi bindinger. Der findes plastbindinger i 2 længder. De korte bruges til såkaldte enkeltbindinger, de længere og bøjelige til dobbelt- og tredobbelt-bindinger (= tripelbindinger).

Byggeregler for molekylemodeller Når man bygger modeller af molekyler, gælder der to simple regler: ■ Der skal placeres en pind i alle huller ■ Alle pinde skal forbinde to atomer. (Pinde må altså ikke stritte ud i det fri) Foto af molekylemodel

Stregformel

Kemisk formel

Hydrogen-molekylet er sammenbygget af to ens H-atomer. Hydrogen er derfor et grundstof. Bindingen mellem de to atomer kaldes en enkeltbinding.

HH

Oxygen-molekylet er sammenbygget af to ens O-atomer. Oxygen er derfor et grundstof. Når man bygger modellen, må man anvende to lange pinde. Bindingen kalder man en dobbeltbinding.

OO

Vand-molekylet består af to forskellige slags atomer. Nemlig ét O-atom og to H-atomer. Vand er derfor en kemisk forbindelse.

Methan-molekylet (= naturgas) består af to forskellige slags atomer: ét C-atom og fire H-atomer. Methan er derfor en kemisk forbindelse.

Nogle simple molekyler For at forstå hvorledes molekyler er opbygget, skal du selv bygge nogle modeller og lære, hvordan det gøres. På denne side ser du nogle af de molekyler, der kan bygges med modellerne. I skemaet ser du billeder af molekylemodellerne og to forskellige måder at skrive formler på. Når vi går fra molekylemodel til stregformel bliver hver pind erstattet af en streg (dvs. en kemisk binding). Læg mærke til, at dobbeltbindingen i oxygenmolekylet tegnes med to lige streger over hinanden i stregformlen.

GRUNDSTOFFER OG KEMISKE FORBINDELSER

001-156_9788770662222.indd 31

H O H

H2O



HCH



CH4

H KAPITEL 3

16/04/2019 10.54

Jens Hviid, Peter Norrild og Martin Krabbe Sillasen

FYSIK/KEMI

ELEVBO G/

Naturens univers 7 indeholder fem overordnede temaer:     

Molekylernes verden Vores plads i den store verden Kemiske omdannelser Den blå planet Elektricitet og magnetisme i hverdagen

WEB

788770

662222

alinea.dk

om_9788770662222.indd 1001

Fysik/kemi · 7. klasse · Elevbog · Web

16/04/2019 10.35