Bo Damgaard • Hans Lütken Marianne Krog • Anette Sønderup Peter Anker Thorsen
Alinea
Ny Prisma 8
Indhold 6
Sådan bruger du bogen
8
Fysik og kemi er overalt
10 12 14 16 18
Hvordan slukker man en brand? Hvad er et lyn? Hvad giver bladene farve? Hvordan virker åndbart regntøj? Hvordan virker et loop?
20 Styr på tingene 22 24 26 32
Ren mekanik Mekanik og elektricitet Elektronisk styring Styring med computer
34 Lim mellem atomer 36 39 41 42 44
Enlige atomer Det periodiske system Oktet-reglen Ioner Kovalente bindinger
48 Fyldt med energi 50 52 57 61 66
Fra solenergi til olie Alkaner Fra råolie til velkendte produkter Forbrænding af olieprodukter Olie i havet
68 Ren kemi 70 Sæbe 74 Sæbe og vand 79 Kosmetik
4
Ny Prisma 8
82
En lille verden
84 86 88 89
Atommodeller Atomets opbygning Atommasse Nuklider og isotoper
94
Vort solsystem
96 99 100 106 110
Tyngdekraft og massetiltrækning Stjerner og planeter Solsystemets himmellegemer På rundrejse til nogle planeter Den røde planet Mars
114 Spiselig kemi 116 117 121 127 130 131
Varedeklarationer Fedtstoffer Proteiner Kulhydrater Vitaminer og mineraler Tilsætningsstoffer
134 Drømmerejser 136 Afgang fra Jorden 140 At rejse i rummet
146 Jorden og Solen giver energi 148 150 152 155 156 157 158 160 162 164 166
Energi er overalt Mekanisk energi Kerneenergi Elektrisk energi og effekt Energi fra naturen Introduktion til valgemner Valgemne: Brændsel Valgemne: Solceller Valgemne: Vindmøller Valgemne: Vandkraft Valgemne: Brændselsceller
170 Register 5
Ny Prisma 8
Sådan bruger du bogen Ikoner
Indholdsfortegnelse
Ikonerne er symboler, der gør det nemmere at bruge Ny Prisma 8.
I indholdsfortegnelsen på de første sider i bogen kan du se, hvilke temaer Ny Prisma 8 indeholder.
1.6 Tallene viser, hvilke øvelser der findes 1.7 til teksten. Her henvises til øvelsesark
1.6 og øvelsesark 1.7 fra kopimappen. I de fleste tilfælde lærer du mest ved at udføre øvelserne, inden du læser teksten.
Dette ikon viser, at du kan 1.27 arbejde med øvelser, hvor forskellige måleinstrumenter tilsluttes computer. Her drejer det sig om øvelse 1.27 fra kopimappen. Ikonet viser, at øvelsen af sikkerhedsmæssige grunde skal udføres af læreren. Ikonet bruges også, hvis apparaturet er meget dyrt.
er
em atom
Lim mell
Ioner
til 7 elek ar fra 1 glen ruppe h hovedg pfylde oktet-re oner. . 7 l ti . o 1 tr merne i . De kan eller tage elek 3.3 Ato i yderste skal ion. at give troner kaldes en len ved , g er re ton le tr b t elek ge ne eller du ta er r mme k givet elle en har sa ud , der har Et atom atom. D ud eller oversk et m so sk er næsten den har under En ion en atom, m som et ner. -ionen o Natrium af elektr
og elektron afgive en n, Na+ . Na kan iv io en posit blive til
t -atome Natrium
inger: for ladn inger: Regnskab for ladn +11 rne Ke Regnskab - 2 1. skal Kerne - 8 2. skal 1. skal - 1 Ladning: 2. skal 0 al 3. sk et Ladning:
+11 - 2 - 3 +1
d øjre for ven til h ves foro ri sk g dnin give Ioners la mbol. er kan af tive sy si edgrupp kemiske rste hov . De danner po ner fø e d i ste skal offerne anner io Grundst ne i deres yder hovedgruppe d + . K + . er + , Na og elektron ndstofferne i 1 ru F.eks. H ioner. G sitiv ladning. o p med én
tomet Chlor-a af ioner. um Dannelse ektron fra natri el tager en rdi elektroner er selv Fo en . et on r-i om lo at ch iver e, bliver negativ atrium-ionen bl .N negativ iv. sit po
+
+ +
Na. natrium atom
42
6
+ +
. Cl: chloratom
➞ ➞
[Na] natrium ion
+ +
: :
➞
: :
10
Dette ikon viser, hvor i bogen, du kan læse mere om emnet. Her er der henvist til side 10 i bogen.
-
[:Cl:] chlorion
Ny Prisma 8
Register
Husketekster
Bag i bogen findes et register. Brug registeret, hvis du hurtigt skal finde oplysninger inde i bogen. Opslagsordene står i alfabetisk orden.
Nogle tekster er fremhævet med kursiv. De er vigtige at huske i det fremtidige arbejde med fysik/kemi.
Ordforklaringer Nogle ord er fremhævet i teksten. Det fremhævede ord uddybes i en farvet kasse.
er
em atom
Lim mell
Spot
Belyser det faglige stof på andre måder, f.eks. bruges viden fra andre fag.
e der stærk e ion er en. negativ m og m e sa v ti , des salt den posi older dem Mellem kræfter, som h um og chlor kal ri ke elektris sen mellem nat el ding. Forbind lt. ion-bin 70 sa - ldes en køkken + og Cl ka består a e N lt sa le ellem og m n I en . g ioner ammo Bindin r også af gælder f.eks.-- lfat: lte bestå , su Det Andre sa flere atomer. - rbonat: CO3 ca af , ionerne + , nitrat: NO- 3 - 3.4 -H går ioner 3.5 nium: N 4 sfat: PO 4 . sningen -- og fo leVed oplø blandt vandmo SO 4 . d n va i t m. opløses i et sig rund isk strø ordner sig Salte kan l sit og bevæger kan lede elektr 12 Cl- i salt er krystallinsk. Na+ og ner i ver ti h io Salt . e er n ed itt m krystal-g Vand kylerne.
Hvad har du lært? Efter hvert kapitel findes nogle punkter, som repeterer de vigtigste begreber og sammenhænge i kapitlet.
Projektarbejde
saltigennem er gå strøm Der kan er ionerne, som et D . vand men. for strøm bærere
ge salte, forskelli e inger af e vand. Ionern sn lø p o m der i det sam indbyrdes og an blan Hvis m landet ionerne er b binding fældning. d får man e nye kemiske v ske en u kan så la salte. Der kan e ny e n an d
lv-iodid, saltet sø ning af en udfældning Udfæld der sker dannet r AgI. Når de lt, bliver af et sa nger. ionbindi
3.6 3.7 3.8
Temaet „Jorden og Solen giver energi“ er opbygget, så I har mulighed for projektarbejde i fysik/kemi.
43
7
Lyd, bevægelse og farver. Eksplosioner giver lyd og sætter fart i stoffet. Tyngdekraften giver de bløde buer, og varme metal-atomer giver de festlige farver.
Fysik og kemi er overalt Overalt, i naturen og i vore hjem, støder vi på fænomener, hvor fysik og kemi spiller ind. Viden om fysik og kemi har bl.a. gjort det muligt at fremstille computere, giftfri farver til madvarer, effektivt vaskepulver og meget andet, som er med til at gøre vores dagligdag let og behagelig. Arbejde med fysik og kemi kræver også fantasi og kreativitet. Der er brug for nye energikilder og nye produkter og fremstillingsmetoder, som kan give et bedre miljø.
Blomster indeholder mange kemiske forbindelser. De har ofte flotte farver. Kemiske analyser kan fortælle os, hvilke stoffer der er, og hvor meget der er af det enkelte stof.
9
Fysik og kemi er overalt
Hvordan slukker man en brand? C6H12O6 træ
+ +
6 O2 ➞ oxygen ➞
6 CO2 + kuldioxid +
6 H2O vand
ox yg e
me
De tre betingelser sættes sammen til brandtrekanten.
var
En brand er en kemisk reaktion, 61 som kræver tre betingelser: • Brændbart materiale, f.eks. træ, kul, olie eller gas. 158 • Oxygen, O2. • Høj temperatur, ethvert stof kræver en bestemt antændelses-temperatur for at bryde i brand.
n
Brande opstår
brændbart materiale Brandtrekanten. Alle tre sider skal være der, for at en brand kan opstå eller vedligeholdes.
10
Fysik og kemi er overalt
En brand kan slukkes Branden kan slukkes, hvis en af trekantens sider 1.1 fjernes: • Brændbart materiale kan fjernes, f.eks. ved at lukke gashanen. • Oxygen kan fjernes, f.eks. ved at dække branden med et låg eller brandtæppe. • Temperaturen kan sænkes ved at afkøle det brændbare materiale.
Pulverslukkere kan være bedre end vand Vand er et godt og billigt kølemiddel. Men ikke alle brande kan slukkes med vand.
Pulverslukkeren er god til mindre brande. Pulveret lægger sig omkring det brændbare materiale og lukker oxygenet ude.
1.2 1.3
Brande i fedt og benzin må aldrig slukkes med vand. Vandet har en større massefylde end fedt og benzin. Derfor synker det ned i den varme væske og fordamper straks. Vanddampen spreder branden som en eksplosion. Ildslukkere med pulver eller skum er gode til at slukke brande i fedt eller benzin. Pulveret eller skummet dækker det brændbare materiale, så der ikke kan komme oxygen til branden.
En brand danner nye molekyler Ved en brand fordamper store molekyler fra materi- 1.4 alerne. Sammen med oxygen fra luften danner de nye små molekyler. Det er mest kuldioxid, CO2, og vand, H2O, men der kan også dannes giftige molekyler som kulmonooxid, CO, og nitrogen-dioxid, NO2. Ved processen frigives energi. Luften bliver derved så varm, at den lyser. Flammer er meget varm luft. C3H8 + 5 O2 ➞ 3 CO2 + 4 H2O flaskegas + oxygen ➞ kuldioxid + vand Reaktionsskema for forbrænding af propan, flaskegas. Ved forbrændingen dannes kuldioxid og vand.
11
Fysik og kemi er overalt
Hvad er et lyn? Elektrisk ladning og statisk elektricitet Alt stof indeholder positive og negative elektriske 36 ladninger. Hvis der er lige mange af hver slags i en genstand, mærkes ladningerne ikke. Genstanden er neutral. Hvis der er overskud af den ene slags ladning, vil genstanden tiltrække eller frastøde andre genstande. En positivt ladet og en negativt ladet genstand tiltrækker hinanden. Genstande med ladninger af samme fortegn frastøder hinanden. Ladede genstande tiltrækker neutrale genstande.
Når to genstande med forskellig ladning kommer nær hinanden, kan de aflades ved, at ladninger flytter sig fra den ene til den anden. Der opstår en kortvarig strøm – en gnist. Strøm er ladninger i bevægelse. Ladninger i hvile kaldes statisk elektricitet. I en elkreds bevæger ladninger sig rundt, indtil strøm43 vejen brydes.
1.5 1.6 1.7
Lynet er en elektrisk strøm, som går gennem luften. Elektrisk strøm kan ikke ses, men strømmen opvarmer luften og får dens molekyler til at lyse.
30
Lysstofrøret lyser op, når genstanden aflades.
12
Fysik og kemi er overalt
Skab selv statisk elektricitet Du kan selv skabe positiv og negativ elektrisk ladning og små „lyn“. Du bliver elektrisk ladet, hvis du slæber fødderne hen over et gulvtæppe af kunststof eller gnider en acryltrøje mod dit hår. Tv- og computerskærme tiltrækker støv. Et stykke rav, der er gnedet med filt, kan tiltrække papirstumper eller hår. Det er på grund af statisk elektricitet. De ladede genstande tiltrækker de neutrale genstande.
Faradayburet Når lyn slår ned, springer ladningerne mellem jorden og skyen – ofte gennem en elmast eller et træ. Derfor kan det være farligt at søge læ under et træ i tordenvejr. Hvis lynet slår ned i en bil af metal, løber strømmen på ydersiden af metallet og ned i jorden. Der løber ikke strøm inde i bilen, så dér er det sikkert at opholde sig. Hvis en
1.8
1.9 kasse af metal lades op, fordeler de elektriske ladninger sig på ydersiden, så der ikke er elektriske kræfter inde i kassen. Et bur af metal skærmer lige så godt som en kasse. Det opdagede den engelske fysiker og kemiker Michael Faraday. Efter ham kaldes det et faradaybur.
Gnisten springer ved en spænding på over 1 million volt. Personen i bilen mærker ikke noget.
13
Fysik og kemi er overalt
Hvad giver bladene farve?
Blade indeholder flere forskellige farvestoffer. Det er f.eks. xantofyl, som er et gult farvestof, eller karotin, som har en kraftig orange farve. De fleste blade er grønne, fordi de indeholder meget af det grønne farvestof, klorofyl. I nogle blade findes så store mængder af røde farvestoffer, at de har en rødlig farve. Det gælder f.eks. blodbøg. 14
Fysik og kemi er overalt
Kromatografi: Af „kromatos“, som betyder farve og „grafa“, der betyder skrift.
Farvestofferne kan skilles ad med kromatografi Nogle stoffer kan skilles ad med kromatografi. Papir-kromatografi kan vise, om en farvetusse indeholder flere forskellige farvestoffer. Vand eller en anden væske suges op i et stykke papir med farvede pletter. Farvestofferne opløses af væsken og føres med opad, men ikke lige hurtigt. På den måde skilles farvestofferne ad.
1.10 1.11 1.12
Kemiske analyser Papir-kromatografi er et eksempel på en kemisk analyse. Man kan se på papiret, hvilke farvestoffer der er, og om der er lidt eller meget af et bestemt farvestof. Metoden er både kvalitativ og kvantitativ. • En kvalitativ analyse kan vise, hvilke stoffer der er. • En kvantitativ analyse kan vise, hvor meget der er af det enkelte stof.
Farvestoffer fra blade er skilt ad med papir-kromatografi. Resultatet kaldes et kromatogram.
Kemiske analyser udføres på forskellige måder afhængig af, hvad man vil undersøge. Kender du andre metoder til kemisk analyse?
Flere slags farver Farvestoffer i planter og dyr kaldes pigmenter. Det er store molekyler, som let nedbrydes helt eller delvist, så farverne forsvinder eller falmer.
1.13 1.14
En anden type farvestoffer er salte og andre uorganiske forbindelser. De nedbrydes ikke så let. Flere af dem er giftige, fordi de indeholder tungmetaller.
Nogle af farverne i sommerfuglevingen skyldes pigmenter. Andre skyldes overfladens struktur.
Endelig er der farver, der skyldes materialets struk- 1.15 tur. De kaldes strukturfarver. Farver i en oliehinde på vand er bestemt af hindens tykkelse. De metaliske blå og grønne farver på visse fugle kommer af fjerenes bygning. Forskellige farver lys kastes tilbage i forskellige retninger.
15
Fysik og kemi er overalt
Hvordan virker åndbart regntøj?
1.16 1.17
Åndbart regntøj er fremstillet af stof med mikroskopiske huller, som vandmolekyler kan passere igennem, mens vanddråber holdes ude. Vanddamp er frie molekyler, som kan trænge gennem stoffet. Men i vanddråber hænger molekylerne sammen, og dråberne er for store til at trænge gennem hullerne i stoffet.
1.18
Det åndbare stof virker som en halv-gennemtrængelig membran. En halv-gennemtrængelig membran er kun gennemtrængelig for molekyler med bestemte egenskaber.
16
Membran: Membran betyder hinde.
Fysik og kemi er overalt
vanddråbe
Vanddamp kan komme ud, men regnvandet kan ikke komme ind gennem det åndbare stof. Vanddampen bevæger sig fra varm og fugtig mod kold og tør luft.
vanddråbe Fig. 1.14
frie vandmolekyler Diffusion Jo mere kold og tør luften er, des bedre virker det åndbare stof. Vanddampe i varm og fugtig luft bevæger sig nemlig mod kold og tør luft. Jo større forskel der er i temperatur og luftfugtighed mellem inder- og ydersiden af regntøjet, des hurtigere sker denne bevægelse, som kaldes diffusion. Diffusionen fortsætter, til temperatur og fugtighed er ens på begge sider af stoffet – til der er ligevægt. Ved diffusion bevæger molekyler sig, så de bliver mere jævnt fordelt.
Kyllingen vokser – ægget bliver lettere Naturen har opfundet sit eget åndbare stof for millioner af år siden, nemlig æggeskaller. Kyllingen kan ånde inde i ægget, fordi oxygen og kuldioxid kan passere gennem æggeskallen og hinderne. Kan du huske reaktionsskemaet for ånding? Det er den samme kemiske reaktion som ved en brand: C6H12O6 + 6 O2 ➞ 6 CO2 + 6 H2O kulhydrat + oxygen ➞ kuldioxid + vand Mens kyllingen ligger i ægget, ånder den gennem skallen. Ægget taber masse, når kyllingen vokser.
Kulhydrater findes allerede i æggeblommen. Oxygen kommer ind, og kuldioxid går ud. Der kommer altså flere atomer ud gennem æggeskallen, end der kommer ind. Derfor taber ægget masse, selv om kyllingen vokser. 17
Fysik og kemi er overalt
Hvordan virker et loop? Tyngdekraften trækker genstande ned mod jorden. Alligevel følger vognen banen rundt i loopet – hvis den har fart nok på. Hvis den kører for langsomt, vil den trille baglæns eller falde ned. Derfor er vogn og passagerer sikret.
Acceleration og hastighedsændring 1.19 1.20 1.21 1.22 1.23
1.24 1.25
Acceleration er hastighedsændring pr. tid. Jo hurtigere hastigheden ændrer sig, jo større er accelerationen. Accelerationen og hastighedsændringen har samme retning. Når en genstand bevæger sig rundt i en krum bane, skifter dens hastighed retning. Der er en hastighedsændring vinkelret på banen. Acceleration i hastighedens retning giver større fart. Acceleration mod hastighedens retning giver mindre fart. Acceleration på tværs får hastigheden til at skifte retning, så banen krummer.
18
v v v
+ + +
a a a
= = =
v v v
Fysik og kemi er overalt
Newtons love for bevægelse og kræfter Newtons 1. lov: En genstand, der ikke er påvirket af nogen kraft, vil bevæge sig med konstant hastighed, dvs. ligge stille eller bevæge sig ud ad en ret linie med konstant fart.
1.26
Newtons 2. lov: Hastigheden ændrer sig, hvis der virker en kraft på genstanden. Accelerationen, a, afhænger af kraften, F, og massen, m: F=m·a
Kræfter kan få bilen til at køre hurtigere, bremse eller dreje.
1.27 1.28 1.29 1.30 1.31 138
Newtons 3. lov: Hvis du skubber til en genstand med en kraft, skubber den tilbage på dig med en lige så stor og modsat rettet kraft. Aktion lig reaktion.
Kræfter og acceleration i loopet Når du kaster en bold vandret ud fra en klippe, bevæger den sig i en krum bane. Det gør den, fordi tyngdekraften giver en acceleration nedad. Jo hurtigere du kaster bolden, jo fladere bliver banen.
I toppen af rutsjebanens loop har vognen hastighed i vandret retning, og accelerationen peger nedad. Tyngdekraften og reaktionen fra banen peger også nedad.
Hvis skinnerne i rutsjebanen ender halvvejs i loopet, vil vognene fortsætte i en mere flad bane, end den skinnerne beskriver. Skinnerne påvirker vognene med en kraft rettet indad i loopet. Hvis vognene kører for langsomt vil de falde i en bane, der er mere krum end skinnerne, og ikke følge loopet, men falde ned.
19
136