NE Kemi 7–9 | Gratis läsning året ut

Kemi 7–9

NE Nationalencyklopedin AB Ångbåtsbron 1, 211 20 Malmö redaktionen@ne.se www.ne.se © NE Nationalencyklopedin AB 2023 Författare: Rikard Ask, Christer Engström, Peter Lindström, Olof Ollerstam och Fredrik Oxlin Läromedelsutvecklare: Jesper Sörensson Redaktör: Olof Ollerstam Bildredaktörer: Martina Eriksson och Låtta Skogh Illustratörer: Ken Håkansson, Erik Nylund och Olof Ollerstam Grafisk formgivare: Jens Klaive Grafisk produktion: Arvid Gruvö Wärle och Ellen Rönn Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och studenters begränsade rätt att kopiera för undervisningsändamål enligt Bonus Copyright Access kopieringsavtal, är förbjuden.

För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnarens huvudman, t.ex. kommun, eller Bonus Copyright Access. De flesta skolor och högskolor har avtal med Bonus Copyright Access och har därigenom viss kopieringsrätt. Det är lärarens skyldighet att kontrollera att skolan har ett giltigt kopieringsavtal med Bonus Copyright Access.

Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter och fängelsei upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till rättsinnehavaren.

MIX

Papper från ansvarsfulla källor

FSC ® C129413

Tryckt hos Print Best i Estland Första upplagan, första tryckningen ISBN 978-91-88423-77-1

Innehåll 1. Vad är kemi?

Välkommen till kemins värld Smådelar Undersök och berätta Systematisk undersökning När vi konstruerar och uppfinner Produktutveckling Kemistens redskap Säkerhet

7 9 15 23 33 43 49 61 69

2. Materia är partiklar Faser och fasövergångar Atomer och joner Periodiska systemet Molekyler Kemiska bindningar Klassificera och separera materia

77 79 87 97 109 117 123

3. Luften Atmosfären Syre och koldioxid Kväve Ädelgaser Luftföroreningar Växthuseffekt Ozonskiktet

133 135 141 147 153 159 165 177

4. Vattnet Vattnets kretslopp Vatten som lösningsmedel Syror och baser Salt är joner tillsammans Rent vatten

185 187 193 203 211 219

5. Jorden Vårt jordklot Mineraler och bergarter Jord att odla i Kvävets kretslopp Markförsurning Tungmetaller

229 231 239 245 255 261 269

6. Kolets kemi Kol – ett grundämne Kolatomens två kretslopp Kolväten Alkoholer

279 281 289 297 307

7. Matmolekyler Vad finns i maten?

Kolhydrater Fetter och andra lipider Proteiner och aminosyror Mineralnäringsämnen och vitaminer Smak och konsistens

315 317 323 335 345 353 359

8. Kemisk energi Energi i fotosyntes och förbränning Elektrokemi

367 369 377

9. Produkters livscykler Metaller Mobiltelefon Papper Plaster

Register Bildförteckning

387 389 395 401 409 418 422

Förord

Kemi är inte bara ett ämne i skolan – det är nyckeln till universums hemligheter! Kanske visste du redan att allt omkring oss – luft, vatten, metaller, plaster och till och med du själv – består av atomer. Kemi är vetenskapen som utforskar dessa atomer och de otaliga sätt som de kan kombineras på för att skapa allt i vår värld.

Har du sett ett vulkanexperiment och undrat hur det fungerar?

Det är kemi! Eller undrar du hur ett batteri kan driva en bil eller en mobiltelefon? Återigen, det är kemi. Själva livet är kemiska reaktioner, till exempel fotosyntes och cellandning.

Genom att studera kemi kan du bli en verklig magiker, skapa explosiva reaktioner, förvandla material och till och med hjälpa till att lösa världens problem. Så häng med i kemins fascinerande värld där vetenskap möter äventyr.

Redaktionen, NE

KAPITEL 1

Vad är kemi?

Bilden: Såpbubblan är kemi. Luften som vi andas och som får såpbubblan att sväva är också kemi.

Välkommen till kemins värld Vad tänker du på när du tänker på kemi? Kanske ser du atomer runda som bollar som susar runt varandra. Eller något gift som står och bubblar i ett provrör i en galen uppfinnares laboratorium. Kanske tänker du på plast som förorenar våra hav. Eller på det periodiska systemet. Eller på tvättmedel eller något annat pulver. Men kanske tänker du inte på mediciner mot svåra sjukdomar. Och inte heller på rymdfarkoster eller fleecetröjor.

Inte heller på skyskrapor eller hörapparater. Är allt det här kemi?

Såklart det är!

Ord och begrepp Kemi är vetenskapen om olika ämnens egenskaper, om hur de förenar sig med varandra eller bryts ner (kemiska reaktioner) och om hur man tar reda på hur ämnena är uppbyggda (analyserar dem).

DNA är det kemiska ämne som arvsmassan består av.

Material är något som man kan tillverka saker av.

Antibiotika är läkemedel mot infektioner som orsakas av bakterier.

Penicillin är en sorts antibiotika som upptäcktes av Alexander Fleming.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur äm­nen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärn­partiklar. | Sambandet mellan kemiska undersökningar och utvecklingen av begrepp och förklaringsmodeller.

De kemiska förklaringsmodellernas historiska framväxt, användbarhet och föränderlighet. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

9

Kemi finns på många ställen Kemi Kemi är vetenskapen om olika ämnens egenskaper, om hur de förenar sig med varandra eller bryts ner (kemiska reaktioner) och om hur man tar reda på hur ämnena är uppbyggda (analyserar dem).

Kemin finns runt oss hela tiden, överallt. Bara du drar in luft för att andas stöter du på kemin. Luften vi andas in, vad består den av? Och vad händer i våra kroppar när vi andas in dessa ämnen. Pennan du skriver med består av olika ämnen. Vad är det som gör att det går att skriva med pennan? Hur blir texten synlig på papperet? Och vad består papperet av? Hur tillverkas det? När du är i matsalen för dagens lunch dricker du säkert ett glas kemi. Vad består vatten eller mjölk av? Fram emot eftermiddagen kanske du tänder taklampan för att få bättre ljus. Vad är det i lampan som får den att avge ljus när det skickas en ström genom den?

Men kemin är inte bara saker som vi stöter på i vardagen. Kemin har räddat miljoner människor från olika sjukdomar som malaria och cancer (på engelska heter ju behandling med vissa cancermediciner just chemotherapy).

Med kemins hjälp kan vi tillverka mediciner och förlänga liv. Vi kan klona våra egna celler och i framtiden rent av skapa kopior av oss själva.

Vi kan se atomer och förstå hur kemiska reaktioner går till.

Elever som äter lunch får i sig några av de kemiska byggstenar som våra kroppar behöver. Vilka kemiska reaktioner sker när maten når våra smaklökar i munnen? Vilka reaktioner sker inuti oss när maten och drycken bryts ner?

10

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Syntetiskt tyg som inte släpper igenom vatten är en kemisk uppfinning.

Koppling till andra ämnen Kemin är inte en vetenskap som lever sitt eget lilla liv, skilt från övriga världen. Nya kemiska upptäckter och uppfinningar tas sällan fram enbart för att det är roligt utan ofta finns det en anledning. Kemiska uppfinningar handlar till exempel om material i smarta syntetiska kläder som klarar extrem kyla eller värme. Forskare hittar nya material och ny elektronik som gör till exempel bilar säkrare och mer hållbara. Då samarbetar kemister, fysiker och tekniker.

Mediciner består av olika ämnen som samverkar med våra kroppar för att bota eller lindra sjukdomar. När nya mediciner ska forskas fram samarbetar bland annat kemister, biologer och matematiker.

Kemister arbetar till exempel som läkemedelskemister, materialkemister eller miljökemister.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

11

Kemins utveckling Utvecklingen av kemin de senaste tvåhundra åren har varit enorm. För bara hundra år sedan var atomen inte särkilt utforskad, DNA var ett mysterium och man kunde dö av ett litet infekterat sår. Kemister har sedan dess varit ledande när det gäller att förstå atomen, DNA-molekylen, antibiotika och mycket mer.

Grönmögel avbildat med svepelektronmikroskopi. Arten på bilden är Penicillium chrysogenum, som normalt växer på bröd. Arten bildar penicillin för att döda bakterier som konkurrerar med svampen. Penicillin är det första antibiotikum som upptäcktes.

Nyare antibiotika är mer eller mindre syntetiska, det vill säga uppfunna och tillverkade av kemister på laboratorier.

Sammanfattning @ Kemi är vetenskapen om olika ämnens egenskaper, om hur de förenar sig med varandra eller bryts ner (kemiska reaktioner) och om hur man tar reda på hur ämnena är uppbyggda (analyserar dem).

12

@ Kemin har räddat miljoner människor från olika sjukdomar som malaria och cancer. Med hjälp av kemi har vi också lärt oss att tillverka papper, datorer, regntäta kläder och mycket mer.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

KAPITEL 1

Vad är kemi?

Välkommen till kemins värld Instuderingsfrågor 1. Nämn minst två yrkesgrupper som samarbetar när en ny medicin ska forskas fram.

2. Nämn minst två yrkesinriktningar som kemister kan ha.

så att alla får säga något. Diskutera under överenskommen tid, till exempel 10 minuter. Tänk på att: – låta alla vara med i samtalet – respektera allas rätt att uttrycka sina åsikter – ställa följdfrågor till varandra

Aktivitet: Var finns kemin?

Diskutera Var finns kemin … a. … i klassrummet? b. … på skolgården? c. … hemma?

Börja med att läsa igenom hela instruktionen nedan.

Förberedelser Här behövs penna och papper eller dator.

Läraren delar in klassen i grupper om 3–4 personer, till exempel genom lottning. Bestäm hur lång tid diskussionen ska ta.

Gruppen utser en person som fördelar ordet och ser till att alla får säga något.

Gruppen utser också en person som har koll på tiden.

– bemöta varandras argument sakligt, vänligt och utan personangrepp.

Sammanfattning och reflektion Gruppen utser en person som skriver en sammanfattning av diskussionen i tre punkter.

Hur fungerade diskussionen? Prata under några minuter i gruppen kring de tre frågeställningarna: a. Hur fungerade det? b. Var det kul? c. Vad kan vi göra bättre i nästa diskussion.

Skriv svar till de tre frågeställningarna. Lämna in sammanfattningen och svaren till de tre frågeställningarna på papper eller via dator till läraren.

Diskussion Börja diskussionen genom att gå laget runt

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

13

Bilden: En molekyl är atomer som sitter ihop.

Smådelar Vad består en dator av? Vad består det vi äter av? De kläder vi har på oss? Våra kroppar? Luften vi andas? Jo, allt består av smådelar som kallas atomer. Atomerna sitter ofta ihop i molekyler. Nu ska du få lära dig lite mer om dessa smådelar.

I det här avsnittet får du repetera en del från mellanstadiet.

Allt som tas upp i detta avsnitt kommer också att tas upp mer i andra avsnitt i Kemi 7–9.

Ord och begrepp Atom är den minsta delen av ett grundämne.

Molekyl är flera atomer som sitter ihop.

Grundämne är ett ämne som består av en enda sorts atomer.

Kemisk förening eller bara förening är ett ämne som består av minst två sorters atomer.

Kemisk reaktion eller bara reaktion är när ett kemiskt ämne omvandlas till ett annat kemiskt ämne.

Kemiskt tecken är en kort beteckning för ett grundämne. Ibland säger man också kemisk symbol.

Elektron är en negativt laddad partikel och en av de partiklar som en atom är uppbyggd av.

Proton är en positivt laddad partikel och en av de partiklar som en atom är uppbyggd av.

Neutron är en oladdad partikel och en av de partiklar som en atom är uppbyggd av.

Reaktant är ett ämne som reagerar i en kemisk reaktion.

Produkt är ett ämne som bildas i en kemisk reaktion.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

15

På det här kinesiska pandamyntet står Ag. Ag betyder silver på alla språk.

Vad heter smådelarna?

Allt är uppbyggt av smådelar. Du har säkert hört talas om atomer och molekyler. Så heter två sorters smådelar som rör sig mer ju varmare det blir.

Titta noga på bilden ovan. På det kinesiska pandamyntet står det Ag i nederkanten. Ag betyder silver på kinesiska, franska, engelska, norska, svenska och alla andra språk. Bra va?

För att alla människor i hela världen ska kunna kommunicera om kemi har man internationella symboler för många saker, till exempel grundämnen och kemiska föreningar. Oavsett om du använder de skrivtecken som används i Sverige, Ryssland eller Kina så skrivs väte alltid H. H är alltså ingen förkortning för väte (väte heter ju inte väte på ryska eller kinesiska) utan ett tecken eller en symbol.

Några exempel på kemiska tecken

16

Ämne

Kemiskt tecken

Latinskt namn

väte

H

hydrogenium

kol

C

carbo

syre

O

oxygenium

kisel

Si

silicium

järn

Fe

ferrum

silver

Ag

argentum

tenn

Sn

stannum

guld

Au

aurum

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Ett kemiskt tecken är en kort beteckning för ett grundämne. Kemiskt tecken är detsamma som kemisk symbol.

Alla grundämnen har ett kemiskt tecken som består av en, två eller tre bokstäver. Den första bokstaven är alltid en versal. De kemiska tecknen finns uppräknade i periodiska systemet.

Det kemiska tecknet är en förkortning för grundämnets internationella namn (som oftast är på latin). Eftersom många engelska ord kommer från latin har ofta det kemiska tecknet och grundämnets engelska namn samma förstabokstav, till exempel: C –– kol, engelska: carbon N –– kväve, engelska: nitrogen O –– syre, engelska: oxygen H –– väte, engelska: hydrogen.

Demokritos fick en idé

Luften, havet, jorden, djuren och växterna – alla är de uppbyggda av atomer. Här ser vi atomer i Abisko nationalpark.

Vad består smådelarna av?

Idén om atomerna fanns redan för 2 400 år sedan. Då menade den grekiske filosofen Demokritos att världen var uppbyggd av en oändlig mängd osynliga byggstenar. Dessa byggstenar satte naturen själv ihop till olika ämnen.

Då fanns det förstås inga mikroskop så det var ganska fiffigt av Demokritos att komma på den här idén.

Atomer finns i allting som vi kan ta på, som väger någonting och som tar plats. Luften, havet, jorden, djuren och växterna – alla är de uppbyggda av atomer. Ofta sitter atomerna ihop i molekyler.

Atomer Atomerna är så små att man inte kan se dem med enbart ögonen eller ens med vanliga mikroskop. Som tur är finns det speciella mikroskop som kan förstora många miljoner gånger. Då kan man se atomerna. Men atomerna är fortfarande så små att det är svårt att få tydliga bilder av dem.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Filosofen Demokritos avbildad på en grekisk sedel.

17

Hur många atomer finns det? elektron neutron

proton

Sammanlagt finns det så många atomer på jorden att det inte går att räkna dem. Men det finns bara runt 120 sorters atomer. Om ett ämne bara består av en sorts atomer kallas det för ett grundämne. Då kan du snabbt räkna ut att det finns lika många grundämnen som olika sorters atomer, ungefär 120 stycken.

Vissa atomer är mycket vanligare än andra. 96 procent av din kroppsvikt består av de fyra atomsorterna syre, kol, väte och kväve.

Kärnan och molnet

En atom består av en kärna med ett moln av elektroner runt om.

Kärnan består av protoner och neutroner.

Atomer består i sin tur av ännu mindre byggstenar. Atomer består alltid av en kärna i mitten. Runt kärnan finns ett ”moln”. Atomens kärna är uppbyggd av partiklarna protoner och neutroner som är bundna till varandra. Kring kärnan virvlar ett moln av lättare och ännu mindre partiklar, elektroner.

Molekyler Grundämne och kemisk förening Ett ämne som består av en enda sorts atomer kallas grundämne.

Ett ämne som består av minst två sorters atomer kallas kemisk förening.

En molekyl består av minst två atomer som hänger ihop. En syremolekyl består av två atomer, en vattenmolekyl består av tre atomer och en antikropp (molekyl som attackerar bland annat virus) består av cirka 25 000 atomer. två syreatomer 2O

tre syremolekyler 3O2 En molekyl består av minst två atomer som hänger ihop.

2O är två syreatomer. O2 är en syremolekyl.

Siffrornas placering är viktig En sak som kan ta lite tid att vänja sig vid är hur man använder siffror inom kemin. Siffrornas placering är nämligen väldigt viktig.

En trea före H2O, det vill säga 3H2O, betyder att det finns tre stycken vattenmolekyler. Tvåan i H2O betyder att det finns två väteatomer i vattenmolekylen.

– 2H betyder ”två väteatomer som är fria från varandra”, totalt två väteatomer.

– H2 betyder ”en vätemolekyl”, totalt två väteatomer (som är bundna till varandra).

– 3H betyder ”tre väteatomer som är fria från varandra”, totalt tre väteatomer.

18

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

– 5H2O betyder ”fem vattenmolekyler”, totalt 5 · 2 = 10 väteatomer och 5 · 1 = 5 syreatomer.

– En annan överenskommelse som man har gjort är att inte skriva ut ettor inom kemin. I en reaktionsformel skriver man alltså H2O, inte 1H2O1. Kemins språk går ut på att skriva kortfattat och på ett sätt som man inte missförstår. en vattenmolekyl H2O

tre syremolekyler och fyra vattenmolekyler 3O2 � 4H2O

fem vattenmolekyler 5H2O

två syreatomer 2O

Siffrors placering betyder mycket inom kemi. En trea före H2O, det vill säga 3H2O, betyder att det finns tre stycken vattenmolekyler.

Tvåan i H2O betyder att det finns två väteatomer i vattenmolekylen.

tre syremolekyler 3O2

Smådelar kan möbleras om Bensin brinner i en motor, dina celler förbränner socker, en växt använder fotosyntes, ett företag tillverkar en medicin – detta är några exempel på kemiska reaktioner. I en kemisk reaktion omvandlas ett kemiskt ämne till ett annat.

En vanlig användning av kemiska tecken är när man skriver kemiska reaktionsformler.

Inga atomer försvinner vid en kemisk reaktion. Alla atomer finns fortfarande kvar, även om de sitter ihop på ett annat sätt. Man kan säga att en kemisk reaktion är när atomer möbleras om. två vätemolekyler

en syremolekyl

två vattenmolekyler

två vätemolekyler

en syremolekyl

två vattenmolekyler

plus

2H2

+

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

ger

O2

2H2O

De atomer som finns före reaktionen står till vänster om reaktionspilen. De atomer som finns efter reaktionen står till höger om reaktionspilen. Som du ser finns fyra väteatomer och två syreatomer både före och efter reaktionen, men de sitter ihop på ett annat sätt efter reaktionen jämfört med före.

19

Reaktion: Väte och syre bildar vatten Reaktanter

Produkter

väte, H2, och syre, O2

vatten, H2O

Vi tittar närmare på reaktionen där väte, H2, reagerar med syre, O2, och bildar vatten: 2H2 + O2 → 2H2O För att kunna skriva en reaktionsformel måste du veta: 1. Vilka ämnen reagerar? De ämnen som reagerar kallas reaktanter och skrivs alltid till vänster om reaktionspilen.

I den här reaktionen är väte och syre reaktanter.

2. Vilka ämnen bildas? De ämnen som bildas kallas produkter och skrivs alltid till höger om reaktionspilen.

I den här reaktionen är vatten produkt.

Dessa två saker måste du alltså veta innan du börjar skriva en reaktionsformel.

Sammanfattning @ I ämnet kemi studerar man smådelarna som allting består av. @ En atom är den minsta delen av ett grundämne. Atomen består av elektroner, protoner och neutroner. @ En molekyl är flera atomer som sitter ihop. @ Ett grundämne är ett ämne som består av en enda sorts atomer. @ Kemiska föreningar är ämnen som består av minst två sorters atomer. @ En kemisk reaktion är när ett kemiskt ämne omvandlas till ett annat kemiskt ämne.

20

@ Elektronen är negativt laddad. @ Protonen är positivt laddad. @ Neutronen är oladdad. @ En reaktant är ett ämne som reagerar i en kemisk reaktion. @ En produkt är ett ämne som bildas i en kemisk reaktion. @ Det är viktigt i kemin var vi skriver siffrorna. Det betyder olika saker om siffran står före eller efter det kemiska tecknet. 3H2O betyder att det finns tre vattenmolekyler.

Tvåan i H2O betyder att det finns två väteatomer i vattenmolekylen.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

KAPITEL 1

Vad är kemi?

Smådelar Instuderingsfrågor 1. Vad är det som händer med smådelarna i ett ämne när du värmer ämnet?

2. Vilka grundämnen utgör 96 procent av din kroppsvikt? Svara med namn och kemiskt tecken.

3. Beskriv vad en atom består av.

4. Beskriv vad en molekyl är.

5. Vad är skillnaden på ett grundämne och en kemisk förening?

6. Vad betyder 5H2O? 7. En viss ordformel skrivs: väte plus syre ger vatten. Använd orden reaktant(-er), produkt(-er) och kemisk reaktion för att beskriva vad som händer.

Aktivitet: Grundämne kontra kemisk förening Jämföra Syftet med övningen är att jämföra grundämnen och kemiska föreningar med hjälp av ett Venndiagram. Ett Venndiagram består av minst två cirklar som delvis överlappar varandra. a. Gör ett Venndiagram på ett papper eller med hjälp av dator.

Venndiagrammet ska ha två cirklar som delvis överlappar varandra. b. Skriv Grundämne över den ena cirkeln och Kemisk förening över den andra. c. I överlappet skriver du saker som är lika för både grundämnen och kemiska föreningar. I de två andra ytorna skriver du saker som är olika för grundämnen och kemiska föreningar. d. Fyll i Venndiagrammet. e. Kan du dra några slutsatser beträffande grundämnen och kemiska föreningar?

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

21

Bilden: Saften från rödkål har olika färg i lösningar med olika pH-värden.

Undersök och berätta Den vanligaste sortens undersökningar som du gör i kemi i skolan är laborationer. Ett exempel på en laboration är att undersöka vilken färg saft från rödkål får vid olika pH. Lösningarna i behållarna har olika pH. Kanske ska du skriva en laborationsrapport och möjligen även hålla en muntlig presentation? Här får du tips om hur du kan göra då.

Ord och begrepp Data är fakta som kan tolkas och användas av människor eller datorer.

Källa är något som man hämtar fakta ifrån, till exempel en text, en bild eller en person.

Källkritik är att noggrant granska texter, bilder och andra källor.

Laboration är när man arbetar praktiskt med naturvetenskapliga experiment, oftast för att lära sig något.

Observation är en noggrann och uppmärksam iakttagelse som oftast kan beskrivas exakt, till exempel med siffror.

Rapport är en detaljerad berättelse om en undersökning eller utfört uppdrag.

Simulering är ett sätt att härma verkligheten i en kontrollerad miljö, till exempel bilsimulering, datorsimulering, flygsimulering eller rymdsimulering.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Observationer och experiment med såväl analoga som digitala verktyg. Formulering av undersökningsbara frågor, planering, utförande, värdering av resultat samt dokumentation med bilder, tabeller, diagram och rapporter. | Informationssökning, kritisk granskning och användning av information som rör kemi. Argumentation och ställningstaganden i aktuella frågor som rör miljö och hälsa. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

23

Undersökningar Laborationer Laborationen är den vanligaste typen av kemisk undersökning som du gör i skolan. Oftast är syftet med laborationen bestämt på förhand av läraren. Syftet är ofta att du ska lära dig något inom kemi.

Det är viktigt att följa instruktionen noggrant och ta reda på om det finns några säkerhetsrisker som man ska hantera. Ska du till exempel använda någon frätande kemikalie och vad ska du i så fall göra om kemikalien hamnar på huden, i ögat eller om du råkar svälja den?

En annan viktig sak när du laborerar är att göra anteckningar.

Vad ska du anteckna? Anteckna: – Observationer. Ändrade något färg? Vilken färg före och efter? Ändrade något temperatur? Blev det varmt eller kallt?

– Data. Skulle någon tid mätas? Skulle något annat mätas?

– Avvikelser. Följde du instruktionen exakt eller avvek du på något sätt?

– Felkällor. Vilka möjliga felkällor kan ha uppstått under laborationen? Spilldes något? Kan något ha förväxlats?

Vi ska titta närmare på hur man skriver en laborationsrapport i ett separat avsnitt.

Laborationen är den vanligaste typen av kemisk undersökning som du gör i skolan.

24

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Simuleringar Kemiska undersökningar kan vara dyra, svåra eller ta lång tid att genomföra. Men datorer jobbar snabbt och billigt. Ofta använder man datorsimuleringar för att testa idéer innan man gör den praktiska undersökningen. En simulering kan handla om hur en molekyl fungerar som läkemedel eller hur man ska bygga ett nytt nanomaterial.

Om simulering visar lovande resultat kan man gå vidare och göra undersökningen i praktiken i ett laboratorium.

Litteraturundersökningar En typ av undersökning som man ofta gör i kemi är att ta reda på fakta genom att läsa litteratur och sammanställa i en rapport. Ordet litteratur används i vid bemärkelse och gäller allt från läroböcker till webbplatser.

Självklart arbetar man källkritiskt.

Om man till exempel vill undersöka om olika sötningsmedel är skadliga så är det självklart att samla information om hur sötningsmedel påverkar människan och andra djur.

Det kan finnas motstridiga uppgifter från olika källor som alla är pålitliga. Man får då sammanställa uppgifterna i en skriftlig rapport för att kunna dra någon slutsats.

Att undersöka pH är en vanlig laboration i skolan. Här visas ett resultat av en pH-mätning. I lösningen till vänster är pH lägre än 7, i lösningen i mitten är pH cirka 7 och i lösningen till höger är pH högre än 7.

Systematisk undersökning En systematisk undersökning där man testar en idé (hypotes) är en viktig undersökningsmetod, men den ska vi titta närmare på i en annan del av den här boken.

Skriv om undersökningen När man har gjort en undersökning och kanske upptäckt något nytt så vill man berätta om undersökningen så att andra får veta vad man har upptäckt. Då skriver man en rapport.

Här kommer vi att ta upp två typer av rapporter: laborationsrapport (”labbrapport”) och litteraturrapport.

Laborationsrapport När en forskare har gjort ett experiment, upptäckt något och lärt sig något nytt, vill forskaren så fort som möjligt berätta det för sina kollegor och världen i övrigt. Forskaren skriver en vetenskaplig artikel och publicerar den i en vetenskaplig tidskrift. Det är för att andra ska kunna bygga vidare på de experiment som forskaren har gjort, och kanske upprepa experimenten med större eller mindre förändringar. Ju fler artiklar som publiceras desto mer pengar kan forskaren få till sin forskning.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

25

När du har gjort en laboration i skolan ska du ibland skriva en mindre vetenskaplig artikel – en labbrapport.

Exempel på labbrapport.

1. Titelsida I din labbrapport ska den första sidan vara en titelsida.

Den ska innehålla: – datum då du gjorde laborationen – tydlig titel – ditt namn.

Om du vill kan du vara kreativ och bildsätta titelsidan, men det är inte nödvändigt.

2. Inledning Överst på nästa sida skriver du sedan rubriken ”Inledning”. I inledningen ska du först skriva bakgrundsfakta som behövs för att läsaren ska förstå vad det är för experiment som du har gjort. Tänk dig att en klasskompis ska förstå det du har skrivit, det vill säga att läsaren är en klasskompis.

Sedan ska du beskriva syftet med det experiment som du har gjort och vad du förväntar dig för resultat (hypotes).

26

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

3. Materiel och metoder Under rubriken ”Materiel och metoder” ska du beskriva vad du gjorde för något och vad du använde för att göra det. Ofta skriver man i passiv form (”2,00 g natriumklorid vägdes upp”) snarare än i aktiv form (”jag vägde upp 2,00 g natriumklorid”).

Tumregeln är att du ska beskriva det som du har gjort så detaljerat att en klasskompis skulle kunna upprepa din laboration bara genom att följa den text som du har skrivit. På samma sätt ska en forskare kunna upprepa ett forskningsexperiment som en forskarkollega beskrivit under ”Materials and methods” i en internationell forskningstidskrift.

4. Resultat Under rubriken ”Resultat” ska du, helt torrt, beskriva vad du kunde se när du gjorde dina experiment eller vilka uppmätta mätvärden som du fick. Om du gjorde en serie mätningar är det lämpligt att presentera dem i ett diagram eller i en tabell.

Du ska inte på något sätt förklara vad dina resultat betyder. Det ska du vänta med till det avsnitt som kallas ”Diskussion”.

Välj ett bra sätt att presentera dina data.

5. Diskussion Under rubriken "Diskussion" ska du göra tre saker. För det första ska du förklara vad dina resultat betyder. Återkoppla till den hypotes du ställde i inledningen. Stämmer hypotesen eller stämmer den inte? Vad beror det på?

För det andra ska du analysera eventuella felkällor. Felkällor är inte sådant som att du kanske läste av vågen fel eller att utrustningen inte fungerade som den skulle. I stället är det svagheter i metoderna som du ska analysera. Var till exempel den separationsmetod som du använde optimal för att separera precis allt salt från blandningen? Varför inte?

Hur skulle man kunna ha gjort för att få en bättre separation? Skulle man kunna förbättra den metod som du använde eller skulle man ha valt en helt annan metod?

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

27

För det tredje och till sist ska du också lyfta blicken och försöka dra mer långtgående slutsatser. Vad betyder dina resultat för framtida forskning? Vilka mer experiment skulle man kunna göra för att få mer kunskap på området? Och så vidare.

Litteraturrapport Precis som en laborationsrapport ska en litteraturrapport ha en tydlig struktur. Man kan använda följande delar.

– Titelsida – Sammanfattning – Inledning – Metod – Resultat – Diskussion – Källor.

1. Titelsida Titelsidan visar ditt namn, klass, datum och rapportens titel.

2. Sammanfattning Sammanfatta hela rapportens innehåll i cirka tio meningar. Skriv gärna sammanfattningen efter att de andra delarna är klara.

3. Inledning Under Inledning beskriver du bakgrund och syfte med litteraturundersökningen. Berätta vilka frågor du söker svar på i undersökningen.

4. Metod Även för litteraturundersökningar behövs en metod. Beskriv på vilket sätt du använder källkritik i undersökningen.

5. Resultat Här berättar du vad du har hittat för fakta.

6. Diskussion Under rubriken Diskussion diskuterar du de resultat som du har beskrivit. Här kan du dra egna slutsatser och formulera frågor som finns kvar att lösa.

7. Källor Lista dina källor i en källförteckning. Källförteckning och referenslista är samma sak.

28

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Källor och källkritik Källor En källa är något som man hämtar upplysningar eller fakta ifrån. Det kan vara en text, en bild eller en ljudfil. En källa kan också vara en person som berättar något eller ett föremål.

En person som till exempel lämnar uppgifter till en journalist om något som har hänt är den journalistens källa. Inom forskning är det viktigt att studera källorna.

Vi kan inte utan vidare lita på källorna. Vi måste vara källkritiska.

Källkritik Källkritik är att noggrant granska texter, bilder och andra källor. Det gör vi för att bedöma om vi kan lita på informationen i källorna.

När du granskar en källa kritiskt ska du bland annat bedöma om

I bibliotek finns mängder av källor till information. Det här biblioteket finns i Malmö.

– den som har lämnat information har tillräckliga kunskaper om ämnet och har varit noggrann – informationen är saklig och objektiv, alltså bygger på fakta och inte på känslor eller ekonomiskt, religiöst eller politiskt intresse – informationen är riktig och inte manipulerad – materialet är aktuellt och passar för det du vill veta något om.

Om du till exempel ska ta reda om silverjoner är ett bra kosttillskott så är det bättre att hämta fakta från Livsmedelsverket än att hämta fakta från någon som säljer silverjoner som kosttillskott.

Muntlig redovisning När du håller ett faktaföredrag inom kemi kan du använda samma delar som för litteraturrapporten. Gör gärna en bild i ett presentationsprogram, till exempel Powerpoint eller Google presentationer med följande sidor: – Titelsida med intresseväckande bild – Sammanfattning – Inledning – Metod – Resultat – Diskussion – Källor.

Om du har text med i bilderna så bör den vara mycket kortfattad och gärna i punktform. Åhörarna hinner inte läsa långa textstycken.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

29

Skapa intresse Sträva först och främst efter att väcka intresse för ditt ämne. Formulera ditt föredrags syfte i ett påstående. Om du ska tala om salt kan påståendet lyda: ”Salt är nyttigt”. Eller: ”Salt dödar”. Undvik att förbli neutral.

Tre förslag på hur du kan skapa intresse är: 1. Inled med att ställa en fråga till publiken, till exempel ”Hur många av er vet att salt är nyttigt?”.

2. Inled med att göra en personlig koppling till ämnet, till exempel ”Ända sedan lågstadiet har jag älskat salt godis”.

3. Förbered en presentation. Inled med att visa en intresseväckande och kännetecknande bild eller film.

Sammanfattning @ Den vanligaste sortens undersökning som du gör i kemi i skolan är laborationen. @ När du laborerar ska du anteckna observationer, data, avvikelser och felkällor. @ Ofta används datorsimuleringar för att testa idéer innan kemister gör den praktiska undersökningen. En simulering kan handla om hur en molekyl fungerar som läkemedel eller hur man ska bygga ett nytt nanomaterial.

@ En laborationsrapport bör ha en titelsida och innehålla kapitlen Sammanfattning, Inledning, Metod, Resultat, Diskussion och Källor. @ En källa är något som man hämtar upplysningar eller fakta ifrån. @ Källkritik är att noggrant granska texter, bilder och andra källor.

Det gör man för att bedöma om man kan lita på informationen i källorna.

@ När man har gjort en undersökning och kanske upptäckt något nytt så vill man berätta om undersökningen så att andra får veta vad man har upptäckt.

Då skriver man en rapport.

30

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

KAPITEL 1

Vad är kemi?

Undersök och berätta Instuderingsfrågor

Aktivitet: En fantastisk undersökning

1. Ge minst tre exempel på vad man bör anteckna när man utför en laboration.

Presentera

2. Vad är en simulering?

3. Hur kan du strukturera din laborationsrapport?

4. Hur kan du strukturera din litteraturrapport?

5. Vad menas med källkritik?

6. Ge minst två exempel på hur du kan väcka lyssnarens intresse om du håller en muntlig redovisning.

Jobba parvis. Låtsas att ni är forskare i kemi och har gjort en undersökning med ett intressant resultat.

Enda kraven är att ni ska ha använt en metod som går att förklara för klassen och att ni presenterar resultaten tydligt, kanske med diagram eller tabell.

Ni har alltså inte använt metoden i verkligheten så använd fantasin och ta i ordentligt! Kanske är metoden att ni (i fantasin) har mätt längden på 2 miljoner maskrosor som har fått kaffe i stället för vatten och en lika stor kontrollgrupp av maskrosor som har fått vatten?

Håll en femminuters muntlig presentation för klassen. Ge återkoppling på varandras presentationer med metoden ”Two Stars and a Wish”, det vill säga berätta två positiva saker om presentationen och ge ett förslag på möjlig förbättring.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

31

Bilden: Samira och Vilgot ska göra en undersökning om solrosor.

Systematisk undersökning Mycket av den kunskap vi har kommer från systematiska undersökningar.

Till exempel testar man effekten av nya läkemedel med systematiska undersökningar. Vad bestämmer om en undersökning är systematisk eller inte? Jo, det är undersökningsmetoden som avgör om en undersökning är systematisk eller inte. Här ska du få träffa Samira och Vilgot som gör en systematisk undersökning i kemi.

Ord och begrepp Felkälla är något som påverkar resultatet så att det blir svårare att dra slutsatser av resultatet.

Rådata är de mätvärden som man samlar in.

Hypotes är ett påstående om det man vill undersöka. Den systematiska undersökningen ska visa om hypotesen är sann eller falsk.

Systematisk undersökning är en undersökning där man använder en systematisk metod. Ofta handlar det om att använda mätningar eller observationer för att besvara en fråga.

Kalkylprogram är ett datorprogram med rutor där man kan göra beräkningar, rita diagram med mera.

Kontrollgrupp är en grupp som man jämför med experimentgruppen.

Medelvärde är summan av ett antal värden delad med antalet värden.

Slump är ett annat ord för det oförutsägbara.

Undersökningsbar fråga är en fråga som går att besvara genom att göra mätningar eller observationer.

Variabel är det som varierar i systematiska undersökningar, det vill säga det som man vill undersöka.

Observation är en noggrann och uppmärksam iakttagelse, ofta med hjälp av en mätmetod.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Observationer och experiment med såväl analoga som digitala verktyg. Formulering av undersökningsbara frågor, planering, utförande, värdering av resultat samt dokumentation med bilder, tabeller, diagram och rapporter. | Informationssökning, kritisk granskning och användning av information som rör kemi. Argumentation och ställningstaganden i aktuella frågor som rör miljö och hälsa. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

33

Samiras och Vilgots klass har mätt pH i regnvatten. Bilden visar en pH-meter. pH-värdet är i detta fall 6,40.

Bakgrundsinformation Samira och Vilgot har fått i uppdrag att planera och genomföra en systematisk undersökning i kemi. De ska också dokumentera undersökningen och utvärdera den.

Om du ska göra en systematisk undersökning behöver du bakgrundsinformation. Bakgrundsinformationen kan komma från lektioner, nätet eller annat håll. Det viktiga är att informationen kommer från en säker källa.

På geografitimmarna har Samira och Vilgot läst om försurning och surt regn. Klassen fick mäta pH i regn som föll på skolgården och det visade sig att regnvattnet hade pH 4 och alltså var surt. Samira och Vilgot lärde sig också att kalk används för att höja pH i försurade sjöar.

Detta känner alltså Samira och Vilgot till innan de börjar göra sin systematiska undersökning.

34

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Planering Det är väldigt viktigt att planera den systematiska undersökningen noggrant. I planeringen ingår bland annat att formulera en undersökningsbar fråga, bestämma undersökningsmetod och hur du vill visa resultatet, till exempel som en tabell eller ett diagram.

Undersökningsbar fråga, hypotes och variabel Det första Samira och Vilgot måste göra är att bestämma vad de ska undersöka. Det gör de genom att formulera en undersökningsbar fråga.

Men vilka frågor är undersökningsbara? Jo, undersökningsbara frågor i NO måste gå att besvara genom att göra mätningar eller observationer.

Många frågor är alldeles för stora för att vara undersökningsbara, till exempel är frågor som börjar med ”Varför ... ” oftast inte undersökningsbara. Varför har människor inte vingar?, Varför blir jag alltid kär i fel person? och Varför finns universum? är inte lätta att besvara med mätningar eller observationer.

Samira och Vilgot ska nu bestämma sig för en undersökningsbar fråga. Samira bor på en bondgård 5 kilometer från skolan där familjen odlar olika växter, bland annat solrosor.

Som sagt har Samira och Vilgot lärt sig en hel del om pH, surt regn och kalkning. De börjar fundera och diskutera. Kalk kan alltså ”hjälpa” försurade sjöar. Kanske skulle kalk även kunna hjälpa växter att växa fortare? Efter att ha visat några frågeförslag för sin lärare bestämmer de sig för en undersökningsbar fråga: Kan kalkning av jorden göra att solrosor växer snabbare?

Planering av undersökningen I planeringen ska bland annat detta ingå: – undersökningsbar fråga – hypotes – variabel (identifiera en enda variabel) – metod (antal upprepningar, mätmetoder, tidsplaner med mera) – resultatpresentation (tabell, diagram eller annan) – hur undersökningen ska rapporteras (labbrapport, muntlig presentation med mera).

Utifrån den undersökningsbara frågan formulerar Samira och Vilgot en hypotes, det vill säga ett påstående. Den systematiska undersökningen ska kunna visa om hypotesen är sann eller falsk. Den hypotes som Samira och Vilgot bestämmer sig för är: solrosor växer snabbare om de får kalk.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

35

En annan viktig del av en systematisk undersökning är den variabel som man vill undersöka. En variabel är något som varierar, det vill säga har olika värden. I en systematisk undersökning undersöker man alltid endast en variabel i taget. Variabeln i Samiras och Vilgots undersökning är mängden kalk.

Metod Nu är hypotesen klar, men hur ska undersökningen genomföras så att Samira och Vilgot får reda på om hypotesen är sann eller falsk? Samira och Vilgot bestämmer sig för att använda tre grupper av solrosplantor.

Den ena gruppen plantor ska vara kontrollgrupp (referensgrupp är samma sak) och de två andra grupperna ska få kalk i två doser.

Samira och Vilgot vet att det är bra att upprepa försök för att få säkra resultat. Annars kan resultatet bero på slumpen. Därför bestämmer de att de ska ha fem plantor i varje grupp. De kallar de tre grupperna för Kontrollgrupp, Kalkgrupp 1 och Kalkgrupp 2.

De två klasskompisarna diskuterar med sin lärare hur mycket kalk de ska använda. De kommer fram till att de ska vattna Kalkgrupp 1 med regnvatten plus 1 gram kalk per liter och Kalkgrupp 2 med regnvatten plus 2 gram kalk per liter. Kontrollgruppen ska få endast regnvatten.

Varje planta ska få 0,5 deciliter vatten per dag.

De bestämmer sig för att mäta längden på varje planta varannan dag med en vanlig linjal och skriva värdena i en tabell i ett kalkylblad.

Samira och Vilgot planerar också hur de ska analysera resultatet och väljer ett linjediagram med medelvärden för de tre plantgrupperna för varje mättillfälle, det vill säga varannan dag.

Varje planta i undersökningen ska få 0,5 deciliter vatten per dag.

36

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

K1

K1

K2

K1

K2

K

K1

K2

K

K1

K2

K

Kalkgrupp 1 1 gram kalk per liter vatten.

Kalkgrupp 2 2 gram kalk per liter vatten.

K2

K

Kontrollgrupp 0 gram kalk per liter vatten.

K

I undersökningen finns två experimentgrupper (Kalkgrupp 1 och Kalkgrupp 2) och en kontrollgrupp.

Genomförande De två klasskompisarna hämtar jord från Samiras familjs gård och planterar solrosplantor som är cirka 10 centimeter långa i 15 likadana krukor.

På så sätt behandlas de tre grupperna exakt lika utom vad gäller den variabel som Samira och Vilgot ska undersöka, det vill säga mängden kalk.

Samira och Vilgot ställer plantorna på fönsterbrädan i ett ljust fönster så att plantorna blandas jämnt, det vill säga var tredje planta är från Kontrollgruppen, var tredje från Kalkgrupp 1 och var tredje från Kalkgrupp 2.

K

K1

K2

K

K1

K2

K

K1

K2

K

K1

K2

K

K1

K2

Samira och Vilgot ställer plantorna på fönsterbrädan i ett ljust fönster så att plantorna blandas jämnt, det vill säga var tredje planta är från Kontrollgruppen (K), var tredje från Kalkgrupp 1 (K1) och var tredje från Kalkgrupp 2 (K2).

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

37

Resultat De två klasskompisarna har knappat in alla mätvärden i en tabell i ett kalkylprogram. Men mätvärdena behöver behandlas så att Samira och Vilgot kan dra slutsatser från värdena.

Med hjälp av ett kalkylprogram räknar Samira och Vilgot ut medelvärdet för de fem plantorna i varje grupp per mätning.

Till exempel blir medelvärdet för de fem plantorna i Kalkgrupp 1 dag 0:

De två klasskompisarna skriver in alla medelvärden i en tabell.

Tabell 1. Plantornas längd (medelvärde för de fem plantorna i varje grupp) Antal dagar

Kalkgrupp 1 (cm)

Kalkgrupp 2 (cm)

Kontrollgrupp (cm)

0

10,3

10,22

10,22

2

10,5

10,52

10,72

4

10,7

10,92

10,82

6

10,9

11,32

10,92

8

11,1

11,82

11,12

10

11,4

12,72

11,32

Samira tycker att de ska testa att göra ett linjediagram för att se om resultatet visas tydligare. Vilgot tycker att det är en bra idé och med hjälp av kalkylprogrammet gör de ett linjediagram. plantornas längd (cm) 14 12 10 8

Kontrollgrupp Kalkgrupp 2

6

Kalkgrupp 1 4 2

0

2

4

6

8

10 dagar

Diagrammet visar medelvärden över plantornas längd. I Tabell 1 står medelvärdena.

38

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Resultatet av undersökningen visade att hypotesen var sann, det vill säga kalk gjorde att solrosorna växte fortare.

Slutsats Stämde Samiras och Vilgots hypotes? De tittar på diagrammet som de har gjort. Deras hypotes var att solrosor växer snabbare om de får kalk.

Resultatet visar att hypotesen var sann, men det verkade krävas 2 gram kalk per liter vatten för att solrosorna skulle växa fortare.

Förbättringar De två klasskompisarna diskuterar hur deras systematiska undersökning skulle kunna förbättras. De vet att ju fler upprepningar man gör, desto säkrare blir resultatet eftersom slumpen då spelar mindre roll. Om en av fem plantor av en slump får mindre solljus, mer vatten, mer näring i jorden eller något annat, än de andra plantorna så påverkas resultatet mer än om en av tio plantor påverkas av slumphändelser. Genom att ha fler än fem plantor i varje grupp hade de alltså kunnat få ännu säkrare resultat.

I alla undersökningar finns felkällor. En hel del felkällor beror på den mänskliga faktorn. Till exempel kanske Samira och Vilgot såg fel när de mätte längden av plantorna, skrev i fel värden i tabellen, vägde upp fel mängd kalk och så vidare. En annan typ av felkälla är den utrustning man använder. Kanske var vågen som de vägde upp kalk i felinställd? Alla apparater kan vara felkällor på ett eller annat sätt.

En annan förbättring hade kunnat vara att testa effekten av 4, 8 eller 10 gram kalk per liter vatten för att se om plantorna hade växt ännu bättre.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

39

Samira och Vilgot hade också kunnat göra försöket utomhus för att härma verklig odling mer, men då hade å andra sidan risken för slumpeffekter varit större. Kanske hade en hare kommit och ätit upp hälften av plantorna eller ett ösregn spolat bort några krukor.

Det går alltid att förbättra alla systematiska undersökningar, men ofta är det tid eller pengar som begränsar hur bra undersökningen kan bli.

Rapportering Samira och Vilgot rapporterar sin undersökning på samma sätt som laborationer, det vill säga som en labbrapport. Hur du skriver en labbrapport står i det förra avsnittet.

Sammanfattning @ Man använder systematiska metoder för att genomföra en systematisk undersökning. Det är metoderna som avgör om en undersökning är systematisk eller inte. @ Undersökningsbara frågor måste gå att besvara genom att göra mätningar eller observationer. @ Utifrån en undersökningsbar fråga kan man formulera en hypotes. Hypotesen är ett påstående. Den viktigaste slutsatsen som man ska dra av undersökningen är om hypotesen var sann eller falsk.

40

@ I undersökningar med experimentgrupp jämför man mätvärden från experimentgruppen med mätvärden från en kontrollgrupp. @ En variabel är något som varierar, det vill säga har olika värden.

I en systematisk undersökning undersöker man alltid endast en variabel i taget. @ Alla undersökningar har felkällor och kan förbättras genom att minimera felkällorna. Vissa felkällor beror på mätinstrument, andra på den mänskliga faktorn och ytterligare andra på slumpen.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

KAPITEL 1

Vad är kemi?

Systematisk undersökning Instuderingsfrågor

Aktivitet: Planera en undersökning

1. Vad är det som bestämmer om en undersökning är systematisk eller inte?

Beskriva

2. För att göra en systematisk undersökning behöver man bakgrundsinformation. Vad är det viktigaste med bakgrundsinformationen?

Hitta på en undersökningsbar fråga.

Beskriv en planering av hur du kan göra en systematisk undersökning för att besvara din fråga.

I din planering ska du ha med:

3. Nämn fyra saker som ska ingå i planeringen av en systematisk undersökning.

a. undersökningsbar fråga

4. Hur vet du om en fråga är undersökningsbar eller inte?

c. en variabel

5. Är ”Vad är meningen med livet?” en undersökningsbar fråga? Motivera svaret.

e. hur du ska redovisa resultatet – tabell, diagram med mera

6. Beskriv vad en hypotes är.

b. hypotes d. vilka metoder du ska använda

f. hur du ska rapportera – labbrapport eller muntlig presentation.

7. Vilken slutsats ska du kunna dra från en väl genomförd systematisk undersökning?

8. Finns det en metod som passar alla systematiska undersökningar?

Motivera svaret.

9. Vilken funktion har en kontrollgrupp?

10. Nämn tre sorters felkällor.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

41

Bilden: Tomtebloss.

När vi konstruerar och uppfinner Om du kombinerar kunskap om kemi med fantasi kan du till exempel tillverka tomtebloss. Att tomteblossen sprakar beror på hur ämnena de består av, bland annat järn, Fe, aluminium, Al, och bariumnitrat, Ba(NO3)2, reagerar när man tänder eld på dem.

Ord och begrepp Atom är den minsta delen av ett grundämne.

Experiment betyder vanligen ’vetenskapligt försök’ eller ’tekniskt försök’.

Materia är något som har en massa, det vill säga kan vägas.

Molekyl är flera atomer som sitter ihop.

Forskning är när man med systematiska metoder skapar ny kunskap.

Kemikalier kallas de kemiska ämnen som tillverkas på laboratorier och inom industrin och används där liksom i hemmen.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Sambandet mellan kemiska undersökningar och utvecklingen av begrepp och förklaringsmodeller. De kemiska förklaringsmodellernas historiska framväxt, användbarhet och föränderlighet. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

43

Kunskaper om kemi har gjort att vi har kunnat tillverka mediciner, till exempel vaccin (för att förebygga sjukdom) och antibiotika (för att bota sjukdom).

Med kunskap och fantasi Kemisk forskning tar tid Den kemiska forskningen och utvecklingen är ofta ganska tidskrävande. Att till exempel forska fram ett nytt läkemedel kan ta 10 till 20 år från idé till färdig medicin. Å andra sidan kan det gå mycket fortare när så verkligen krävs. Det tog bara några månader att forska fram vaccin mot covid-19.

44

Ämnet kemi handlar inte bara om atomer, molekyler och provrör utan också om att vara nyfiken och att vara människa. Att vilja förstå är en av människans starka drivkrafter. Med kunskap och fantasi kan vi göra nästan allt.

Fantasin är mycket viktig. Den gör att vi kan tänka oss in i vart ett bytesdjur försvann eller hur man skulle kunna förbättra sin tillvaro genom en uppfinning. Fantasin hjälper oss också att fylla i där vi inte vet eller förstår. Med fantasi blir stjärnor till stjärnbilder uppsatta av gudar. Solen blir till en vagn som dras varje dag över himlavalvet.

Kemi handlar om att upptäcka vad världen och vi själva är gjorda av.

Kemi handlar om materia och om hur materian omvandlas.

Med kunskap och fantasi kan vi få nya idéer som gör att vi lär oss mer om oss själva och resten av universum. Kunskap och fantasi ger dig också möjligheter att utveckla eller uppfinna nya saker som är till nytta eller glädje. Kemister testar sina idéer med experiment.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Det första experimentet En av de första människorna som formulerade och skrev ner sina idéer om hur världen är uppbyggd var den grekiske filosofen Empedokles (cirka 450 före vår tideräkning). Han gjorde ett experiment som du själv lätt kan testa hemma i köket. Det var inget komplicerat experiment, men det var ett experiment – och han drog en slutsats av det.

Om du fyller en kastrull med vatten, H2O, och sänker ner en uppochnervänd tratt i vattnet så kommer tratten att sjunka ner i vattnet. Men om du täpper för hålet med tummen innan du sänker ner tratten så blir det som ett motstånd. Luften i tratten har ingenstans att ta vägen, vilket gör att vattnet inte kan tränga in i tratten. I samma ögonblick som du släpper tummen från hålet så öppnas vägen. Luften strömmar ut ur tratten och vattnet strömmar in i den.

Utifrån detta enkla experiment drog Empedokles den korrekta slutsatsen att luft är ett slags materia.

uppochnervänd tratt

kork

vatten

luft

Kunskaper om kemi gör att vi har skapat industrier som kan tillverka många olika saker. En bieffekt vid tillverkning kan vara utsläpp av kemiska ämnen som kan hota miljön.

Empedokles gjorde ett experiment som du själv kan testa. Om du håller tummen för hålet i tratten stannar luften kvar i tratten. Luften tar upp plats och hindrar vattnet från att tränga in i tratten. Alltså är luft ett slags materia.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

45

Kemi och överlevnad

Kunskaper om kemi har gjort det möjligt att tillverka olika vapen och skydd att använda i krig eller för att bevara fred.

Att uppfinna är för människan ett sätt att överleva, i både krig och fred.

Då viljan att överleva är stor blir vi påhittiga. Det har bland annat lett till att antalet kemiska ämnen som vi känner till är mycket stort. Även om det finns en stor mängd ämnen som förekommer naturligt är många av dessa ämnen syntetiska, alltså tillverkade på konstgjord väg.

Under de senaste 50 åren har produktionen av kemikalier i världen ökat från cirka 7 miljoner ton per år till över hundratals miljoner ton per år. För många av dessa kemikalier saknas fortfarande kunskap om hur de påverkar människors hälsa och miljön. Kemister och kunskap om kemi är med andra ord viktigare än någonsin.

Sammanfattning @ Med kunskap och fantasi kan vi få nya idéer som gör att vi lär oss mer om oss själva och resten av universum. @ En av de första människorna som formulerade och skrev ner sina idéer om hur världen är uppbyggd var den grekiske filosofen Empedokles (cirka 450 före vår tideräkning).

46

@ Kemister testar sina idéer med experiment. @ För många kemikalier saknas fortfarande kunskap om hur de påverkar människors hälsa och miljön.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

KAPITEL 1

Vad är kemi?

När vi konstruerar och uppfinner Instuderingsfrågor

Aktivitet: Det första experimentet

1. Vad kallas den metod som kemister använder för att testa idéer?

Förklara

2. Hur lång tid kan det ta att ta fram ett nytt läkemedel (från idé till apoteksdisk)?

3. Vem genomförde det kanske första kemiska experimentet någonsin?

När var det?

Den grekiske filosofen Empedokles anses ha gjort det första vetenskapliga experimentet.

Om du skulle göra samma experiment som Empedokles skulle du kunna göra så här. a. Fyll en kastrull med vatten. b. Sänk ner en uppochnervänd tratt i vattnet. Vatten strömmar in i tratten och tratten sjunker ner i vattnet. c. Håll nu tummen för hålet på tratten och sänk ner den uppochnervända tratten i vattnet. Då känner du ett motstånd. Vattnet kan inte komma in i tratten och fylla den.

Empedokles experiment visade att luft inte är tomrum utan att luft är materia. Förklara hur Empedokles kunde dra den slutsatsen av sitt experiment.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

47

Bilden: Drönarshow i stället för fyrverkerier.

En drönare drivs av uppladdningsbara batterier.

Produktutveckling Elbilar, telefoner, trådlösa hörlurar, surfplattor – alla har ett batteri som kan laddas. Oavsett om det är en stor elbil eller små hörlurar så är det troligtvis ett litiumjonbatteri som används. Grundämnet litium är den metall som lättast avger elektroner och är därför särskilt bra att använda i batterier. I det här avsnittet gör vi en djupdykning i produktutveckling av litiumjonbatterier.

Ord och begrepp Ackumulator är ett annat ord för uppladdningsbart batteri.

Kobolt är ett grundämne som är en metall med 27 protoner i atomkärnan.

Elektrod är ett elektriskt ledande föremål som är i kontakt med elektrolyten.

Korrosion är att ett material långsamt faller sönder i den miljö det befinner sig i.

Elektrolyt är ett ämne eller en blandning som innehåller fria joner och som därför kan leda elektrisk ström.

Litium är ett grundämne som är en alkalimetall med tre protoner i atomkärnan.

Flotation är ett sätt att dela upp två ämnen i en vätska där ett ämne flyter och ett ämne sjunker.

Förångning är en fasövergång från flytande form till gasform.

Grafit är en form av rent kol där atomerna sitter i skikt som kan lossna.

Jon är en elektriskt laddad partikel som bildas när en atom släpper eller tar upp elektroner.

Malm är en bergart eller ett mineral som finns i naturen och som innehåller så mycket av en eller flera metaller att det är lönsamt att bryta.

Mineral är ämnen som bygger upp bergarter.

Smältpunkt är den temperatur där ett ämne övergår från fast form till vätska.

Ström, eller elektrisk ström, är elektriskt laddade partiklar som rör sig.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Utveckling av produkter och material, till exempel läkemedel, funktionskläder och batterier. | Några produkters livscykler och påverkan på miljön. | Informationssökning, kritisk granskning och användning av information som rör kemi. Argumentation och ställningstaganden i aktuella frågor som rör miljö och hälsa. (I aktivitet.)

KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

49

Utveckling av litiumjonbatterier

Akira Yoshino i Nagoya 2018 med en mobiltelefon och ett litiumjonbatteri.

Litiumjonbatterier började utvecklas under oljekriserna på 1970-talet.

På grund av den oroliga oljemarknaden ville bland annat bolaget Exxon satsa på alternativa produkter till olja. Effektiva batterier blev intressanta i den utvecklingen.

I början av 1970-talet utvecklade M. Stanley Whittingham det första fungerande litiumbatteriet. Batteriet var på strax över 2 volt, vilket var ett högt och bra värde på den tiden.

1980 lyckades John B. Goodenough fördubbla batteriets förmåga att ge elektrisk spänning, från 2 till 4 volt. Dock innehöll batteriet fortfarande litium, Li(s), vilket gjorde att batteriet kunde explodera. När ett batteri används kan det bli varmt och litium smälter redan vid 180 °C. Flytande litium kan då reagera explosivt med andra kemiska ämnen i batteriet.

1985 löste Akira Yoshino problemet med explosionsrisk genom att konstruera ett batteri utan litiummetall, Li(s), men med litiumjoner, Li+.

Litiumjonbatteriet hade skapats!

2019 tilldelades M. Stanley Whittingham, John B. Goodenough och Akira Yoshino Nobelpriset i kemi. Kungliga Vetenskapsakademiens motivering var ”för utvecklingen av litiumjonbatterier”.

M. Stanley Whittingham i sitt laboratorium vid Binghamton University 2014.

50

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

I bilar med elmotorer finns laddningsbara litiumjonbatterier.

Vad finns i batterier och hur fungerar de?

Det som vi i vardagligt tal kallar för ett uppladdningsbart batteri heter egentligen ackumulator. Alla typer av ackumulatorer består av tre delar: – en negativ elektrod – en positiv elektrod – en elektrolyt med joner.

En elektrod är ett elektriskt ledande föremål som är i kontakt med ett ämne (elektrolyten) som innehåller joner. Elektrolyten innehåller joner och kan vara i fast eller flytande form. Alla joner är elektriskt laddade med positiv eller negativ laddning.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

51

När en batteridriven apparat används så åker elektroner från den negativa elektroden till den positiva elektroden. Dessa elektroner är den elektriska ström som får din elektriska apparat att fungera. Dock har man bestämt att strömmens riktning är motsatt elektronernas rörelseriktning.

När ackumulatorn kopplas till en laddare tvingas elektronerna åt motsatt håll, det vill säga från den positiva elektroden till den negativa.

När tillräckligt många elektroner har samlats i den negativa elektroden kan ackumulatorn ge ström igen.

Elektroner måste alltså kunna röra sig för att en ackumulator ska fungera. Dessutom måste joner kunna röra sig fram och tillbaka i elektrolyten för att en ackumulator både ska kunna laddas och användas (urladdas).

Det finns flera typer av ackumulatorer. Den vanligaste sorten är litiumjonbatterier som finns i allt från små hörlurar till bilar. För att tillverka ett litiumjonbatteri behövs flera ämnen. Grafit, C, litium, Li, och kobolt, Co, är de viktigaste. De två elektroderna och elektrolyten utgör tillsammans en litiumjoncell. De stora litiumjonbatterierna i elbilar består av tusentals mindre celler som är ihopkopplade.

urladdning

laddning

Begreppen anod och katod Ibland används begreppen anod och katod om de båda elektroderna i en ackumulator.

Begreppen anod och katod syftar på strömmens riktning. En minnesregel kan vara den engelska varianten ACID ’Anode = Current Into Device’. På svenska blir det ”anod = ström in i komponent”, det vill säga strömmens riktning är in i anoden.

Eftersom elektroner och ström går åt motsatt håll rör sig elektronerna ut från anoden. Den elektrod som avger elektroner till en yttre ledningskabel är anod.

ledningskabel

ström elektroner

ström elektroner

flöde av negativa joner

flöde av negativa joner

flöde av positiva joner

flöde av positiva joner

elektrolyt

positiv elektrod

negativ elektrod

När en batteridriven apparat används så åker elektroner från den negativa polen till den positiva polen. När batteriet laddas kopplas det till en strömkälla. Strömkällan tvingar elektronerna åt motsatt håll.

52

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

ström elektron

litiumjon, Li+

Bilden visar hur litiumjoner, Li+, ström och elektroner rör sig när ett litiumjonbatteri urladdas i en mobil.

När litiumjonbatteriet kopplas till en laddare tvingas elektroner och litiumjoner att röra sig åt motsatt håll. Även strömmen byter riktning när batteriet laddas.

litiumjonbatteri i mobiltelefon negativ elektrod av grafit

positiv elektrod som innehåller kobolt

Grafit I litiumjonbatterier består den negativa elektroden av grafit. Grafit består enbart av kolatomer där atomerna sitter ihop i en massa tunna lager, vilket ger ämnet precis de egenskaper som behövs. Grafit leder ström, tål hög värme och är även mjukt och formbart. grafit

diamant

I grafit är kolatomerna bundna till varandra i lager som lätt lossnar från varandra. Jämför med diamant som också är kol men är ett extremt hårt material eftersom varje kolatom är bunden i fyra riktningar.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

53

Grafiten i litiumjonbatteriet måste ha en renhet på 99,5 procent för att batteriet ska fungera. Ren grafit finns inte i naturen utan finns uppblandad i olika bergarter nere i marken. Processen att framställa grafit är lång och innehåller flera steg. För att tillverka ett batteri till en elbil krävs det 50–100 kg ren grafit.

Steg 1: Hitta en fyndighet En bit grafitmalm.

Grafit finns faktiskt lite överallt i marken. Men det är dyrt och komplicerat att starta en ny gruva. Därför behöver halten grafit vara minst 10 procent för att det ska vara ekonomiskt lönsamt. De flesta grafitgruvor finns i dag i Kina men stora fyndigheter finns även i till exempel norra Sverige.

Steg 2: Brytning När en fyndighet har hittats så tas malmen upp med hjälp av stora maskiner och dynamit. Ofta är denna typ av gruvor dagbrott. Ett dagbrott är en gruva som är helt öppen.

Aitikgruvan är Skandinaviens största dagbrott. Gruvan ligger strax söder om Gällivare i Lappland. Här bryts malm som innehåller koppar, guld och silver.

Steg 3: Malning Den malm som tas upp består ofta av stora bitar som krossas och mals ner med stora maskiner till små korn. Detta görs för att de olika mineralerna i malmen ska bli fria från varandra. Mineralernas olika egenskaper kan sedan användas för att separera dem från varandra.

54

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Steg 4: Flotation Korn med mycket grafit sorteras ut med hjälp av flotation.

De små malda kornen läggs i en tank med dieselolja. De korn som mestadels består av grafit har lägre densitet än dieselolja och flyter upp till ytan.

De korn som mestadels består av andra mineraler har högre densitet än dieseloljan och sjunker ner till botten. Denna process upprepas ett par gånger och de korn som är utsorterade har då en grafithalt på cirka 90–95 procent.

Principen för flotation. Ämnen som flyter separeras från ämnen som sjunker.

Steg 5: Kemisk eller termisk rening Det finns två alternativ för att bli av med den sista procenten oönskade mineraler som finns kvar i grafitkornen. De kan antingen frätas bort genom att man använder väldigt starka syror, till exempel svavelsyra.

Då används en form av kemisk rening.

Ett alternativ är att värma kornen till över 2 000 °C, det vill säga termisk rening. Eftersom grafit har en väldigt hög smältpunkt på hela 3 390 °C så kommer grafiten att vara kvar medan orenheterna förångas.

Steg 6: Formning Efter denna långa process är det som är kvar av malmen till 99,5 procent ren grafit. Denna grafit kan nu formas till elektroder i olika former beroende på vilken typ av batteri som ska tillverkas.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

55

Litium och kobolt I litiumjonbatteriet används litium eftersom det är den metall som har bäst förmåga att avge elektroner. Det går att se i den elektrokemiska spänningsserien nedan.

Li K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au Förmåga att avge elektroner ökar i denna riktning.

Ju längre till vänster ett grundämne är placerat i den elektrokemiska spänningsserien, desto hellre "vill" det avge elektroner och på så sätt bilda positiva joner. Litium, Li, står längst till vänster och vill alltså väldigt gärna avge elektroner.

För att tillverka ett batteri till en elbil krävs cirka 10 kg litium.

Till skillnad från grafit behöver litium inte brytas i gruvor utan det går även att använda mineralrikt vatten för att producera litium. I bland annat USA, Chile och Argentina finns det mineralvattenkällor som innehåller ovanligt mycket litiumjoner. Detta vatten samlas i bassänger där vattnet får avdunsta tills det enbart är fast litiumsalt kvar.

En mineralvattenkälla med litiumsalt i Silver Peak, Nevada, USA.

56

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Den positiva elektroden kan inte enbart bestå av litium utan behöver blandas med en metalloxid för att bli stabil. En metalloxid är en jonförening mellan en metall och syre.

Metallen som används för att stabilisera litium är oftast kobolt, Co. Kobolt gör att den positiva elektroden blir hårdare, klarar av högre temperaturer och förhindrar att den löses upp (korroderar). För att tillverka ett batteri till en elbil krävs 10–15 kg kobolt.

Kobolt finns i malm som bryts för produktion av nickel, koppar, silver, järn och bly. Kobolt finns i bland annat Kongo (Kinshasa), Australien, Ryssland, Zambia och Kanada. Legeringar med kobolt har hög smältpunkt, hårdhet och magnetiska egenskaper. Dessa egenskaper behövs för att kunna tillverka batterier, motorer och turbiner av hög kvalitet, vilket gör att kobolt är en eftertraktad metall.

En bit ren kobolt.

För varje år blir samhället mer och mer digitaliserat och elektrifierat. Effektiva och hållbara batterier är viktiga i den utvecklingen.

Litiumjonbatterier och hållbarhet Hållbarhet brukar delas upp i ekologisk hållbarhet, social hållbarhet och ekonomisk hållbarhet.

Det är framför allt tre saker som avgör hur ekologiskt hållbara litiumjonbatterier är: – Gruvornas påverkan på naturen i närområdet.

– Vilka processer som används vid förädlingen av råmaterialet till batterier.

– Om batterierna slängs eller återvinns.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

57

När det gäller social hållbarhet så är det utvinningen av kobolt från gruvorna i Kongo som är litiumjonbatteriernas största problem. I dessa gruvor är arbetsförhållandena inte alltid bra.

När det gäller ekonomisk hållbarhet har litiumjonbatterier en nyckelroll i vårt samhälle som för varje år blir mer och mer digitaliserat och elektrifierat. Människor behöver arbete för att kunna försörja sig, köpa varor och tjänster och betala skatt. Fler arbetsuppgifter kommer att utföras med och av datorer och andra tekniska apparater som behöver batterier. Fler transporter måste göras med fordon med elmotorer som behöver batterier. Energin från förnybara energikällor som sol, vind och vatten måste kunna lagras och då behövs batterier.

Sammanfattning @ Litiumjonbatterier finns i nästan alla elbilar, datorer och mobiltelefoner. @ 2019 tilldelades tre forskare Nobelpriset i kemi med motiveringen ”för utvecklingen av litiumjonbatterier”. @ Litiumjonbatterier innehåller litium som är den metall som har bäst förmåga att ge ifrån sig elektroner. @ Ett stort litiumjonbatteri i en elbil består av tusentals celler. Varje cell består av två elektroder i en elektrolyt.

58

@ Den negativa elektroden i ett litiumjonbatteri består av grafit som leder ström bra, tål höga temperaturer och är mjukt och formbart. @ Den positiva elektroden innehåller ofta kobolt. @ Grafit renas fram från malm som bryts i gruvor. @ Litium finns både i gruvor och i vissa mineralrika vattenkällor. @ Kobolt bryts enbart i gruvor.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

KAPITEL 1

Vad är kemi?

Produktutveckling Instuderingsfrågor

Aktivitet: Elbilar

1. Hur rör sig elektronerna när en ackumulator urladdas?

Ta ställning

2. Hur rör sig elektronerna när en ackumulator laddas?

3. Varför är ämnet grafit bra att använda i ackumulatorer?

4. Hur utvinns grafit?

5. Varför används kobolt i den positiva elektroden i litiumjonbatterier?

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Är elbilar miljövänliga? Arbeta enskilt eller i smågrupper. Ta reda på fakta som talar för att elbilar är miljövänliga. Ta också reda på fakta som talar emot att elbilar är miljövänliga.

Välj faktakällor källkritiskt.

Ta ställning till om elbilar är miljövänliga eller inte.

59

Bilden: Kemister använder glasutrustning men också många tekniskt avancerade apparater.

Kemistens redskap I det här avsnittet får du lära dig namnen på en hel del utrustning som du kommer att använda när du laborerar. Det är ganska många nya ord som du behöver lära dig men du kan träna på dem med hjälp av ordlistan.

Kanske vet du redan både vad en byrett och en pipett är, annars vet du det snart!

Ord och begrepp Autopipett är en pipett av plast som man kan ställa in för att suga upp olika volymer.

Mätglas, eller mätcylinder, är ett redskap med en skala för att mäta upp olika volymer.

Byrett är en anordning för noggrann mätning av vätske- eller gasvolymer vid kemiska experiment.

Mätkolv är en kolv som är graderad för en enda volym, till exempel 500 milliliter.

Degel är en liten skål av porslin som tål värme och kemikalier.

Destillation är en teknik för att separera vätskor med olika kokpunkter i en blandning.

E-kolv är en konformad kolv med rund hals.

Filtrering är en metod att separera fasta ämnen eller partiklar från en vätska eller gas.

Indunstning är ett sätt att separera vätska från en lösning av ett ämne.

Klämmare är ett redskap för att klämma fast till exempel ett provrör.

Mortel är en skål som används för att göra pulver av till exempel saltkristaller.

Mätpipett är ett rör med skala för att suga upp en viss volym vätska.

Peleusboll är en boll av gummi som används för att suga upp vätskor i pipetter.

Pistill är ett redskap som man trycker och vrider mot det som ska pulvriseras i en mortel. Som köksredskap kallas pistillen mortelstöt.

Rundkolv är ett klotformat glaskärl med hals.

Trefot är en ställning med tre ben där man kan lägga något som ska ska värmas.

Urglas är en liten flat skål av glas.

Vollpipett är en pipett som är graderad för en enda volym, till exempel 20 milliliter.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Observationer och experiment med såväl analoga som digitala verktyg. Formulering av undersökningsbara frågor, planering, utförande, värdering av resultat samt dokumentation med bilder, tabeller, diagram och rapporter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

61

Redskap i alla tider Under medeltiden men även under en kort period i slutet av 1800-talet sökte så kallade alkemister efter sätt att på kemisk väg framställa guld och andra mer eller mindre magiska ämnen. De lyckades aldrig. Trots det var deras experiment inte förgäves. Alkemisterna utvecklade i själva verket många av de tekniker som varje kemist i dag har i sin repertoar.

Destillation, indunstning, filtrering och många andra metoder var något som varje alkemist med självaktning måste behärska.

Alkemister använde många redskap. Målning från 1570 av flamländaren Jan Stradanus.

62

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

byrett

reagenslösning

byretthållare

stativ Redskap på 1800-talet. Kemister har använt olika redskap i alla tider. Förr i tiden fanns det nästan bara redskap av glas. I det här laboratoriet i Tübingen i Tyskland renade man fram DNA för första gången 1869 .

Det som skiljer dagens redskap från gårdagens är kanske annars att de har blivit så pass mycket billigare att många skolor kan hålla sig med ett eget laboratorium, och även att de blivit mycket mer hållbara. I bilderna på nästa uppslag ser du några av de saker du kan hitta i ett kemilabb och som det kan vara bra att lära sig namnen på.

Ordet degel är kanske inte är så lätt att koppla till vad det egentligen är. Men degel är en liten skål som tål värme och kemikalier. Ofta är degeln gjord av porslin.

Ett annat ord som du nog inte använder i vardagen är byrett. En byrett är ett glasrör med kran som man använder för att noggrant kunna mäta volymer av framför allt vätskor.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

kran provlösning med pH-indikator

En byrett i uppställning för syra–bas-titrering.

63

Redskap på 2000-talet. De redskap som kemister använder numera är ofta olika redskap av glas, plast eller maskiner och datorer.

Forskaren på bilden utför HPLC, en metod för att bland annat separera olika ämnen från varandra.

mortel och pistill

degeltång

degel med lock

0

10

0 20

10 30

20 40

30 50

40

dropprör

autopipett

vollpipett

50

mätpipett

klämmare

stativ

64

byrett

provrör och provrörshållare

trefot med trådnät

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

sättkolv

rundkolv

destilleringskolv

E-kolv

sugkolv

mätkolv

500

400

300

200

100

bägare

kristallisationsskål

mätglas

büchnertratt

tratt

urglas

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

65

Peleusboll på en vollpipett.

peleusboll på en vollpipett

En peleusboll är en boll av gummi som används för att suga upp vätskor i pipetter. Bollen har ventiler som kan öppnas när man trycker på dem så att man kan suga upp eller släppa ut vätska. Här sitter peleusbollen på en mätpipett.

Sammanfattning @ Under medeltiden men även under en kort period i slutet av 1800-talet sökte så kallade alkemister efter sätt att på kemisk väg framställa guld.

@ Bilderna visar ett antal redskap som du behöver veta namnen på.

@ Alkemisterna utvecklade många av de tekniker som varje kemist använder, till exempel destillation, indunstning och filtrering.

66

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

KAPITEL 1

Vad är kemi?

Kemistens redskap Instuderingsfrågor

Aktivitet: Alkemister och guld

1. Vad kallas de kemister som förr i tiden försökte framställa guld?

Beskriva

2. De personer som föregående uppgift handlar om använde flera metoder som vi använder än i dag. Ge två exempel på sådana metoder.

3. Vad är en degel?

4. Vad är en byrett?

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Alkemister försökte tillverka guld.

Beskriv varför det är väldigt svårt (faktiskt omöjligt på alkemisternas tid) att tillverka ett grundämne, till exempel guld.

Använd dessa ord i din beskrivning: alkemist, atom, atomkärna, grundämne, guld och proton.

67

Bilden: Labbrock och skyddsglasögon är vanlig skyddsutrustning för kemister.

Säkerhet I ett kemilabb kan du träffa på många spännande ämnen och reaktioner.

Ofta måste man handskas försiktigt med dem, och det är du själv som har ansvaret för att allt sker på ett säkert sätt. Därför är det också nödvändigt att du lär dig och förstår vad olika farosymboler betyder.

Ord och begrepp Cancerogen är detsamma som cancerframkallande.

Farosymboler är märken som talar om på vilket sätt kemiska ämnen är farliga.

Förtäring är när någon äter något.

Gasolbrännare är en apparat där gasol blandas med luft så att blandningen kan förbrännas.

Skyddsglasögon är glasögon som skyddar ögonen mot kemikalier. Ofta kan man sätta skyddsglasögon utanpå vanliga glasögon.

Gasol är en gas på flaska som används som bränsle i till exempel brännare och gasspisar.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Observationer och experiment med såväl analoga som digitala verktyg. Formulering av undersökningsbara frågor, planering, utförande, värdering av resultat samt dokumentation med bilder, tabeller, diagram och rapporter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

69

70

Hälsofarligt. Används på ämnen som kan vara cancerogena, orsaka skador på kroppens organ eller utlösa astmaanfall.

Skadligt. Används på ämnen som kan orsaka irritation på hud eller i luftvägarna eller kan ge allergiska reaktioner.

Brandfarligt. Används på ämnen som kan brinna mycket häftigt om de utsätts för värme eller gnista.

Oxiderande. Används på ämnen som verkar oxiderande och därmed kan orsaka eller intensifiera brand.

Miljöfarligt. Används på ämnen som är mycket giftiga för vattenlevande organismer eller har skadliga långtidseffekter på vattenlevande organismer.

Gas under tryck. Används på gasflaskor som kan explodera om de utsätts för värme.

Frätande. Används på ämnen som kan ge frätskador på metaller, hud och ögon.

Explosivt. Används på ämnen som kan explodera om de utsätts för värme eller stötar.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Giftigt. Används på ämnen som kan orsaka dödsfall vid förtäring eller inandning.

Farosymboler Farosymboler är märken som talar om på vilket sätt kemiska ämnen är farliga. Det är framför allt när du ska labba som du kommer i kontakt med kemikalier som är märkta med farosymboler.

Laborationer är viktiga för att man ska lära sig och förstå kemi.

Genom att man gör experimenten praktiskt är det lättare att se hur allt hänger ihop. Ofta är det just laborationerna som gör kemin extra rolig och spännande.

Men att labba är inte helt utan risk. Ofta måste man värma upp saker med en gasolbrännare eller värmeplatta. Här finns det en risk för att man bränner sig.

Kemikalierna som används kan vara giftiga eller frätande. Därför måste du lära dig hur man arbetar i ett labb. Allt för att undvika att olyckor sker där någon blir skadad.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

71

Följande regler är vanliga. För att eleverna ska få vara med och labba behöver de: – ha tagit ”körkort” för gasolbrännare – ha gått en säkerhetskurs – följa säkerhetsreglerna, till exempel använda labbrock, skyddsglasögon och handskar – komma i tid till laborationen.

Givetvis är det alltid viktigt att komma i tid till lektioner. Men om du kommer för sent till en labb kan du ha missat viktig information om säkerhet. Då kan du bli en säkerhetsrisk för dig själv och andra människor.

Det är viktigt att veta hur en gasolbrännare ska användas på ett säkert sätt.

Sammanfattning @ Labbrock, skyddsglasögon och handskar är vanlig skyddsutrustning för kemister. @ Farosymboler är märken som talar om på vilket sätt kemiska ämnen är farliga.

72

@ För att man ska kunna labba måste man följa regler för att inte skapa säkerhetsrisker för sig själv och andra. Följande regler är vanliga: ha tagit ”körkort” för gasolbrännare, ha gått en säkerhetskurs, följa säkerhetsreglerna och komma i tid till laborationen.

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

KAPITEL 1

Vad är kemi?

Säkerhet Instuderingsfrågor

Aktivitet: Farosymboler

1. Vad är skillnaden på farosymbolen för oxiderande respektive brandfarligt?

Rita

2. Vad betyder farosymbolen som visar ett träd och en fisk?

3. Hur ser farosymbolen för frätande ämnen ut?

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

Rita av tre farosymboler. Skriv tre kemikalier under varje farosymbol som brukar vara märkta med just den farosymbolen.

73

LABORATION

Vilka sorters papper kan spolas ner?

Syfte

Redovisning

Syftet med denna laboration är att undersöka hur olika sorters papper suger upp vatten.

Skriv en laborationsrapport om din lärare säger att du ska göra det.

Materiel

Riskbedöming

– fyra enlitersbägare

Laborationen är inte riskfylld.

– kopieringspapper – tidningspapper – hushållspapper – toalettpapper – vatten, H2O. Utförande 1. Lägg de fyra papperssorterna i var sin bägare. Tänk på att arbeta systematiskt, det vill säga lägg ungefär lika mycket papper i varje bägare.

2. Fyll på med vatten så att allt papper täcks.

3. Låt bägarna stå i minst 24 timmar.

4. Jämför papperssorterna.

Uppgifter 1. Känn på papperet i respektive bägare och försök förklara eventuella skillnader.

2. Är det lämpligt att spola ner alla sorters papper i toaletten?

74

NE KEMI 7– 9 –––– 1. VAD ÄR KEMI?

KAPITEL 2

Materia är partiklar

Bilden: En man kastar ut varmt vatten som fryser till is i den kalla luften.

Faser och fasövergångar Tänk dig att du känner med handen på en isbit. Tänk dig sedan att du känner efter om vattnet i badkaret är lagom varmt. Du vet att både isbiten och vattnet i badkaret består av H2O-molekyler. Varför känns då isbiten kall och hård medan badvattnet känns varmt och mjukt? Här ska vi titta närmare på temperatur och partiklar.

Ord och begrepp Fas är ett tillstånd som ett ämne kan befinna sig i, till exempel fast fas. Fas och aggregationstillstånd är samma sak.

Fast form är en fas där ämnets partiklar håller sig på bestämda platser men vibrerar.

Fasövergång är att ett ämne övergår från ett tillstånd till ett annat, till exempel från fast till flytande.

Flytande form är en fas där ämnets partiklar rör sig runt varandra.

Förångning är en fasövergång från flytande form till gasform.

Gasform är en fas där ämnets partiklar studsar omkring som pingisbollar.

Kokpunkt är den temperatur som gäller när gasbubblor bildas i en vätska.

Kondensation är en fasövergång från gasform till flytande form. Även fasövergången från gasform till fast form kallas kondensation men den är ovanligare.

Kondensationspunkt är den temperatur där ett ämne övergår från gas till vätska.

Materia är något som har en massa, det vill säga kan vägas.

Partikel är en mycket liten del av till exempel ett ämne. De partiklar som ämnen är uppbyggda av är atomer, joner eller molekyler.

Smältning är en fasövergång från fast form till flytande form.

Smältpunkt är den temperatur där ett ämne övergår från fast form till vätska.

Stelning är en fasövergång från flytande form till fast form.

Sublimation är den fasövergång som sker när ett fast ämne övergår direkt till gas utan att först smälta.

Värme är detsamma som värmeenergi, alltså en form av energi. I varma ämnen rör sig partiklarna mycket.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

79

Snabba partiklar vid hög temperatur Värme är en form av energi. Ju mer värmeenergi som finns i ett ämne, desto mer rör sig partiklarna i ämnet. Mängden värmeenergi i ett ämne kan du alltså mäta med en termometer. Ju mer partiklarna rör sig, desto högre temperatur visar termometern. Med en vanlig temometer kan du alltså mäta om partiklarna i ämnet rör sig lite eller mycket.

Men du behöver faktiskt inte ens använda en termometer för att dra vissa slutsatser om partiklarnas rörelser. Är ämnet fast? Då vet du att partiklarna är ganska stilla. I fasta ämnen består rörelsen nämligen bara av att partiklarna vibrerar. Vid en viss temperatur slutar partiklarna nästan helt att vibrera. Därför kallas just den temperaturen för absoluta nollpunkten och är -273 °C. I flytande ämnen och i gaser rör sig partiklarna mycket mer.

fast form kallt

varmt

Låg temperatur.

Vid låg temperatur håller sig alla partiklar på sina bestämda platser. De vibrerar bara lite. Det finns kemiska bindningar mellan partiklarna som håller partiklarna på plats.

flytande form – vätska kallt

varmt

Medelhög temperatur.

Vid medelhög temperatur rör sig partiklarna och har inga bestämda platser. Vissa partiklar rör sig så mycket att de ger sig iväg från de andra.

Partiklarna kan röra sig i förhållande till varandra eftersom de kemiska bindningarna mellan partiklarna är ganska svaga.

80

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

gas kallt

varmt

Hög temperatur.

Vid hög temperatur rör sig partiklarna snabbt och studsar omkring som pingisbollar mot varandra och alla andra hinder som de träffar. Partiklarna kan studsa omkring eftersom alla bindningar mellan partiklarna är brutna.

Faser och fasövergångar Faser Som du vet finns det is, flytande vatten och i luften vattenånga. Vatten kan alltså finnas i tre former, eller faser. Men det är fortfarande samma vattenmolekyl i is, flytande vatten och vattenånga. Vatten kan vägas och alltså är vatten materia.

Det finns tre grundläggande faser hos materian: fast, flytande (vätska) och gas. De tre faserna kallas också aggregationstillstånd.

– Fast form är en fas där ämnets partiklar håller sig på bestämda platser men vibrerar. Partiklarna hålls på plats av kemiska bindningar.

– Flytande form är en fas där ämnets partiklar rör sig runt varandra.

Partiklarna kan röra sig i förhållande till varandra eftersom de kemiska bindningarna mellan partiklarna är ganska svaga.

– Gasform är en fas där ämnets partiklar studsar omkring som pingisbollar. De kemiska bindningarna mellan partiklarna är helt brutna.

fast form

flytande form – vätska

kallt

Beteckningar för faser: (s), (l) och (g) Fast form (s) Fast form betecknas (s).

Till exempel betyder H2O(s) vatten i fast form, det vill säga is.

Jämför med engelskans solid = fast.

Flytande form (l) Flytande form betecknas (l).

Till exempel betyder Hg(l) kvicksilver i flytande form.

Jämför med engelskans liquid = vätska.

Gasform (g) Gasform betecknas (g).

Till exempel betyder N2(g) kväve i gasform.

gas varmt

Tre faser. Fas är detsamma som aggregationstillstånd.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

81

Fasövergången smältning.

Fasövergångar Skillnad på fasövergång och kemisk reaktion Fasövergång En fasövergång är en fysikalisk förändring. Inga nya ämnen bildas. Efter fasövergången är det fortfarande samma ämne som före fasövergången. Trots det beskriver man ibland en fasövergång med en reaktionspil eftersom det är praktiskt.

Ett exempel på fasövergång är när is smälter till flytande vatten: H2O(s) → H2O(l) Kemisk reaktion I kemiska reaktioner bildas nya ämnen. Det är inte samma ämnen som finns före och efter reaktionen.

Ett exempel på kemisk reaktion är när väte och syre reagerar och bildar vatten: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)

Du vet att is kan smälta och vatten kan koka. I båda fallen byter vatten fas. När ett ämne byter fas säger man att en fasövergång sker.

fast form

smältning

förångning

stelning

kondensation flytande form – vätska

kallt

gas varmt

Fasövergångar.

Fasövergångarnas namn När man värmer ett fast ämne smälter det till flytande form. Om man fortsätter att värma så förångas ämnet till gasform.

– Från fast form till flytande form = smältning Den temperatur där smältning sker kallas smältpunkt. Till exempel är smältpunkten för vatten 0 °C. – Från flytande form till gasform = förångning Den temperatur där gasbubblor kan bildas i vätskan kallas kokpunkt. Till exempel är kokpunkten för vatten 100 °C. Man säger att vatten förångas (eller kokar) vid 100 °C. När man kyler en gas så kondenserar den till flytande form (vätska).

Om man fortsätter att kyla så stelnar ämnet till fast form.

– Från gasform till flytande form = kondensation Den temperatur där kondensation sker kallas kondensations-

82

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

punkt. Till exempel är kondensationspunkten för vatten 100 °C. Temperaturen är alltså samma som kokpunkten.

– Från flytande form till fast form = stelning Den temperatur där stelning sker kallas fryspunkt. Till exempel är fryspunkten för vatten 0 °C. Man säger att vatten fryser (eller stelnar) vid 0 °C. Temperaturen är alltså samma som smältpunkten.

Om ett ämne övergår från fast form direkt till gas säger man att det sublimerar. Det händer till exempel med torris (kolsyresnö) i luften. Sublimation (eller sublimering) sker också med vattenis om det är tillräckligt torrt och varmt i luften, som på höga bergstoppar.

Fasövergången från gas direkt till fast form kallas oftast kondensation men eftersom de flesta ämnen kondenserar från gas till flytande form är det bäst att säga eller skriva till exempel ”Vattenångan kondenserade till is” för att vara tydlig. Kondensation till fast form kallas ibland även sublimation.

Vilka är partiklarna?

Titta på bilden nedan. I bilden finns exempel på de partiklar som vi pratar om, nämligen atomer, joner och molekyler. I ballongen finns helium.

Helium består av enstaka atomer. De partiklar som bygger upp helium är alltså atomer. ”salt” = koksalt = natriumklorid = NaCl(s) jonförening fast form

helium = He(g) atomer gasform

vatten = H2O(l) molekylförening flytande form

natriumjon = Na+

heliumatom = He

vattenmolekyl = H2O

kloridjon = Cl-

All materia, det vill säga allt som man kan väga, består av partiklar. Partiklarna är antingen atomer, molekyler eller joner. Atomerna, molekylerna och jonerna består i sin tur av elementarpartiklarna protoner, neutroner och elektroner. Materia kan vara i fast form, flytande form eller gasform.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

83

Koksalt består av positiva joner och negativa joner. Vi kommer att ta upp joner i ett annat avsnitt. Partiklarna som bygger upp koksalt är alltså joner.

Du känner till att vatten består av vattenmolekyler. De partiklar som bygger upp vatten är alltså molekyler.

Sammanfattning @ Ju mer värmeenergi som finns i ett ämne, desto mer rör sig partiklarna i ämnet. @ Det finns tre grundläggande faser hos materian: fast, flytande (vätska) och gas. De tre faserna kallas också aggregationstillstånd.

@ Den temperatur där smältning sker kallas smältpunkt. @ Fasövergång från flytande form till gasform är förångning.

@ Fast form (s) är en fas där ämnets partiklar håller sig på bestämda platser men vibrerar.

@ Den temperatur där gasbubblor kan bildas i vätskan kallas kokpunkt.

@ Flytande form (l) är en fas där ämnets partiklar rör sig runt varandra.

@ Fasövergång från flytande form till fast form är stelning.

@ Gasform (g) är en fas där ämnets partiklar studsar omkring som pingisbollar. @ När ett ämne byter fas säger man att en fasövergång sker. @ Fasövergång från gasform till flytande form är kondensation. @ Den temperatur där kondensation sker kallas kondensationspunkt.

84

@ Fasövergång från fast form till flytande form är smältning.

@ Den temperatur där stelning sker kallas fryspunkt. @ Om ett ämne övergår från fast form direkt till gas säger man att det sublimerar. @ En fasövergång är en fysikalisk förändring (inte en kemisk reaktion). Efter fasövergången är det fortfarande samma kemiska ämne som före fasövergången.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

KAPITEL 2

Materia är partiklar Faser och fasövergångar Instuderingsfrågor

Aktivitet: Pictionary

1. Vad kallas faser med ett annat ord?

Rita och gissa ord

2. Vilka är de tre grundläggande faserna?

Det här avsnittet innehåller många ord och begrepp. Då passar det fint med lite ordträning i form av Pictionary.

3. Hur betecknar man de tre faserna?

4. Vilken fasövergång sker vid a. smältpunkten?

Ha tillgång till ordlistan.

b. kokpunkten?

Läraren har förberett lappar med de ord som ska ritas.

c. fryspunkten?

Läraren delar in klassen i lag.

5. Vilken fasövergång sker vid a. kondensation? b. sublimering?

6. Varför är inte fasövergångar kemiska reaktioner?

Varje lag har ett blädderblock eller en del av tavlan.

En representant från varje lag ska rita det som står på lappen.

De andra i laget ska gissa genom att skriva ordet på en annan lapp och visa för läraren eller helt enkelt bara skrika ut det rätta svaret. Bestäm hur ni vill genomföra gissningen.

1 rätt = 1 poäng. Flest poäng vinner.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

85

Bilden: Ballong fylld med helium, He.

Atomer och joner Du har kanske haft en ballong med helium. Kanske har du testat att andas in lite helium och märkt att rösten då blir konstigt ljus. Helium är en ädelgas och ädelgaser består av enstaka atomer som inte sitter ihop.

Givetvis har du saltat på maten då och då. Salt smakar salt eftersom smaklökar på tungan känner igen joner. Men vad är det för skillnad på atomer och joner egentligen? Nu ska vi titta närmare på det.

Ord och begrepp Atomkärna är en liten partikelklump av protoner och neutroner som finns i centrum av en atom.

Atommodell (eller atomteori) är en uppfattning eller en sorts bild av hur atomerna är uppbyggda.

Elektron är en av de partiklar som en atom är uppbyggd av. Elektronen är negativt laddad.

Elektronskal är särskilda energinivåer runt atomkärnan där elektronerna finns.

Grundämne är ett ämne som består av en enda sorts atomer.

Isotoper är atomer som har samma antal protoner men olika många neutroner i atomkärnan.

Jon är en elektriskt laddad partikel som bildas när en atom släpper eller tar upp elektroner.

Jonförening är en kemisk förening som är uppbyggd av joner.

Massa är en egenskap hos all materia som gör att materien påverkas av gravitationskraften.

Neutron är en av de partiklar som en atom är uppbyggd av. Neutronen är oladdad.

Proton är en av de partiklar som en atom är uppbyggd av. Protonen är positivt laddad.

Stark växelverkan är en av naturens fyra grundläggande krafter. Den kallas också stark kärnkraft eftersom den håller ihop atomkärnan.

Valenselektron är en elektron i det yttersta elektronskalet hos ett grundämnes atomer. Ädelgasstruktur innebär att en atom har fullt yttersta elektronskal.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

87

2 nm

Färglagt foto som visar atomer. Bilden visar hausmannit som är ett mineral uppbyggt av mangan, Mn, och syre, O. Skalstrecket visar 2 nanometer, nm. 1 nm är oerhört litet.

Det går 1 miljard nm på 1 m.

Atomer Hur ser en atom ut? Bilden ovanför är ett foto av atomer. Totalt finns det cirka 120 sorters atomer i världen.

Protoner, neutroner och elektroner Ordet atom betyder ’odelbar’, alltså något som inte går att dela i mindre delar. Nu vet vi att atomer går att dela i mindre delar, nämligen protoner, neutroner och elektroner. Och inte ens dessa är odelbara men det går vi inte in på här.

88

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

Atomer har en kärna i mitten. Atomkärnan är uppbyggd av protoner och neutroner. Protonerna är postitvt laddade och neutronerna saknar laddning, eller är ”neutralt laddade”. Du vet kanske att positiva laddningar skjuter bort varandra. Hur kan då kärnan hålla ihop? Jo, protoner och neutroner dras till varandra med en mycket stark kraft, som kallas stark växelverkan. Den starka växelverkan överträffar protonernas ”vilja” att skjuta bort varandra.

Kring kärnan virvlar ett moln av lättare partiklar, elektroner som är bundna till atomkärnan av den elektromagnetiska växelverkan. Den elektromagnetiska växelverkan är den kraft som alltid är inblandad när elektriska laddningar dras till varandra eller skjuter bort varandra.

Elektronerna befinner sig på olika energinivåer som kallas elektronskal. Ju längre bort från kärnan en elektron befinner sig, desto mer energi innehåller elektronen.

Nästan hela atomens massa finns i atomkärnan. Det beror på att neutronen och protonen är 2 000 gånger tyngre än elektronen.

Men det mesta i atomen är tomrum. Jämfört med atomkärnans storlek rör sig elektronerna 1 miljon gånger längre bort.

Om atomkärnan hade varit lika stor som en apelsin och funnits i Stockholm så hade den närmaste elektronen befunnit sig på ungefär samma avstånd som Norrköping, det vill säga cirka 10 mil bort.

elektron

Valenselektroner finns i yttersta skalet neutron

protoner

Elektronerna i det yttersta elektronskalet är väldigt viktiga. Det beror på att det ju är det yttersta skalet som träffar på allt det som finns runt atomen, till exempel andra atomer. De yttersta elektronerna är så viktiga för atomens egenskaper att de har fått ett speciellt namn. De kallas valenselektroner.

elektron

Atomkärnan består av protoner och neutroner. Runt kärnan susar elektroner runt.

I en atom är alltid antalet protoner lika med antalet elektroner.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

89

M

1e-

L

8eK

elektron beteckning: eladdning: -1 placering: bana runt atomkärnan (elektronskal)

2e-

proton beteckning: p+ laddning: +1 placering: atomkärnan neutron beteckning: n laddning: 0 placering: atomkärnan Atomen består av protoner, neutroner och elektroner. Här visas en natriumatom som exempel. I en atom är alltid antalet elektroner och protoner lika många. Antalet neutroner varierar mellan olika natriumatomer men den vanligaste varianten har 12 neutroner.

Elektronskalen betecknas K, L, M och så vidare.

I en atom är antalet elektroner och protoner alltid detsamma. Varje grundämne har ett bestämt antal protoner i kärnan. Men antalet neutroner i ett grundämne behöver inte vara lika många som antalet protoner. Två atomer av samma grundämne som har olika antal neutroner i kärnan kallas isotoper. elektron proton

neutron

Två isotoper av väte. Att det är samma grundämne ser du eftersom det är lika många protoner i båda atomerna, det vill säga en proton i varje atom. Att de två atomerna är isotoper ser du eftersom de har olika många neutroner.

Atommodell i över 100 år

Niels Bohr i sitt arbetsrum i Köpenhamn 1955.

90

En atommodell (eller atomteori) är en uppfattning eller en sorts bild av hur atomerna är uppbyggda. Vanligen tänker man på den atommodell som den danske fysikern Niels Bohr kom fram till redan 1913.

Niels Bohr tänkte sig att i centrum av atomen finns en kärna, som har positiv elektrisk laddning. Kring kärnan kretsar negativt laddade elektroner, det vill säga så som du får lära dig om atomens delar i det här läromedlet.

På nästa sida finns bilder på två andra äldre atommodeller. Naturvetenskapliga modeller utvecklas hela tiden när vi får ny kunskap om världen.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

I Rutherfords atommodell kretsar de negativt laddade elektronerna runt den positivt laddade kärnan som planeter i ett solsystem.

I Thomsons plum pudding-modell (på svenska russinkakemodell) är elektronerna instoppade i ”smeten” av positiva laddningar.

Joner En atom kan förlora eller fånga upp elektroner. Då blir atomen en positivt eller negativt laddad jon. Elektriskt laddade joner kan bindas samman och bildar då jonföreningar, vilket är detsamma som salter.

Ett exempel på jonförening är vanligt salt, natriumklorid, NaCl. Men varför ”vill” en atom förlora eller ta upp elektroner? Jo, atomer ”vill” likna ädelgasatomer. Ädelgaserna har nämligen fullt yttersta elektronskal, vilket innebär att det finns åtta elektroner i det yttersta skalet, det vill säga åtta valenselektroner. Det enda undantaget är den minsta ädelgasatomen (helium) och väte som har endast ett elektronskal som är så litet att det blir fullt med bara två valenselektroner.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

91

Därför kallas fullt yttersta elektronskal för ädelgasstruktur. Och det är ädelgasstruktur som alla atomer ”vill” ha. helium He

K

neon Ne L K

2e-

argon Ar M L K

8e2e-

8e8e2e-

Ädelgaser har fullt yttersta elektronskal. Fullt yttersta elektronskal innebär att det finns åtta valenselektroner, utom för den lilla atomen helium, som har två valenselektroner. I K-skalet får det nämligen bara plats två elektroner.

En natriumatom har en enda valenselektron. För att få åtta valenselektroner (ädelgasstruktur) skulle natriumatomen antingen kunna ta upp sju elektroner eller ge bort sin enda valenselektron. Det är lättast för natriumatomen att ge bort sin enda valenselektron och på så sätt bilda en positiv jon med laddningen +1. samma fördelning av elektroner M L K

1e8e2e-

natriumatom symbol: Na laddning: 0 valenselektroner: 1 totalt antal elektroner: 11 protoner: 11

L K

8e2e-

L K

natriumjon symbol: Na+ laddning: +1 valenselektroner: 8 totalt antal elektroner: 10 protoner: 11

8e2e-

neonatom symbol: Ne laddning: 0 valenselektroner: 8 totalt antal elektroner: 10 protoner: 10

Natriumatom, natriumjon och neonatom. Neon är en ädelgas. Natriumjonen och neonatomen har ädelgasstruktur, det vill säga fullt yttersta elektronskal.

En kloratom har sju valenselektroner. För att få åtta valenselektroner (ädelgasstruktur) skulle kloratomen antingen kunna ta upp en elektron eller ge bort sina sju valenselektroner. Det är lättast för atomen att ta upp en enda elektron och på så sätt bilda en negativ jon med laddningen –1.

92

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

samma fördelning av elektroner M L K

7e8e2e-

M L K

kloratom symbol: Cl laddning: 0 valenselektroner: 7 totalt antal elektroner: 17 protoner: 17

8e8e2e-

M L K

kloridjon symbol: Clladdning: -1 valenselektroner: 8 totalt antal elektroner: 18 protoner: 17

8e8e2e-

argonatom symbol: Ar laddning: 0 valenselektroner: 8 totalt antal elektroner: 18 protoner: 18

Kloratom, kloridjon och argonatom. Argon är en ädelgas. Både argonatomen och kloridjonen har ädelgasstruktur.

Natriumatomen, Na, ”vill” alltså gärna ge bort en elektron och kloratomen, Cl, ”vill” gärna ta upp en elektron. Tänk om de kunde samarbeta?

Det är just vad de gör! Om en natriumatom träffar på en kloratom kan båda atomerna lätt få ädelgasstruktur. Natrium reagerar gärna med klor så att jonföreningen natriumklorid, NaCl, bildas.

Jonföreningen består av en natriumjon, Na+, och en kloridjon, Cl-, och har den kemiska formeln NaCl. Man skriver inte ut jonladdningar i kemiska formler för jonföreningar.

Reaktionsformel: Na + Cl → NaCl Både natriumjonen och kloridjonen har åtta valenselektroner, det vill säga ädelgasstruktur.

M L K

1e8e-2e

natriumatom symbol: Na laddning: 0 valenselektroner: 1 totalt antal elektroner: 11 protoner: 11

M L K

7e8e-2e

kloratom symbol: Cl laddning: 0 valenselektroner: 7 totalt antal elektroner: 17 protoner: 17

L K

8e2e-

natriumjon symbol: Na+ laddning: �1 valenselektroner: 8 totalt antal elektroner: 10 protoner: 11

M L K

8e8e- 2e

kloridjon symbol: Clladdning: �1 valenselektroner: 8 totalt antal elektroner: 18 protoner: 17

Reaktionen mellan en natriumatom och en kloratom.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

93

Titta på tabellerna nedanför. Lägg märke till att både natriumjonen och kloridjonen har fullt yttersta skal, det vill säga ädelgasstruktur med åtta valenselektroner.

K

L

M

K

L

M

K

L

M

K

L

M

11p+ 2e- 8e- 1e-

17p+ 2e- 8e- 7e-

11p+ 2e- 8e- 0e-

17p+ 2e- 8e- 8e-

natriumatom Na

kloratom Cl

natriumjon Na+

kloridjon Cl-

Både natriumjonen, Na+, och kloridjonen, Cl–, har fullt yttersta skal, det vill säga ädelgasstruktur med åtta valenselektroner.

Sammanfattning @ Atomer går att dela i mindre delar, nämligen protoner, neutroner och elektroner.

@ Två atomer av samma grundämne som har olika antal neutroner i kärnan kallas isotoper.

@ Atomkärnan är uppbyggd av protoner och neutroner. Protonerna är postitvt laddade och neutronerna saknar laddning.

@ En atommodell (eller atomteori) är en uppfattning eller en sorts bild av hur atomerna är uppbyggda. Den danske fysikern Niels Bohrs atommodell har stått sig i över 100 år. Tidigare har vetenskapen använt andra atommodeller.

@ Kring atomkärnan virvlar ett moln av lättare partiklar, elektroner. @ Elektronerna befinner sig på olika energinivåer som kallas elektronskal.

@ Elektronerna i det yttersta skalet kallas valenselektroner.

@ Atomer ”vill” ha ädelgasstruktur precis som ädelgaserna som har fullt yttersta elektronskal. Det innebär att det finns åtta valenselektroner. Det enda undantaget är den minsta ädelgasatomen (helium) som har bara ett elektronskal som är så litet att det blir fullt med bara två valenselektroner.

@ I en atom är antalet elektroner och protoner alltid detsamma.

Varje grundämne har ett bestämt antal protoner i kärnan.

@ En atom kan förlora eller fånga upp elektroner och blir då en positivt eller negativt laddad jon med ädelgasstruktur.

@ Ju längre bort från kärnan en elektron befinner sig, desto mer energi innehåller elektronen.

Elektronskalen betecknas K, L, M och så vidare.

94

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

KAPITEL 2

Materia är partiklar Atomer och joner Instuderingsfrågor

Aktivitet: Magnesium och syre

1. Vilka partiklar ingår i atomkärnan?

Rita

2. Var i atomen finns elektronerna?

Rita en magnesiumatom, Mg, med tolv protoner och lika många neutroner i atomkärnan.

Tänk på att det finns lika många elektroner och protoner i en atom. Rita in elektronerna på rätt plats i elektronskalen.

3. Vilken laddning har protoner, neutroner och elektroner?

4. Är antalet protoner i atomen lika med antalet neutroner eller antalet elektroner?

5. Vad menas med natriumisotoper?

6. Vad är huvuddragen i Niels Bohrs atommodell?

7. Varför avger eller upptar atomer elektroner?

8. Vad kallas jonföreningar med ett annat namn?

Rita därefter en magnesiumjon, Mg2+, med protoner, neutroner och elektroner på rätt plats.

Rita nu en syreatom, O, med åtta protoner och nio neutroner i atomkärnan. Rita in elektronerna på rätt plats i elektronskalen.

Rita därefter en syrejon, O2–, med protoner, neutroner och elektroner på rätt plats.

9. Hur får natriumatomen respektive kloratomen ädelgasstruktur?

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

95

Bilden: Litium, Li, är placerat i grupp 1 och period 2 i det periodiska systemet.

Periodiska systemet Du kan sortera det mesta. Kanske sorterar du låtar i spellistor? Man kan sortera atomer efter hur många protoner de har i kärnan. Om man samtidigt sorterar till exempel alkalimetaller, halogener och ädelgaser var för sig i en tabell så får man periodiska systemet!

Ord och begrepp Alkalimetaller är lätta och mjuka metaller i grupp 1 i periodiska systemet.

som leder elektricitet och värme bra.

De flesta grundämnena är metaller.

Atomnummer är ett nummer som är lika med det antal protoner som finns i atomkärnan hos ett visst grundämne.

Periodisk är när något återkommer med jämna mellanrum. Till exempel återkommer lördagar med jämna mellanrum.

Förutsägelse är ett påstående om framtiden som baseras på kunskap om tidigare händelser.

Periodiska systemet är en tabell över alla grundämnen som finns.

Halogener är grundämnena i grupp 17 i periodiska systemet.

Smida är att forma metall genom att hamra på metallen. Ofta har man först värmt metallen.

Halvmetaller är grundämnen som liknar både metaller och icke-metaller.

Stabil betyder inom kemin att ett ämne inte reagerar så lätt.

Icke-metaller är grundämnen som inte har metalliska egenskaper.

Vetenskaplig modell är en förenklad bild eller beskrivning av något som är komplicerat, till exempel hur en atom ser ut.

Kolumn är en lodrät rad i en tabell eller en text.

Lodrät är en riktning som går ”uppifrån och ner”. Lodrät är samma sak som vertikal.

Metaller är en stor grupp av grundämnen

Vågrät är en riktning som går ”från vänster till höger”. Vågrät är samma sak som horisontell. Ädelgaser är mycket stabila gasformiga grundämnen i grupp 18 i periodiska systemet.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

97

grupp (ger ledning om antal valenselektroner) 1 1

period (visar antal elektronskal)

Li

Na

6

7

8

9

Be

10

11

12

atomnummer

5

13

Mg

25

kalium kalcium

titan

vanadin

krom

mangan

40

41

42

43

Sr

rubidium strontium 55 56

Cs

Sc

skandium 39

Y

yttrium

Ba

cesium barium

Fr

88

Ra

francium radium

period (visar antal elektronskal)

Ti

Zr

zirkonium 72

V

Nb

Mo

15

16

17

18 He

Mn

Tc

26

Fe

järn 44

Ru

27

28

29

kobolt

nickel

koppar

45

46

47

Co

Rh

Ni

Pd

Cu

Ag

30

Zn

zink 48

Cd

kol

Si

alumikisel nium 31 32

Ga

Ge

In

Sn

7

N

8

O

9

F

10

Ne

kväve

syre

fluor

neon

15

16

17

18

P

S

fosfor

svavel

33

34

As

Se

gallium germa- arsenik selen nium 51 49 50 52

Sb

Te

Cl

klor

Ar

argon

35

36

brom

krypton

53

54

Br

I

Xe

silver kadmium indium

tenn

antimon

tellur

79

80

81

82

83

84

85

86

volfram rhenium osmium iridium

platina

guld

tallium

vismut

radon

110

111

113

114

115

polonium 116

astat

106

kvicksilver 112

117

118

ruther- dubnium seabor- bohrium hassium meitne- darm- röntge- copergium rium stadtium nium nicium fordium

nihonium

flerovium

mosko- liver- tenness oganesvium morium son

73

Ta

hafnium tantal 104

Rf

105

Db

W

Sg

Re

107

Bh

Os

Ir

108

109

Hs

Mt

Pt

Ds

Au

Rg

Hg

Cn

Tl

Nh

Pb bly

Fl

Bi

Mc

Po

Lv

jod

Kr

molyb- tekne- rutenium rodium palladen tium dium 75 76 78 74 77

Hf

niob

Cr

C

14

Al

24

38

6

B

bor

23

Rb

14

helium

12

Ca

13

2

22

K

87

7

6

natrium magnesium 19 20 21

37

5

5

litium beryllium 11

4

4

4

metaller halvmetaller icke-metaller okända egenskaper

väte 3

3

3

H

1

2

2

At

Ts

xenon

Rn

Og

I periodiska systemet finns 7 perioder och 18 grupper.

Grupper och perioder Periodiska systemet är en tabell över alla grundämnen. Det finns ungefär 120 grundämnen och varje grundämne har ett visst bestämt antal protoner i kärnan.

I periodiska systemet har man sorterat grundämnena efter stigande atomnummer (antal protoner i kärnan) i sju vågräta rader. Dessutom har man placerat grundämnen med liknande egenskaper i lodräta rader.

En lodrät rad kallas kolumn.

Grupper Kolumnerna i periodiska systemet kallas grupper och har nummer från 1 till 18. Grundämnen med liknande egenskaper står alltså i samma grupp.

Till exempel är alla ämnen i grupp 18 ädelgaser och alla ädelgaser har likartade egenskaper.

Grundämnen i ...

– grupp 1 har en valenselektron – grupp 2 har två valenselektroner – grupp 13 har tre valenselektroner – grupp 14 har fyra valenselektroner – grupp 15 har fem valenselektroner – grupp 16 har sex valenselektroner 98

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

– grupp 17 har sju valenselektroner – grupp 18 (ädelgaserna) har fullt yttersta skal, det vill säga två valenselektroner för helium (fullt K-skal) och åtta valenselektroner för övriga grundämnen i gruppen. Man kan också se det som att de har noll valenselektroner. Det viktiga att veta är att grupp 18 har fullt yttersta elektronskal.

Men grupperna 3–12 då? Jo, för grundämnen i grupperna 3–12 (övergångsmetallerna) finns det inte samma starka samband mellan gruppnummer och antal valenselektroner. Varför det är så får du lära dig om du läser kemi på gymnasiet.

Stjärnor består mest av väte.

Perioder En vågrät rad i periodiska systemet kallas period. Grundämnen i en och samma period har lika många elektronskal.

Mot höger i varje period ökar antalet elektroner hos atomerna.

Längst till vänster innehåller det yttersta elektronskalet bara en elektron och längst till höger är det yttersta elektronskalet helt fyllt.

I en period har grundämnena sina valenselektroner i samma skal.

I varje period har grundämnet till höger en proton mer i sin atomkärna. Antalet protoner i kärnan och därmed atomens massa ökar när man går från vänster mot höger i en period. Allt tyngre atomer finns alltså mot höger i systemet.

Grundämnen i perioder Period nummer

Antal elektronskal

Elektronskalens namn

1

ett

K-skalet

2

två

K- och L-skalen

3

tre

K-, L- och M-skalen

4

fyra

K-, L-, M- och N-skalen

5

fem

K-, L-, M-, N- och O-skalen

6

sex

K-, L-, M-, N-, O- och P-skalen

7

sju

K-, L-, M-, N-, O-, P- och Q-skalen

Grupperna 1, 17 och 18 Grupp 1: Väte och alkalimetallerna Grundämnena i grupp 1 har en enda valenselektron. I grupp 1 finns väte och alkalimetallerna.

Väte Väte, H, är det lättaste av alla grundämnen. Det är också det vanligaste NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

99

grupp (ger ledning om antal valenselektroner) 1 1

period (visar antal elektronskal)

Li

Na

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

4

5

Be

12

13

Mg

kalium kalcium

titan

vanadin

krom

mangan

40

41

42

43

38

Sr

rubidium strontium 56 55

Sc

skandium 39

Y

yttrium

Ba

cesium barium

Fr

88

Ra

francium radium

Ti

Zr

zirkonium 72

V

Nb

Mo

Mn

Tc

26

Fe

järn 44

Ru

27

28

29

kobolt

nickel

koppar

45

46

47

Co

Rh

Ni

Pd

Cu

Ag

30

Zn

zink 48

Cd

kol

Si

alumikisel nium 31 32

Ga

Ge

In

Sn

7

N

8

O

9

F

10

Ne

kväve

syre

fluor

neon

15

16

17

18

P

S

fosfor

svavel

33

34

As

Se

gallium germa- arsenik selen nium 51 49 50 52

Sb

Te

Cl

klor

Ar

argon

35

36

brom

krypton

53

54

Br

I

Xe

silver kadmium indium

tenn

antimon

tellur

79

80

81

82

83

84

85

86

volfram rhenium osmium iridium

platina

guld

tallium

vismut

radon

110

111

113

114

115

polonium 116

astat

106

kvicksilver 112

117

118

ruther- dubnium seabor- bohrium hassium meitne- darm- röntge- copergium rium stadtium nium nicium fordium

nihonium

flerovium

mosko- liver- tenness oganesvium morium son

73

Ta

hafnium tantal 104

Rf

105

Db

period (visar antal elektronskal)

W

Sg

Re

107

Bh

Os

Ir

108

109

Hs

Mt

Pt

Ds

Au

Rg

Hg

Cn

Tl

Nh

Pb bly

Fl

Bi

Mc

Po

Lv

jod

Kr

molyb- tekne- rutenium rodium palladen tium dium 75 76 78 74 77

Hf

niob

Cr

C

14

Al

25

Ca

6

B

bor

24

Cs

He

helium

23

Rb

18 2

22

K

87

7

6

natrium magnesium 20 21 19

37

5

5

litium beryllium 11

4

4

väte 3

3

3

H

1

2

2

At

Ts

xenon

Rn

Og

I grupp 1 finns väte och alkalimetallerna. Alla atomer i grupp 1 har en enda valenselektron.

grundämnet i universum. Stjärnor består mest av väte, och det finns också stora moln av väte ute i rymden. Vi människor och andra organismer innehåller massor av väteatomer som är bundna i vatten eller till kolatomer i bland annat DNA och proteiner.

Alkalimetallerna Natrium, Na, finns i stora mängder i havsvattnet som vanligt koksalt, natriumklorid, NaCl.

Alkalimetaller är lätta och mjuka metaller. De kan skäras med kniv och har en silvervit färg, förutom cesium som är guldgul. Man kan inte hitta alkalimetallerna i ren form i naturen utan endast som kemiska föreningar med andra ämnen. Det beror på att de reagerar väldigt lätt med vatten och luftens syre.

Kemiska föreningar av natrium och kalium är vanliga i jordskorpan och är nödvändiga för levande organismer. Till exempel skickas nervsignaler i kroppen med hjälp av natrium och kalium.

Natrium finns dessutom i stora mängder i havsvattnet som vanligt koksalt, natriumklorid, NaCl. Alkalimetaller används också i batterier, till exempel litiumjonbatterier. Litium är en alkalimetall.

Grupp 17: Halogenerna Grundämnena i grupp 17 har sju valenselektroner och kallas halogenerna.

Ordet halogen betyder saltbildare. Halogenerna reagerar nämligen lätt med andra ämnen och bildar salter. Därför finns inte rena halogener i naturen men man kan framställa dem i laboratoriet eller i kemiska fabriker.

100

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

grupp (ger ledning om antal valenselektroner) 1 1

period (visar antal elektronskal)

Li

Na

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

4

5

Be

12

13

Mg

Al

25

kalium kalcium

titan

vanadin

krom

mangan

40

41

42

43

Ca

38

Sr

rubidium strontium 55 56

Ba

cesium barium

Fr

88

Ra

francium radium

B

bor

24

Cs

He

helium

23

Rb

18 2

22

K

87

7

6

natrium magnesium 19 20 21

37

5

5

litium beryllium 11

4

4

väte 3

3

3

H

1

2

2

Sc

skandium 39

Y

yttrium

Ti

Zr

zirkonium 72

V

Nb

Mo

Mn

Tc

26

Fe

järn 44

Ru

27

28

29

kobolt

nickel

koppar

45

46

47

Co

Rh

Ni

Pd

Cu

Ag

30

Zn

zink 48

Cd

C

kol 14

Si

alumikisel nium 31 32

Ga

Ge

In

Sn

7

N

8

O

9

F

10

Ne

kväve

syre

fluor

neon

15

16

17

18

P

S

fosfor

svavel

33

34

As

Se

gallium germa- arsenik selen nium 51 49 50 52

Sb

Te

Cl

klor

Ar

argon

35

36

brom

krypton

53

54

Br

I

jod

Kr

Xe

molyb- tekne- rutenium rodium palladen tium dium 75 76 78 74 77

silver kadmium indium

tenn

antimon

tellur

79

80

81

82

83

84

85

86

volfram rhenium osmium iridium

platina

guld

tallium

vismut

radon

110

111

113

114

115

polonium 116

astat

106

kvicksilver 112

117

118

ruther- dubnium seabor- bohrium hassium meitne- darm- röntge- copergium rium stadtium nium nicium fordium

nihonium

flerovium

mosko- liver- tenness oganesvium morium son

Hf

niob

Cr

6

73

Ta

hafnium tantal 104

Rf

105

Db

W

Sg

Re

107

Bh

Os

Ir

108

109

Hs

Mt

Pt

Ds

Au

Rg

Hg

Cn

Tl

Nh

Pb bly

Fl

Bi

Mc

Po

Lv

At

Ts

xenon

Rn

Og

period I (visar gruppantal 17 finns halogenerna. Alla atomer i grupp 17 har sju valenselektroner. elektronskal)

De vanligaste halogenerna är fluor, klor, brom och jod. De finns på jorden i olika salter. Forskare har framställt ytterligare två halogener.

Ren fluor och ren klor är gaser. Klor används bland annat för att döda bakterier i bassänger. I halogenlampor finns brom eller jod som gas. Halogenernas salter kallas fluorider, klorider, bromider och jodider.

Salterna är oftast kristaller som natriumklorid, NaCl, som är det vanliga koksaltet som vi har till maten. De är lättlösliga i vatten. I havsvatten finns mycket klorider och även en del bromider.

Den fluor som finns i tandkräm är oftast i form av det salt som heter natriumfluorid, NaF.

Tandkräm innehåller oftast fluor i form av natriumfluorid, NaF, för att stärka tandemaljen.

Grupp 18: Ädelgaserna Helium är den minsta atomen i grupp 18. Helium har två valenselektroner. Alla de andra grundämnena i grupp 18 har åtta valenselektroner. Ädelgaser är gasformiga grundämnen som har mycket svårt att bilda kemiska föreningar med andra grundämnen. Man säger att ädelgaser är väldigt stabila vilket betyder att de nästan aldrig reagerar med andra ämnen. Ingen annan grupp i periodiska systemet har så stabila grundämnen som grupp 18, ädelgaserna.

Näst efter väte är helium det vanligaste grundämnet i universum.

Radon är radioaktivt. Ungefär 1 procent av luften är ädelgaser, nästan bara argon, Ar. Helium, som är lättare än luft, används som fyllning i ballonger och luftskepp. Neon finns i lysande reklamskyltar.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

101

Ljus från neonrör är typiskt för lysande reklamskyltar. Röret är fyllt med en liten mängd ädelgas (till exempel neon). När man skickar en ström genom röret börjar det lysa. Neon ger röd färg, andra gaser ger andra färger. Ett neonrör kan lätt formas till exempelvis bokstäver. grupp (ger ledning om antal valenselektroner) 1 1

period (visar antal elektronskal)

Li

Na

6

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

4

5

Be

12

13

Mg

kalium kalcium

titan

vanadin

krom

mangan

40

41

42

43

38

Sr

rubidium strontium 55 56

Sc

skandium 39

Y

yttrium

Ba

cesium barium

Fr

88

Ra

francium radium

Ti

Zr

zirkonium 72

V

Nb

Mo

Mn

Tc

26

Fe

järn 44

Ru

27

28

29

kobolt

nickel

koppar

45

46

47

Co

Rh

Ni

Pd

Cu

Ag

30

Zn

zink 48

Cd

kol

Si

alumikisel nium 31 32

Ga

Ge

In

Sn

7

N

8

O

9

F

10

Ne

kväve

syre

fluor

neon

15

16

17

18

P

S

fosfor

svavel

33

34

As

Se

gallium germa- arsenik selen nium 51 49 50 52

Sb

Te

Cl

klor

Ar

argon

35

36

brom

krypton

53

54

Br

I

jod

Kr

Xe

xenon

molyb- tekne- rutenium rodium palladen tium dium 75 76 78 74 77

silver kadmium indium

tenn

antimon

tellur

79

80

81

82

83

84

85

86

volfram rhenium osmium iridium

platina

guld

tallium

vismut

radon

110

111

113

114

115

polonium 116

astat

106

kvicksilver 112

117

118

ruther- dubnium seabor- bohrium hassium meitne- darm- röntge- copergium rium stadtium nium nicium fordium

nihonium

flerovium

mosko- liver- tenness oganesson vium morium

Hf

niob

Cr

C

14

Al

25

Ca

6

B

bor

24

Cs

He

helium

23

Rb

18 2

period (visar antal elektronskal)

102

7

22

K

87

7

6

natrium magnesium 19 20 21

37

5

5

litium beryllium 11

4

4

väte 3

3

3

H

1

2

2

73

Ta

hafnium tantal 104

Rf

105

Db

W

Sg

Re

107

Bh

Os

Ir

108

109

Hs

Mt

Pt

Ds

Au

Rg

Hg

Cn

Tl

Nh

Pb bly

Fl

Bi

Mc

Po

Lv

At

Ts

Rn

Og

I grupp 18 finns ädelgaserna. Alla atomer i grupp 18 har åtta valenselektroner. Det enda undantaget är gruppens minsta atom (helium, He) som bara har ett elektronskal med två valenselektroner.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

Metaller och icke-metaller I periodiska systemet finns metaller, icke-metaller och halvmetaller.

De flesta grundämnena i periodiska systemet är metaller.

Rena metaller har vissa saker gemensamma: – de glänser – de leder värme bra – de leder elektricitet bra – de går att gjuta och smida.

Icke-metaller saknar minst en av dessa egenskaper. Icke-metallerna är ganska olika varandra och har inte några tydliga gemensamma egenskaper.

Blyertspennans spets består av icke-metallen kol, C, i form av grafit. Blyertsen är spröd och kan lätt brytas eftersom kol är en ickemetall.

Guld, Au, är en metall som kan gjutas, smidas, slipas och poleras.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

103

metaller halvmetaller icke-metaller

Skiss över periodiska systemet med metaller, halvmetaller och icke-metaller.

Grundämnena som ligger på gränsen mellan metallerna och icke-metallerna har egenskaper som påminner om både metaller och icke-metaller.

De kallas därför för halvmetaller. I grupperna 3–12 finns övergångsmetallerna. De är en sorts övergång mellan metallerna i grupperna 1–2 och grundämnena i högra delen av systemet. grupp (ger ledning om antal valenselektroner) 1 1

Li

Na

6

7

8

9

10

11

12

Be

5

13

Mg

25

kalium kalcium

titan

vanadin

krom

mangan

40

41

42

43

Sr

rubidium strontium 55 56

Cs

Sc

skandium 39

Y

yttrium

Ba

cesium barium

Fr

88

Ra

francium radium

period (visar antal elektronskal)

Ti

Zr

zirkonium 72

V

Nb

Mo

15

16

17

18 He

Mn

Tc

26

Fe

järn 44

Ru

27

28

29

kobolt

nickel

koppar

45

46

47

Co

Rh

Ni

Pd

Cu

Ag

30

Zn

zink 48

Cd

kol

Si

alumikisel nium 31 32

Ga

Ge

In

Sn

7

N

8

O

F

10

Ne

kväve

syre

fluor

neon

15

16

17

18

P

S

fosfor

svavel

33

34

As

Se

gallium germa- arsenik selen nium 51 49 50 52

Sb

Te

Cl

klor

Ar

argon

35

36

brom

krypton

53

54

Br

I

Xe

80

81

volfram rhenium osmium iridium

platina

guld

tallium

106

110

111

kvicksilver 112

113

114

115

ruther- dubnium seabor- bohrium hassium meitne- darm- röntge- copergium rium stadtium nium nicium fordium

nihonium

flerovium

mosko- liver- tenness oganesvium morium son

Ta

hafnium tantal 104

Rf

105

Db

W

Sg

Re

107

Bh

Os

Ir

108

109

Hs

Mt

Pt

Ds

Au

Rg

Hg

Cn

Tl

Nh

tenn

antimon

tellur

82

83

84

85

86

vismut

polonium 116

astat

radon

117

118

Pb bly

Fl

Bi

Mc

Po

Lv

jod

Kr

79

73

silver kadmium indium

9

molyb- tekne- rutenium rodium palladen tium dium 75 76 78 74 77

Hf

niob

Cr

C

14

Al

24

38

6

B

bor

23

Rb

14

helium

12

Ca

13

2

22

K

87

7

6

natrium magnesium 19 20 21

37

5

5

litium beryllium 11

4

4

4

metaller halvmetaller icke-metaller okända egenskaper

väte 3

3

3

H

1

2

2

At

Ts

xenon

Rn

Og

Grundämnena i grupperna 3–12 kallas övergångsmetaller.

Titta på bilden på periodiska systemet ovan. Över periodiska systemet står: ”ger ledning om antal valenselektroner”. För atomer i grupperna 1–2 och 13–18 vet vi hur många valenselektroner en atom har om vi vet i vilken grupp atomen finns.

Det är övergångsmetallernas ”fel” att vi inte alltid kan säga exakt hur många valenselektroner en atom har även om vi vet i vilken grupp atomen finns. Hos övergångsmetallerna finns inte samma tydliga mönster.

Varför det är så får du lära dig om du studerar kemi efter grundskolan.

104

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

1869 gjorde Dmitrij Mendelejev grundämnenas periodiska system och förutsåg existensen av flera då ännu ej upptäckta grundämnen.

Nyupptäckta grundämnen Forfarande upptäcks nya grundämnen. I slutet av 2010-talet upptäcktes nihonium (nummer 113), moskovium (nummer 115), tenness (nummer 117) och oganesson (nummer 118).

Det är Internationella kemiunionen (IUPAC) som bestämmer grundämnenas namn.

Mendelejevs periodiska system från 1871. Titta till exempel på ”Gruppe I” där Mendelejev har placerat litium, Li, natrium, Na, och kalium, K, som alla tre har likartade egenskaper.

De är mjuka metaller som man kan skära med kniv. Vi kallar metallerna i grupp 1 för alkalimetaller.

Mendelejev och periodiska systemet Det periodiska systemet skapades 1869 av den ryske forskaren Dmitrij Mendelejev. Hans system förklarade sambanden mellan egenskaperna och atommassorna för de 63 då kända grundämnena. Mendelejev ordnade tabellen på ett sådant sätt att ämnen med liknande egenskaper hamnade under varandra.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

105

Mendelejev lämnade också vissa platser tomma i sin tabell för grundämnen som ännu inte hade upptäckts. På en av dessa tomma platser hamnade grundämnet gallium när det upptäcktes 1875.

Sammanfattning @ Periodiska systemet är en tabell med alla grundämnen. Tabellens vågräta rader kallas perioder och de lodräta kolumnerna kallas grupper. @ I tabellen har man sorterat grundämnena efter stigande atomnummer (antal protoner i kärnan). Dessutom har man placerat grundämnen med liknande egenskaper i kolumner. @ För huvudgrupperna 1–2 och 13–18 är det lätt att veta hur många valenselektronerna är.

Grupp 1 har en valenselektron och grupp 16 har sex valenselektroner. Grupp 18 (ädelgaserna) har fullt yttersta skal, det vill säga två valenselektroner för helium (fullt K-skal) och åtta valenselektroner för övriga grundämnen i gruppen. @ En vågrät rad i periodiska systemet kallas period. Grundämnen i en och samma period har lika många elektronskal. @ I grupp 1 finns väte och alkalimetallerna. @ Väte, H, är det lättaste av alla grundämnen. Det är också det vanligaste grundämnet i universum. @ Alkalimetaller är lätta och mjuka metaller som reagerar häftigt med vatten.

106

@ Grundämnena i grupp 17 har sju valenselektroner och kallas halogenerna. Ordet halogen betyder saltbildare. @ Grupp 18 består av ädelgaserna.

Man säger att ädelgaser är väldigt stabila, vilket betyder att de nästan aldrig reagerar med andra ämnen. @ De flesta grundämnen är metaller. @ Rena metaller har vissa saker gemensamma: 1) de glänser, 2) de leder värme bra, 3) de leder elektricitet bra, 4) de går att gjuta och smida. @ Icke-metaller saknar minst en av metallernas egenskaper. @ Grundämnena som ligger på gränsen mellan metallerna och icke-metallerna har egenskaper som påminner om både metaller och icke-metaller. De kallas därför halvmetaller. @ I grupperna 3–12 finns övergångsmetallerna. De är en sorts övergång mellan metallerna i grupperna 1–2 och grundämnena i högra delen av systemet. @ Den tabell som kallas periodiska systemet skapades 1869 av den ryske forskaren Dmitrij Mendelejev. Med hjälp av sin tabell kunde han förutsäga upptäckten av flera grundämnen.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

KAPITEL 2

Materia är partiklar Periodiska systemet Instuderingsfrågor

Aktivitet: Ett grundämne

1. Vad kallas de vågräta raderna respektive lodräta raderna (kolumnerna) i periodiska systemet?

Presentera

2. Hur många valenselektroner har grundämnena i grupp 2 respektive 17?

3. Vad är gemensamt för grundämnen som står i samma period?

4. Vad är gemensamt för grundämnen i samma grupp?

5. Hur betecknas elektronskalen?

6. Vad kallas de metalliska grundämnena i grupp 1?

7. Vad betyder ordet halogen?

Jobba parvis. Ta reda på fakta om en metall, en icke-metall eller en halvmetall.

Var finns grundämnet i periodiska systemet?

Använder vi just detta grundämne för att tillverka något? Har grundämnet någon funktion i organismer? Och så vidare.

Var källkritiska när ni väljer faktakällor.

Håll en femminuters muntlig presentation för klassen. Ge återkoppling på varandras presentationer med metoden ”Two Stars and a Wish”, det vill säga berätta två positiva saker om presentationen och ge ett förslag på möjlig förbättring.

8. Varför är ädelgaserna stabila?

9. Vad har metaller gemensamt?

10. Vem skapade periodiska systemet?

När?

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

107

Bilden: En molekyl är atomer som sitter ihop.

Molekyler Var finns det molekyler? Vi består av molekyler. Vi äter molekyler. Vi bygger hus av molekyler. Tyg och möbler består av molekyler. Det är ganska svårt att komma på något i våra liv som inte är beroende av molekyler.

Men vad är molekyler egentligen? Jo, en molekyl är helt enkelt minst två atomer som sitter ihop genom att de delar på elektroner. Lätt, eller hur?

Ord och begrepp Atom är den minsta delen av ett grundämne.

Cellandning är cellens sätt att få energi.

I cellandningen reagerar glukos med syre till koldioxid och vatten.

Kovalent bindning bildas när två eller flera atomer delar på ett eller flera elektronpar och bildar en molekyl.

Molekyl är flera atomer som sitter ihop.

Elektron är en av de partiklar som en atom är uppbyggd av. Elektronen är negativt laddad.

Valenselektron är en elektron i det yttersta elektronskalet hos ett grundämnes atomer.

Elektronskal är särskilda energinivåer runt atomkärnan där elektronerna finns.

Ädelgaser är mycket stabila gasformiga grundämnen i grupp 18 i periodiska systemet.

Fotosyntes är när växter och alger bildar glukos av koldioxid, vatten och ljusenergi.

Syre bildas som en rest.

Ädelgasstruktur innebär att en atom har fullt yttersta elektronskal.

Koldioxid är molekylen CO2.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. | Några produkters livscykler och påverkan på miljön. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

109

Atomer som sitter ihop En molekyl är minst två atomer som är sammanbundna med en eller flera kemiska bindningar. Men det är inte vilka kemiska bindningar som helst. Atomerna i en molekyl sitter ihop med kovalent bindning.

Kovalent bindning kallas också elektronparbindning eftersom varje bindning består av två elektroner.

En modell av en vattenmolekyl. Röd kula är en syreatom och vita kulor är väteatomer.

Den här typen av molekylmodell kallas pinn-och-kulmodell. Kulorna är atomer och pinnarna är kovalenta bindningar. Varje pinne är två elektroner.

En vätemolekyl har kemisk symbol H2. Symbolen H2 betyder att vätemolekylen består av två stycken väteatomer.

Med kemins språk kan man skriva en kovalent bindning med ett streck, H-H, eller två punkter, H:H (en kovalent bindning består ju av två elektroner). Men det kortaste sättet är att helt enkelt skriva H2. en väteatom H

två väteatomer 2H

en vätemolekyl H2 eller ...

H-H eller ...

H:H

tre vätemolekyler 3H2

Kemins språk går ofta ut på att förenkla beskrivningen av kemiska ämnen och reaktioner.

Här visas väteatomer och vätemolekyler som kulmodeller. Oftast ger man väteatomen vit färg i modeller. I verkligheten har atomer ingen färg.

110

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

Med kemins språk betyder 2H två stycken väteatomer. Jämför med H2 som betyder en enda vätemolekyl med två väteatomer.

Atomer – två stycken väteatomer skrivs 2H – tre stycken väteatomer skrivs 3H – fyra stycken väteatomer skrivs 4H och så vidare.

Molekyler – två stycken vätemolekyler skrivs 2H2 – tre stycken vätemolekyler skrivs 3H2 – fyra stycken vätemolekyler skrivs 4H2och så vidare.

Dessa två elektroner cirklar runt båda atomkärnorna. Därmed cirklar åtta valenselektroner kring båda atomkärnorna och de får ädelgasstruktur.

M L K

7e8e- 2e

kloratom symbol: Cl laddning: 0 valenselektroner: 7 totalt antal elektroner: 17 protoner: 17

M L K

7e8e- 2e

kloratom symbol: Cl laddning: 0 valenselektroner: 7 totalt antal elektroner: 17 protoner: 17

M L K

8e8e- 2e

M L K

8e8e2e-

klormolekyl symbol: Cl₂ laddning: 0

Två kloratomer kan slå sig ihop till en klormolekyl. Båda kloratomerna får då fullt yttersta elektronskal, det vill säga ädelgasstruktur med åtta elektroner.

Ädelgasstruktur Men varför ”vill” atomer hänga ihop som molekyler? Jo, atomer ”vill” ha fullt yttersta elektronskal. Fullt yttersta elektronskal är detsamma som ädelgasstruktur. Ett sätt att uppnå ädelgasstruktur för atomerna är att samsas om elektroner. Man säger att atomerna delar på elektroner.

De delade elektronerna cirklar kring båda atomkärnorna och räknas därför som att de tillhör båda atomerna.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

111

en väteatom H

två väteatomer 2H

en vätemolekyl H2 eller ...

H-H eller ...

H:H

tre vätemolekyler 3H2

Väte på flera sätt.

Titta på bilden ovan. Genom att dela elektroner kan väteatomen få ädelgasstruktur, det vill säga två elektroner i det lilla K-skalet. K-skalet blir ju fullt med bara två elektroner. Jämför med ädelgasen helium, He, som har fullt K-skal. helium He

neon Ne

2e-

K

L K

argon Ar M L K

8e2e-

8e8e2e-

Ädelgaserna helium, neon och argon har fulla yttersta elektronskal, det vill säga ädelgasstruktur.

Ädelgaserna helium, neon och argon har fulla yttersta elektronskal, det vill säga ädelgasstruktur. De är ju själva ädelgaser! Ädelgasstruktur innebär två valenselektroner för helium och åtta valenselektroner för resten av ädelgaserna. Ädelgaserna ”är nöjda” men andra atomer ”vill” gärna ha ädelgasstruktur.

Du vet redan att vattenmolekylen består av en syreatom och två väteatomer. Varför är det så? Varför är det inte två syreatomer och två väteatomer eller en syreatom och en väteatom? Jo, det beror på atomernas ”vilja” att få ädelgasstruktur. syreatom L K

6e2e-

Om två stycken väteatomer delar elektron med en syreatom får alla atomer ädelgasstruktur.

112

väteatom H K

vattenmolekyl H₂O

1e-

två gemensamma elektronpar som delas mellan väte och syre

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

Titta på bilden längst ner på föregående sida. Med exakt en syreatom och exakt två väteatomer får man en molekyl med ädelgasstruktur.

Syreatom och väteatomer delar två stycken elektronpar (2+2 elektroner). Syreatomen har ytterligare fyra valenselektroner: – Totalt antal elektroner i yttersta skalet för väte blir 2 elektroner, det vill säga ädelgasstruktur för väte.

– Totalt antal elektroner i yttersta skalet för syre blir 8 elektroner (2+2+4), det vill säga ädelgasstruktur för syre.

koldioxid fotosyntes

cellandning

CO2

dött organiskt nedbrytning material

Koldioxidmolekyler tas isär i fotosyntesen och byggs ihop i cellandning.

Molekyler i naturen En del molekyler delas upp och byggs ihop igen i ett ständigt kretslopp i naturen. Så är det till exempel för koldioxidmolekylen, CO2.

Koldioxidmolekylen består av en kolatom och två syreatomer och ingår i kolets kretslopp. Koldioxid från luften binds av växterna i fotosyntesen och hamnar i sockermolekyler, till exempel glukos.

Vi människor och andra djur kan äta sockermolekylerna som finns i växter och använda i vår cellandning för att få energi. I cellandningen byggs kolatomer och syreatomer ihop till koldioxidmolekyler. Vi andas ut koldioxid som åter hamnar i luften och kan bindas av växter i fotosyntesen.

Koldioxidmolekylen tas alltså isär och byggs ihop i ett ständigt kretslopp. Andra molekyler stannar kvar länge i naturen.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

113

Sillgrisslan har ägg som är päronformiga, vilket minskar risken för att de ska rulla ner från klippan.

Det har blivit mindre giftig PFOS i sillgrisslans ägg de senaste åren.

En grupp av ämnen kallas PFAS och används som beläggning i stekjärn (Teflon®), som brandsläckningsmedel med mera. PFAS är väldigt svåra att bryta sönder till atomer – det är just därför som de är så bra som skydd i stekpannor. Tyvärr har det visat sig att PFAS är giftiga. Eftersom PFAS både är giftiga för levande varelser och stannar kvar länge i naturen är PFAS miljögifter.

PFOS är en typ av PFAS. Forskare har i många år mätt miljögiftet i ägg från fågeln sillgrissla. Det har blivit mindre gift i sillgrisslans ägg de senaste åren.

PFOS-halt (nanogram per gram våtvikt) 1 500

1 000

500

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

PFOS är en typ av PFAS. I många år har man mätt halten av detta miljögift i ägg från fågeln sillgrissla. Forskare har samlat ägg på ön Stora Karlsö vid Gotland och analyserat halten av PFOS i äggen. Glädjande nog har halterna minskat på senare år.

Sammanfattning @ En molekyl är minst två atomer som är sammanbundna med kovalenta bindningar.

@ Ädelgasstruktur innebär att en atom har fullt yttersta elektronskal.

@ Elektronparbindning är ett annat ord för kovalent bindning.

@ I en molekyl samsas atomer om elektroner.

@ Man kan skriva en kovalent bindning med ett streck, H-H, eller två punkter, H:H. @ Atomer ”vill” slå sig samman till molekyler för att få ädelgasstruktur.

114

@ En del molekyler delas upp och byggs ihop igen ganska snabbt i ett ständigt kretslopp i naturen.

Så är det till exempel med koldioxid. Andra molekyler är väldigt stabila och kan därför bli miljögift.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

KAPITEL 2

Materia är partiklar Molekyler Instuderingsfrågor

Aktivitet: Några molekyler

1. Vad är en molekyl?

Bygga

2. Hur många elektroner ingår i en kovalent bindning?

Här behövs en molekylbyggsats. Om det inte finns molekylbyggsatser till klassen går det också att rita och färglägga.

Kolatomer ska vara svarta, syreatomer ska vara röda och väteatomer ska vara vita.

3. Ge exempel på tre sätt att skriva en vätemolekyl.

4. Hur får atomerna i en vattenmolekyl ädelgasstruktur?

5. Hur många elektroner måste syreatomerna dela med till exempel väteatomer för att få ädelgasstruktur, det vill säga fullt yttersta skal?

Ta reda på hur molekyler av koldioxid, metan, vatten och väte är uppbyggda och bygg eller rita molekylerna.

6. Hur många atomer ingår i en ammoniakmolekyl, NH3?

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

115

Bilden: Om man hettar upp metaller ordentligt går de att smida till nya former.

Kemiska bindningar Du vet att metaller är bra på att leda värme och elektrisk ström. Om du känner på ett räcke av järn utomhus på vintern så känns det mycket kallare jämfört med ett räcke av trä. Det beror på att järnräcket leder bort värme från din hand.

Dessutom går det att smida metaller till nya former. Men varför kan man inte smida en bit koksalt, NaCl? Jo, det beror på att det är olika typer av kemiska bindningar i metaller och koksalt. I metall finns metallisk bindning och i koksalt finns jonbindning.

Här ska vi titta närmare på metallisk bindning, jonbindning och kovalent bindning.

Ord och begrepp Jonbindning är den typ av kemisk bindning som håller ihop positiva och negativa joner.

Kemisk bindning är en dragningskraft mellan atomer som gör att de kan binda sig till varandra.

Metallisk bindning är en kemisk bindning som finns i metaller och som följer av att fria elektroner rör sig i hela metallbiten.

Metallisk bindning kallas också metallbindning.

Kovalent bindning är en typ av kemisk bindning där atomer binds ihop genom att gemensamma elektronpar cirklar runt båda atomerna. Kovalent bindning kallas också elektronparbindning.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

117

Vad är kemisk bindning?

Kemisk bindning är en dragningskraft mellan atomer som gör att de kan binda sig till varandra.

Ett ämnes egenskaper beror inte bara på vilka atomer det är uppbyggt av utan också på hur atomerna är bundna till varandra. Till exempel har koksalt, NaCl, diamant, C, och koppar, Cu, olika egenskaper på grund av att de har olika slag av kemisk bindning. En lösning av koksalt och en tråd av koppar leder elektrisk ström. Däremot leder inte diamant ström.

Det finns flera typer av kemisk bindning. De vanligaste är jonbindning, kovalent bindning och metallisk bindning.

Jonbindning Atomer av en del grundämnen har lätt att avge en elektron, och då blir atomerna positivt (+) laddade. Atomer av andra grundämnen har i stället lätt att ta upp en extra elektron och blir då negativt (–) laddade. Atomer som är positivt eller negativt laddade kallas joner. Mellan en positiv och en negativ jon finns en elektrisk dragningskraft som håller ihop dem.

Det kallas att de två jonerna hålls ihop med jonbindning.

I en bit koksalt, NaCl, sitter varje natriumjon omgiven av kloridjoner och varje kloridjon sitter omgiven av natriumatomer.

118

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

I en natriumkloridkristall hålls de positiva och negativa jonerna samman med hjälp av elektriska krafter.

Kovalent bindning H

En annan typ av kemisk bindning är kovalent bindning. Kovalent bindning kallas också elektronparbindning. Kovalent bindning uppstår mellan två atomer som ”delar” på två eller flera elektroner. Elektronerna förs inte över till den ena eller den andra atomen som i jonbindningen, men delas gemensamt av de två atomerna. Atomerna binds ihop genom att elektronparet cirklar runt båda atomerna.

Man säger att den kovalenta bindningen är ”enkel” om ett par (två) elektroner är inblandade. På samma sätt kan dubbel- eller trippelbindningar skapas om två eller tre par elektroner är inblandade.

O

O

O₂

H

H

H

H

molekylformel

O = O strukturformel (dubbelbindning)

I en syremolekyl, O2, delar de två syreatomerna på två elektronpar. Därmed får båda H syreatomerna ädelgasstruktur (åtta valenselektroner). Eftersom bindningen består av två elektronpar kallas den dubbelbindning. Endast valenselektronerna är utritade.

N

N₂

molekylformel

N N strukturformel (trippelbindning)

I en kvävemolekyl, N2, delar kväveatomerna på tre elektronpar. Bindningen är mycket stark och kallas trippelbindning. Kvävemolekyler reagerar nästan inte alls med andra ämnen eftersom trippelbindningen är så stark. Endast valenselektronerna är utritade.

C H

H H

H

C

H

H Strukturformeln för metan, CH4.

Om vi skriver varje elektronparbindning som ett streck får vi i stället metanmolekylens strukturformel. Varje streck är alltså detsamma som två elektroner och kallas enkelbindning.

Metallisk bindning Metaller leder elektrisk ström bra. Det beror på att elektronerna i metallatomernas yttersta elektronskal kan röra sig fritt i hela metallbiten.

Elektroner kan alltså lätt röra sig från den ena änden av till exempel en koppartråd till den andra änden. Elektroner i rörelse är ju en elektrisk ström.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

C H

Bilden visar elektronerna i atomernas yttersta elektronskal, valenselektronerna. Kolatomen har fyra valenselektroner och behöver låna fyra till för att uppnå ädelgasstruktur (åtta valenselektroner), till exempel från fyra väteatomer. Alla atomer i molekylen får då ädelgasstruktur.

H

N

C

H

119

H

delokaliserade elektroner

En bit metall, till exempel en koppartråd, är positiva metalljoner i ett moln av utspridda valenselektroner. Eftersom valenselektronerna är utspridda, det vill säga inte har någon speciell plats (lokal), säger man att de är delokaliserade.

En bit metall består av positiva metalljoner som omges av elektroner som far omkring runt flera metalljoner. Flera atomer delar på de fria elektronerna, och atomerna blir därför mycket starkt bundna till varandra. Det kallas metallisk bindning, eller metallbindning.

Metaller är bra på att leda elektrisk ström. När en elektron skickas in i ena änden av en metall åker nästan omedelbart en annan elektron ut från den andra änden.

Tack vare elektronmolnet kan atomerna i en metall förskjutas i förhållande till varandra, vilket gör metallen smidbar.

Sammanfattning @ Kemisk bindning är en dragningskraft mellan atomer som gör att de kan binda sig till varandra. @ De vanligaste kemiska bidningarna är jonbindning, kovalent bindning och metallisk bindning (eller metallbindning). @ Jonbindning innebär att positiva och negativa joner hålls samman med hjälp av elektriska krafter.

@ Metallisk bindning innebär att ett gemensamt elektonmoln rör sig mellan alla atomer i metallen.

En bit metall består alltså av positiva metalljoner som är inbäddade i ett gemensamt moln av elektroner. Eftersom elektronerna kan röra sig så fritt är metaller bra på att leda elektrisk ström och värme.

@ Kovalent bindning kallas också elektronparbindning. I kovalent bindning binds atomer ihop genom att gemensamma elektronpar cirklar runt båda atomerna.

120

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

KAPITEL 2

Materia är partiklar Kemiska bindningar Instuderingsfrågor

Aktivitet: Tre kemiska bindningar

1. Vilken laddning får jonen om atomen avger elektroner?

Beskriva

2. Vilken laddning får jonen om atomen tar upp elektroner?

3. Hur kan man enkelt förklara jonbindning?

4. Vad skiljer kovalent bindning från jonbindning?

Beskriv de tre typerna av kemiska bindningar: – jonbindning – kovalent bindning – metallisk bindning.

5. Vad utmärker metallbindning?

6. Varför är metaller goda ledare för elektrisk ström?

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

121

Bilden: Socker är ett rent ämne som är en kemisk förening mellan syre, kol och väte. Läsk är en blandning av flera kemiska ämnen. I fallet med läsk är blandningen en lösning.

Klassificera och separera materia Har du sett någon materia i dag? Det har du säkert. Allt som kan vägas är nämligen materia. Växter och djur kan vägas – alltså är de materia. Luft kan vägas – alltså är luft materia. Materia kan alltså vara väldigt olika saker.

För att få ordning på allt det här kan vi klassificera materian på olika sätt.

Ord och begrepp Avdunstning är omvandling av ett ämne från fast eller flytande form till en gas.

Legering är en fast lösning där minst ett ämne är en metall.

Destillation är en teknik för att separera vätskor med olika kokpunkter i en blandning.

Lösning är en homogen blandning, det vill säga en blandning där man inte kan se olika beståndsdelar.

Heterogen betyder att något består av delar som är olika varandra.

Homogen betyder att något består av delar som är lika varandra.

Indunstning är ett sätt att separera vätska från en lösning av ett ämne genom att låta vätskan avdunsta.

Jonförening är en kemisk förening som är uppbyggd av joner.

Kemisk förening eller bara förening är ett ämne som består av minst två sorters atomer.

Materia är något som har en massa, det vill säga kan vägas.

Metaller är en stor grupp av grundämnen som leder elektricitet och värme bra.

De flesta grundämnena är metaller.

Molekylförening är en kemisk förening som består av molekyler.

Por är ett hål eller en kanal i ett material.

Separera är att dela upp något i beståndsdelar.

Klassificera är att dela in något i grupper (klasser) efter någon regel, till exempel färg eller smak.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Separations- och analysmetoder, till exempel filtrering, fällning, pH-mätning och identifikation av ämnen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

123

Jordgubbssaft är en homogen blandning (medan jordgubbssylt är en heterogen blandning).

Hur klassificeras materian?

Materia kan antingen vara blandningar av olika ämnen eller rena ämnen.

Rena ämnen Rena ämnen kan vara grundämnen (som bara består av en enda slags atomer) eller kemiska föreningar och bestå av fler än en sorts atomer.

Det finns tre typer av grundämnen. Ett grundämne kan vara antingen en metall (som järn, Fe) eller en icke-metall (som svavel, S). Det finns också en grupp ämnen som har några men inte alla egenskaper som kännetecknar metaller. Sådana grundämnen kallas halvmetaller. Kisel, Si, är ett exempel på en halvmetall.

Det finns också olika typer av kemiska föreningar. En typ är jonföreningar (salter), där vanligt koksalt, NaCl, är ett exempel. En annan typ är molekylföreningar, till exempel vatten, H2O. 124

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

Blandningar Det finns två typer av blandningar: – homogen blandning – heterogen blandning.

Homogena blandningar En homogen blandning (av grekiskans homo = samma och gen = skapad) ser exakt likadan ut tvärs igenom hela blandningen. Det går inte att urskilja några detaljer i den. En homogen blandning kallas lösning.

Lösningar kan i sin tur vara flytande, fasta eller i gasform. Jordgubbssaft är ett exempel på en flytande lösning, men i labbet kanske man tänker mer på saltlösningar, sura lösningar och mycket annat. materia

blandning

rent ämne

homogen blandning = lösning

heterogen blandning

grundämne

metall

halvmetall

icke-metall

kemisk förening

jonförening

molekylärt ämne

Allt som kan vägas är materia. Materia kan klassificeras som på den här bilden.

Fasta lösningar kallas legeringar. I en legering har man blandat två eller flera metaller (och ibland andra ämnen) för att få fram särskilda egenskaper. Brons är ett bra exempel på en legering. Brons är en blandning av koppar och tenn. Koppar är en ganska mjuk metall och kan inte användas för att tillverka spjutspetsar och svärd. Under bronsåldern började man blanda i tenn i kopparn. Blandningen (lösningen) av tenn och koppar blev hård och kunde smidas och slipas till vassa föremål.

Luften omkring oss är ett bra exempel på en lösning i gasform. Luften består ju av kvävgas, N2, syrgas, O2, koldioxid, CO2, vattenånga, H2O, och en rad andra gaser.

Heterogena blandningar En heterogen blandning (av grekiskans hetero = olika) skiljer sig från en homogen blandning på så vis att det går att urskilja olika delar av den.

Skolans minestronesoppa, som innehåller både buljong och pastabitar, är ett exempel på en heterogen blandning. Heterogena blandningar kan också vara fasta. I granit, en typ av bergart som är vanlig i Sverige, kan man urskilja korn av olika mineraler. Granit är alltså en heterogen blandning.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

Den gråa graniten är en fast, heterogen blandning.

125

Vid atlantkusten i Guérande i nordvästra Frankrike producerar man salt genom indunstning.

Vatten får avdunsta från saltvatten och kvar blir då saltet.

Några separationsmetoder Kemister har ända sedan medeltiden utvecklat en mängd olika metoder för att separera ämnen som finns i en blandning.

Indunstning Många fasta ämnen, till exempel salt och socker, går att lösa i vatten.

Om man sedan vill separera det lösta ämnet från vattnet kan man låta lösningen indunsta.

När man ska indunsta en lösning av till exempel salt i vatten så ställer man sin lösning på ett varmt och torrt ställe och låter vattnet avdunsta.

Kvar blir endast en fast rest av det som tidigare var löst i vattnet. Om man låter indunstningen ta lång tid kan det bildas kristaller av det lösta ämnet.

Man använder indunstning för att framställa havssalt. Då leder man in havsvattnet i grunda bassänger som kallas saliner. Där får vattnet sakta avdunsta och det välsmakande havssaltet blir kvar.

126

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

Filtrering Ett bra sätt att separera fasta ämnen från flytande är genom att filtrera dem.

Om du någon gång har bryggt kaffe eller te så är det separation med hjälp av filtrering som du har gjort. Genom att variera filtrets sammansättning, och framför allt porernas (hålens) storlek i filtret, kan man välja att filtrera bort olika stora partiklar.

En tesil behöver till exempel inte vara särskilt finmaskig; tebladen är rätt stora, och hålls lätt tillbaka av en sil. För att filtrera kaffepulver från vattnet behövs i stället ett filtrerpapper. En del filtrerpapper har så små porer att de till och med kan filtrera bort bakterier från vatten.

Filtrering pågår.

Med hjälp av en separationstratt kan du separera två vätskefaser från varandra.

Separationstratt Två vätskor som inte löser sig i varandra kommer att bilda två faser.

Den ena vätskan lägger sig ovanpå den andra. Det händer till exempel om man blandar en dressing av lite olivolja och vinäger. Oljan, som har lägre densitet än vinägern, flyter ovanpå vinägern.

För att separera lager av flytande ämnen kan man använda en separationstratt. Det är en långsmal tratt med kran längst ner. Genom att sakta tappa ut den undre fasen genom kranen kan man skilja de två vätskorna från varandra.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

127

Destillation

En vanlig destillationsuppställning i labbet.

Två vätskor som är lösta i varandra kan vi ofta separera med hjälp av destillation. Då utnyttjar man att de två vätskorna har olika kokpunkt.

Man hettar upp lösningen till en temperatur som är högre än den ena vätskans kokpunkt men lägre än den andra vätskans kokpunkt.

Om vi till exempel vill destillera av alkohol från vatten hettar vi upp lösningen till någonstans mellan 78,3 och 100 °C. Då stiger ångor av etanol (ren sprit) upp och leds bort genom en kylkolv. Det mesta av vattnet stannar kvar och på det viset separeras alkoholen från vattnet.

Sammanfattning @ Allt som kan vägas är materia. @ En bit materia är antingen ett rent ämne eller en blandning av rena ämnen. @ Rena ämnen kan vara grundämnen (som bara består av en enda slags atomer) eller kemiska föreningar och bestå av fler än en sorts atomer. @ Ett grundämne är antingen metall, icke-metall eller halvmetall.

@ En blandning är antingen homogen eller heterogen. Homogena blandningar kallas lösningar. @ Lösningar kan vara fasta, flytande eller gasformiga. Legeringar är fasta lösningar och luft är exempel på en gasformig lösning. @ Indunstning, filtrering, separation med separationstratt och destillation är olika separationsmetoder.

@ Kemiska föreningar är antingen jonföreningar eller molekylföreningar.

128

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

KAPITEL 2

Materia är partiklar Klassificera och separera materia Instuderingsfrågor

Aktivitet: Separera järn, sand och salt

1. Vad är skillnaden mellan ett grundämne och en kemisk förening?

Beskriva

2. Vilka två typer av blandningar finns det?

3. Ge exempel på en fast och en gasformig lösning.

Tänk dig att du har en blandning av små korn av järn, sand och salt. Hur skulle du kunna separera järn, sand och salt från varandra?

Hur skulle du göra? Vilken utrustning skulle du behöva?

4. Vad separerar man vid indunstning?

5. Vad separerar man vid filtrering?

6. Hur kan man separera två vätskefaser, till exempel olja och vatten, från varandra?

7. Hur kan man skilja två vätskor i en lösning från varandra?

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

129

LABORATION

Jonförening eller molekylförening?

Syfte För att en elektrisk ström ska kunna ledas måste det finnas rörliga, laddade partiklar. I en vanlig kopparsladd är det elektronerna som rör sig. I en jonförening löst i vatten är det i stället jonerna som leder strömmen. Eftersom molekylföreningar inte är uppbyggda av joner leder de inte ström i vattenlösning. Därför kan du ta reda på om ett ämne är en molekylförening eller jonförening genom att testa dess förmåga att leda ström i vattenlösning.

En kemisk förening kan bestå av molekyler eller vara en jonförening. En sak som skiljer kemiska föreningar åt är förmågan att leda ström i en vattenlösning.

I den här laborationen ska du använda en doppelektrod för att undersöka ett antal olika ämnen. Doppelektroden består av en lampa kopplad till en strömkälla. Två långa elektroder sticks ner i lösningen. Om lösningen leder ström sluts kretsen och lampan börjar lysa.

Doppelektrod.

Materiel

130

– avjonat vatten, H2O

– kaliumsulfat, K2SO4

– natriumklorid, NaCl

– kopparklorid, CuCl2

– etanol, C2H5OH

– magnesiumsulfat, MgSO4

– glukos, C6H12O6

– glykol, C2H4(OH)2

– kaliumklorid, KCl

– ammoniumklorid, NH4Cl

– kaliumnitrat, KNO3

– aluminiumsulfat, Al2(SO4)3

– doppelektrod med spänningskälla – provrör (tillräckligt låga och vida för att doppelektroden ska kunna få plats) eller bägare, 10 ml.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

Utförande Rita av eller kopiera tabellen nedan. Testa ledningsförmågan för vart och ett av de angivna ämnena. Om ämnet är fast kan du lösa en knivsudd (ungefär ½ kryddmått) av ämnet i några cm3 avjonat vatten. Om ämnet är flytande kan du hälla några cm3 i provröret och mäta direkt på det. Ämne

Formel

destillerat vatten

H2O

natriumklorid

NaCl

etanol

C2H5OH

glukos

C6H12O6

kaliumklorid

KCl

kaliumnitrat

KNO3

kaliumsulfat

K2SO4

kopparklorid

CuCl2

magnesiumsulfat

MgSO4

glykol

C2H4(OH)2

ammoniumklorid

NH4Cl

aluminiumsulfat

Al2(SO4)3

Ledningsförmåga

Föreningstyp

Redovisning

Riskbedöming

Skriv reaktionsformler som visar hur ämnet går från fast till lösning för alla de ämnen som du har funnit är jonföreningar. Skriv formeln med aggregationsformer som i det här exemplet:

Laborationen är inte riskfylld. En del av ämnena kan ge fläckar på kläderna. Därför ska skyddsrock bäras under hela laborationen.

Läraren ger en fullständig instruktion om risker och riskhantering.

NaCl(s) → Na+(aq) + Cl–(aq) Skriv molekylformeln för alla de ämnen som du har funnit är molekylföreningar.

Skriv en laborationsrapport om din lärare säger att du ska göra det.

NE KEMI 7– 9 –––– 2. MATERIA ÄR PARTIKLAR

131

KAPITEL 3

Luften

Bilden: Vi människor behöver lite hjälp för att hålla oss kvar i luften.

Atmosfären Vi skulle ha väldigt svårt att leva utan luft. Trots det smutsar vi ner luften med föroreningar från industrier, bilar och flygplan. Här ska vi titta närmare på atmosfären och vad som finns i den.

Ord och begrepp Ammoniak är molekylen NH3.

Atmosfär är ett gashölje som omger en planet eller annan himlakropp.

Atmosfären är jordens atmosfär.

Koldioxid är molekylen CO2.

Luft är den gasblandning som bildar jordens atmosfär.

Mesosfären är den del av atmosfären som finns på 50–80 kilometers höjd.

Metan är molekylen CH4.

Ozon är molekylen O3.

Stratosfären är den del av atmosfären som finns på 10–50 kilometers höjd. I stratosfären finns ozonskiktet.

Termosfären är den del av atmosfären som finns på 80–100 kilometers höjd.

Troposfären är den del av atmosfären som ligger närmast jordytan, upp till cirka 10 kilometers höjd.

UV-strålning är förkortning för ultraviolett strålning. UV-strålning är samma typ av strålning som synligt ljus men den har högre energi och kan därför skada till exempel DNA.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

135

Meteorer brinner upp i atmosfären på ungefär 100 kilometers höjd. Ibland kan det se ut som ett meteorregn, till exempel när Perseiderna träffar jorden varje år i augusti.

Atmosfären – gashöljet kring jorden

Vad innehåller luften?

– Kväve, N2: 78 procent – Syre, O2: 21 procent – Övriga ämnen: 1 procent.

Atmosfär är ett lager av gas som finns runt en himlakropp, till exempel en planet. Planeten jordens atmosfär består av luft. Men atmosfärer runt andra planeter kan ha helt annat innehåll än luft. Till exempel består atmosfären runt Mars mest av koldioxid, CO2.

När vi säger bara ”atmosfären” menar vi just jordens atmosfär. Atmosfären är alltså gashöljet kring jorden. Atmosfären ligger mellan jordytan och rymden och är skådeplatsen för allt väder.

Den gasblandning som bildar jordens atmosfär kallas luft. Luften består till allra största delen av kväve, N2, syre, O2, ädelgasen argon, Ar, och vattenånga, H2O. Resten är bland annat koldioxid, CO2, metan, CH2, och ozon, O3.

Atmosfären bildas När jorden bildades för cirka 4,6 miljarder år sedan fanns det ingen atmosfär. Vattenånga, koldioxid, metan, ammoniak och andra gaser från jordens inre tog sig långsamt upp till jordytan, men där slogs de sönder av solens strålar. Då bildades det bland annat kvävgas, som blev början till jordens atmosfär. I början bestod atmosfären mest av kväve, men så småningom ökade mängden syre.

Syret, O2, bildades först när fotosyntesen hade utvecklats under evolutionens gång. Det bildades även andra gaser, till exempel ozon, O3, som skyddar mot solens UV-strålning.

136

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Atmosfärens skikt Atmosfären kan delas in i fyra skikt. Den del som ligger närmast jorden och sträcker sig cirka 10 kilometer upp kallas troposfären.

Stratosfären når från 10 till 50 kilometer, mesosfären sträcker sig från 50 till 80 kilometer och termosfären når från 80 till cirka 100 kilometer.

Troposfären De flesta väder och väderfenomen uppstår i troposfären, till exempel moln, regn, dimma och åska. Det blir kallare ju högre upp man kommer i troposfären. Det beror på att solens strålning värmer jorden. På grund av luftens strömningar i troposfären sjunker temperaturen med höjden och når ett minimum vid tropopausen, som är gränsen mot stratosfären. Temperaturen vid jordytan påverkas av hur atmosfären ser ut. Till exempel är mängden växthusgaser i atmosfären viktig för temperaturen vid jordytan. Om det finns mycket växthusgaser i atmosfären blir det alltså varmare på jorden. Men även andra saker, som mängden moln och partiklar, exempelvis sot, i atmosfären påverkar temperaturen vid jordytan.

Atmosfärens skikt, höjd i km temperatur

100

upp till 1 700 ˚C

Norrsken Norrsken är ett ljussken som man kan se ibland på nätterna i de nordliga delarna av jorden. Oftast ser man norrsken bara norr om polcirkeln, i Sverige i norra Norrbotten och norra Lappland.

Men särskilt starka norrsken kan man se i hela landet. Ett starkt norrsken kan lysa upp himlen i gröna och röda färger, ibland även violett. Vissa norrsken böljar ungefär som gardiner i vinddrag.

Norrsken bildas vid ungefär 100 kilometers höjd i atmosfären.

Det uppstår genom att atmosfärens syre- och kväveatomer påverkas av laddade partiklar från solen som har fångats in av jordens magnetfält.

Norrsken har i historisk tid förklarats som återspeglingar av havens fiskstim eller resultatet av trolldomskonst.

Numera vet vi tack vare vetenskap att norrsken uppstår när laddade partiklar från solen kolliderar med atomer i jordens atmosfär.

termosfären

90 80

mesopausen

-100 ˚C

70 mesosfären

60 50

stratopausen

0 ˚C

40 30

stratosfären

Norrsken.

20 10

tropopausen

-50 ˚C

troposfären

Atmosfärens skikt kallas troposfären, stratosfären, mesosfären och termosfären.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

137

Stratosfären Temperaturen stiger i stratosfären från tropopausen till stratopausen.

Kring stratopausen finns nämligen ett ozonskikt. Ozonskiket omvandlar UV-strålning från solen till värmestrålning. Därför är temperaturen kring stratopausen ganska hög.

Mesosfären Ju högre man kommer i mesosfären, desto lägre blir temperaturen eftersom värmestrålningen från ozonskiktet kring stratopausen avtar.

Termosfären Temperaturen i termosfären varierar mellan cirka –170 °C och cirka 1 700 °C. Det beror på att solen ibland har låg aktivitet, ibland hög. I termosfären stiger temperaturen ju närmare solen man kommer.

På höjder kring 100 kilometer brinner de flesta infallande rymdstenar och rymdgrus upp i form av meteorer (”stjärnfall”).

Utanför atmosfären finns den interplanetära rymden, alltså området mellan planeterna i solsystemet.

Sammanfattning @ Atmosfär är ett lager av gas som finns runt en himlakropp, till exempel en planet. @ Planeten jordens atmosfär består av luft. När vi säger bara ”atmosfären” menar vi just jordens atmosfär. @ Luft består av 78 procent kväve och 21 procent syre. @ När planeten jorden hade bildats bestod atmosfären mest av kväve, men så småningom ökade mängden syre. Syret, O2, bildades först när fotosyntesen hade utvecklats under evolutionens gång. @ Atmosfärens skikt kallas (från jordytan och uppåt): troposfären, 138

stratosfären, mesosfären och termosfären. Gränserna mellan skikten kallas tropopaus, stratopaus och mesopaus. @ De flesta väder och väderfenomen uppstår i troposfären. @ I stratosfären finns ett ozonskikt kring stratopausen som dels skyddar jorden mot UV-strålning, dels värmer stratosfären. @ Ju högre man kommer i mesosfären, desto lägre blir temperaturen eftersom värmestrålningen från ozonskiktet kring stratopausen avtar. @ I termosfären stiger temperaturen ju närmare solen man kommer.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

KAPITEL 3

Luften Atmosfären Instuderingsfrågor

Aktivitet: Atmosfärens skikt

1. Vilka är de tre vanligaste gaserna i jordens atmosfär?

Egen övning

2. Vilken är den vanligaste gasen i atmosfären runt Mars?

Gör en egen övning där du frågar om atmosfärens skikt. Skriv facit också.

3. I vilka fyra skikt delas atmosfären in?

Räkna upp skikten från jordytan och uppåt.

Om du hinner kan du göra ytterligare två övningar om atmosfären med facit.

4. I vilket skikt i atmosfären händer de flesta väderfenomenen?

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

139

Bilden: Det finns en gräns för hur länge en människa kan hålla andan, för kroppens celler behöver hela tiden syre.

Syre och koldioxid Du kanske inte har bestigit ett berg men säkert har du någon gång hållit andan under vatten. Då har du märkt hur gärna kroppen vill ha syre efter en stund. Vi människor har ju inte gälar som fiskarna och måste få syre via luften. Vi andas in syre och andas ut koldioxid. Här ska vi titta närmare på syre och koldioxid.

Ord och begrepp Brandsläckare är en behållare av stål som innehåller släckmedel under tryck, till exempel koldioxid.

Bränsle är ett material som kan reagera med syre i en förbränning.

Cellandning är cellens sätt att få energi.

I cellandningen reagerar glukos med syre till koldioxid och vatten.

Kretslopp är något som pågår hela tiden, till exempel jordens kretslopp kring solen.

Oxidation är en kemisk reaktion som sker när syre reagerar med till exempel ett bränsle.

Ozon är molekylen O3.

Syre är ett grundämne som finns i luften, mest som O2 och lite som O3.

Fotosyntes är när växter och alger bildar glukos av koldioxid, vatten och ljusenergi.

Syre bildas som en rest.

Växthuseffekten kallas den uppvärmning som sker vid jordens yta och som beror på atmosfären.

Förbränning är en snabb kemisk reaktion mellan syre och ett bränsle.

Växthusgas är en gas som finns i atmosfären och som bidrar till växthuseffekten.

Koldioxid är molekylen CO2.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

141

Syre Korta fakta om syre Kemisk symbol O Syre i atmosfären Syrgas, O2, ingår i atmosfären till cirka 21 procent. Syrgas, O2, kallas oftast bara syre.

Syre i jordskorpan Syre är det vanligaste grundämnet i jordskorpan.

Syre och våra kroppar Cirka två tredjedelar av vår kroppsvikt är syre.

Syre, O, är ett gasformigt grundämne som finns i luften i form av O2.

Syre kan också lösa sig i vatten. Det är därför fiskar kan andas. Fiskar får syre ur vattnet.

Det mesta syret i luften består av molekyler med två syreatomer i molekylerna, O2. Men det kan också bildas syrgas med tre atomer syre i molekylerna, O3. Syrgas med tre syreatomer i molekylerna kallas ozon och är blåaktig och frätande.

Syre förenar sig lätt med andra ämnen. Sådana reaktioner kallas oxidationer. När två atomer väte oxideras av en atom syre bildas vatten, H2O. När en kolatom oxideras av två syreatomer blir det koldioxid, CO2.

Di betyder två.

En vanlig syremolekyl består av två atomer. Den kemiska formeln blir O2. Ofta ger man syreatomer röd färg i bilder av molekyler.

Oxidation som sker snabbt brukar kallas förbränning. Eld är en oxidationsprocess. Alla sådana processer frigör energi, i regel värme. Energin som håller oss människor i gång får vi genom att ämnen i maten vi äter oxideras av syre som finns i luften vi andas.

Syreatomens kretslopp Syreatomens kretslopp innebär att syreatomer hela tiden rör sig mellan växter, luft och djur. Gröna växter, alger och vissa bakterier tillverkar glukos med hjälp av solljus, vatten och koldioxid. Detta kallas fotosyntes.

I fotosyntesen bildas även syrgas. Syftet med fotosyntesen är att växter, alger och bakterier kan använda glukos som energikälla eller som byggsten. Syret bildas mest som avfallsprodukt i fotosyntesen. Man kan säga att syrets kretslopp börjar med att växterna ”andas ut” syre i luften.

Djur och människor andas sedan in syre som finns i luften. Blodet transporterar syre från lungorna till alla celler i kroppen. Cellerna använder syre till det som kallas cellandning och som ger kroppen energi.

I den luft som människor och djur andas ut finns också syre, men nu är syret inte längre fritt utan sitter ihop med kol och bildar koldioxid, CO2.

Denna koldioxid kan växter använda i fotosyntesen för att tillverka nytt socker. Då bildas även nya syremolekyler.

142

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

syre fotosyntes

cellandning

O2

nedbrytning

Syreatomens kretslopp drivs till stora delar av fotosyntes och cellandning. I fotosyntesen avges syreatomer till atmosfären som syremolekyler. I cellandningen tas syreatomer upp från atmosfären som syremolekyler.

Koldioxid Koldioxid, CO2, är en förening mellan kol och syre. Föreningen bildas när bränsle brinner fullständigt. Koldioxid är en gas och består av en kolatom, C, och två syreatomer, O.

Korta fakta om koldioxid Kemisk symbol CO2 Koldioxid och utandningsluft Luften du andas ut innehåller ungefär 4 procent koldioxid.

Koldioxid i atmosfären Atmosfären innehåller ungefär 0,04 procent koldioxid. Koldioxid är en växthusgas vilket innebär att koldioxid gör det varmare på jorden.

En koldioxidmolelyl, CO2, består av en kolatom och två syreatomer.

Koldioxid finns i luften. De gröna växterna tar upp koldioxid ur luften och använder det när de bygger upp sig själva. Men för mycket koldioxid i luften leder till att jorden så småningom blir varmare. Koldioxid är nämligen en växthusgas.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

143

Koldioxid kväver eld, vilket gör att koldioxid används i brandsläckare.

I dessa släckare har man mycket kall koldioxid i fast form som när den värms upp blir gas direkt. Det är fiffigt för då lämnar den inga pölar efter sig.

Sammanfattning @ Syre, O, är ett gasformigt grundämne som finns i luften mest i form av O2 och lite som O3. @ Syre förenar sig lätt med andra ämnen. Sådana reaktioner kallas oxidationer. Oxidation som sker snabbt brukar kallas förbränning.

Eld är en oxidationsprocess. @ Syreatomens kretslopp innebär att syreatomer hela tiden rör sig mellan växter, luft och djur. Fotosyntes och cellandning är viktiga för syreatomens kretslopp.

144

@ En koldioxidmolekyl, CO2, består av en kolatom och två syreatomer. @ Koldioxid finns i luften och är en växthusgas. Om halten växthusgaser ökar så blir växthuseffekten starkare och gör att det blir varmare på jorden. @ Koldioxid kväver eld och används därför i brandsläckare. @ Vid cellandningen bildas koldioxid.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

KAPITEL 3

Luften Syre och koldioxid Instuderingsfrågor

Aktivitet: Syreatomens kretslopp

1. Hur kan fiskar i vattnet andas syre?

Rita

2. Hur många syreatomer ingår i en vanlig syremolekyl respektive i en ozonmolekyl?

Rita en bild över syreatomens kretslopp.

Ta med något djur och en växt. Skriv in fotosyntes och cellandning i bilden på rätt ställen.

3. Vad sker med syre vid oxidation?

4. Vad kallas den reaktion där växter tar upp koldioxid?

5. Vad kallas den reaktion där människor och andra djur avger koldioxid?

6. Koldioxid är en växthusgas. Vilken påverkan har växthusgaser på jordens temperatur?

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

145

Bilden: Flytande kväve håller en temperatur på –196 °C. Om du häller flytande kväve över sorbet blir den snabbt väldigt kall.

Kväve Luft består mest av kväve, N2, faktiskt hela 78 procent. Flytande kväve håller en temperatur på –196 °C och används därför som kylmedel.

Ofta används flytande kväve till att kyla biologiskt material, till exempel spermier i väntan på assisterad befruktning. Men vi kan också laga glass med flytande kväve.

Ord och begrepp DNA är det kemiska ämne som arvsmassan består av.

Kvävebaser är molekyler som bygger upp bland annat DNA.

Kovalent bindning är en typ av kemisk bindning där atomer hålls ihop genom att gemensamma elektronpar cirklar runt båda atomerna. Kovalent bindning kallas också elektronparbindning.

Proteiner är stora molekyler som är av avgörande betydelse för allt liv. De är kedjor av aminosyror.

Kväve är ett grundämne som finns i ren form som N2-molekyler i luften och som förening i bland annat proteiner och DNA.

Stabil betyder inom kemin att ett ämne inte reagerar så lätt.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

147

I bondens gödsel finns det gott om kväve, N.

Kväve i luft och mark Korta fakta om kväve Kemisk symbol N Kväve i luften 78 procent av atmosfären består av kvävgas, N2.

Kväve, N, i form av kvävgas (som kemiskt skrivs N2) utgör cirka 78 procent av luften. Det är därmed en väldigt vanlig gas på jorden. Även i jordskorpan finns det kväve.

Kväve är nödvändigt för allt liv och ingår i proteiner och kvävebaserna i DNA med mera.

Mycket stabil molekyl N2-molekylen hålls ihop med en extremt stark kovalent bindning.

Viktiga föreningar Ammoniak, NH3, kvävedioxid, NO2, salpetersyra, HNO3.

Alternativt namn Kväve kallas även för nitrogen.

Kvävemolekylen, N2, består av två atomer. I den här bilden ser man inte bindningen mellan atomerna.

Djur kan inte ta upp kväve på något annat sätt än genom födan. Inte ens växterna kan ta upp kväve ur luften trots att kvävet är så vanligt. För att kvävet ska bli tillgängligt för växterna måste det omvandlas till joner. Då blir det möjligt för växternas rötter att ta upp det.

Kväve är i ett ständigt kretslopp mellan luft, växter och djur.

148

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Hur kan det finnas så mycket rent kväve i luften? Jo, det beror på att N2-molekylen nästan inte reagerar alls med andra ämnen. Molekylen är väldigt stabil. Därför håller också mat längre om den ligger i förpackningar med N2-gas jämfört med i luft. O2 i luften i matförpackningar reagerar nämligen lätt med mat så att maten blir dålig.

Det finns tre bindningar mellan atomerna i en kvävemolekyl.

Varför är N2-molekylen stabil? Anledningen till att N2-molekylen är så stabil är den starka bindningen mellan kväveatomerna. Mellan atomerna i kvävemolekylen finns nämligen tre stycken bindningar som håller ihop atomerna. Sammanlagt blir det en extremt stark kovalent bindning.

Därför är kvävemolekylen så stabil.

Kväve används i vissa glödlampor, som förpackningsgas i livsmedel, vid tillverkning av ammoniak, för att pumpa däck på racerbilar samt som kylmedel (flytande kväve).

Flytande kväve används mycket som kylmedel till biologiska prover.

Tidigare var kväve en bristvara i naturen. Endast kvävebindande bakterier kunde förvandla luftens kväve till en form som växter kunde anNE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

149

vända. Numera kan man tillverka konstgödsel och luften förorenas med avgaser (kväveoxider) som innehåller kväve. Kväve är alltså inte längre en bristvara.

Sammanfattning

150

@ Luft består till 78 procent av kväve, N2.

@ Djur får i sig kväve till proteiner och DNA genom födan.

@ N2-molekylen hålls ihop med en extremt stark kovalent bindning.

Bindningen gör molekylen väldigt stabil. Därför håller mat länge i förpackningar med N2-gas.

@ Vissa bakterier kan ta upp kväve från luften och en del växter samarbetar med dessa bakterier.

På så sätt får växten kväve till proteiner och DNA.

@ Kväve är i ett ständigt kretslopp mellan luft, växter och djur.

@ Inom jordbruk används kvävegödsel ofta i form av konstgödsel.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

KAPITEL 3

Luften Kväve Instuderingsfrågor

Aktivitet: En kväveatom

1. Vilken kemisk formel har kvävgas?

Rita

2. Vilken kemisk formel har ammoniak?

Rita en kväveatom, N, med sju protoner och lika många neutroner i atomkärnan. Tänk på att det finns lika många elektroner och protoner i en atom. Rita in elektronerna på rätt plats i elektronskalen.

3. Vilken kemisk formel har salpetersyra?

4. I vilka viktiga molekyler i vår kropp ingår kväve?

5. Växter och djur behöver kväve men kan inte få i sig kväve från luften.

Hur kan de då få i sig kväve?

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Rita därefter en nitridjon, N³–, med protoner, neutroner och elektroner på rätt plats.

151

Bilden: Skylt av lysrör fyllda med ädelgaser.

Ädelgaser Du har säkert sett lysande skyltar i olika färger. I skyltarnas lysrör finns ädelgaser, till exempel neon som ger rött ljus. Ädelgaserna har fått sitt namn eftersom de är ädla på samma sätt som ädelmetaller, guld till exempel. Ädel inom kemin innebär att ämnet nästan inte alls reagerar med andra ämnen. Nu ska vi titta närmare på ädelgaserna.

Ord och begrepp Elektronskal är särskilda energinivåer runt atomkärnan där elektronerna finns.

Laser är en apparat som får ljus att gå i takt i en och samma riktning i en smal stråle.

Valenselektron är en elektron i det yttersta elektronskalet hos ett grundämnes atomer.

Ädelgaser är mycket stabila gasformiga grundämnen i grupp 18 i periodiska systemet. Ädelgasstruktur innebär att en atom har fullt yttersta elektronskal.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

153

När man dyker djupt använder man en blandning av syre, O, kväve, N, och helium, He, för att minska risken för att drabbas av djupberusning.

De sex ädelgaserna Korta fakta om ädelgaser Kemiska symboler He, Ne, Ar, Kr, Xe och Rn. Ädelgaser i atmosfären Ungefär 1 procent av luften består av ädelgaser. Ädelgaser i industrin Ädelgaser har många industriellt viktiga funktioner inom belysning, svetsning och rymdforskning. Ädelgasstruktur Ädelgaserna har gett namn åt ädelgasstruktur, det vill säga fullt yttersta elektronskal. Det är ädelgasstrukturen som gör att ädelgaser nästan inte alls reagerar med andra ämnen, i likhet med ädelmetaller, som guld, Au.

154

Ädelgaser är mycket stabila gasformiga grundämnen i grupp 18 i periodiska systemet. De har alltså mycket svårt att bilda kemiska föreningar med andra grundämnen. Att det är så beror på att deras yttersta elektronskal är fullt och de reagerar nästan inte alls med andra ämnen. Ädelgasernas atomer susar omkring i luften en och en, det vill säga inte som molekyler utan som enstaka atomer. Ädelgaserna är: – helium, He – neon, Ne – argon, Ar – krypton, Kr – xenon, Xe – radon, Rn. Ungefär 1 procent av luften består av ädelgaser, främst argon, Ar. Man framställer ädelgaser genom att kyla ner luft så att den blir flytande och sedan destillera fram gaserna. Alla ädelgaser har nämligen olika kokpunkter. Gaserna i den flytande luften skiljs alltså åt genom en stegvis uppvärmning.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Ädelgasstruktur Ädelgaserna har fullt yttersta elektronskal, det vill säga ädelgasstruktur. Ädelgasstruktur är en särskilt stabil elektronfördelning. Därför reagerar ädelgasatomer nästan inte alls med andra ämnen.

Bara ädelgaserna har ädelgasstruktur från början. Andra grundämnen måste antingen 1. ta upp valenselektroner, 2. lämna bort valenselektroner eller 3. dela på valenselektroner för att få ädelgasstruktur.

Många kemiska reaktioner sker eftersom atomerna efter reaktionen får ädelgasstruktur. Ädelgasstruktur innebär två valenselektroner för helium och åtta valenselektroner för resten av ädelgaserna. helium He

K

2e-

neon Ne L K

argon Ar 8e2e-

M L K

8e8e2e-

Ädelgaserna helium, neon och argon har fulla yttersta elektronskal, det vill säga ädelgasstruktur.

Ädelgasernas egenskaper Helium Helium, He, är näst väte, H, universums vanligaste grundämne. Det är sällsynt i luft. Helium används i ballonger, som kylmedel och i vissa typer av dykargas (blandat med syrgas, O2).

Det berömda fenomenet Kalle Anka-röst, som människor får när de andas in helium, beror på att ljudets hastighet är mycket högre i helium än i luft.

Neon Neon, Ne, används i ljusreklam och avger ett orangerött ljus, så kallat neonljus. Neongasen sänder ut ett intensivt orangerött ljus när den utsätts för elektrisk spänning.

Man framställer endast cirka 1 ton neon i världen per år.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Helium, He, används i ballonger för att den är relativt billig och inte kan fatta eld.

155

Argon Argon, Ar, är den vanligaste ädelgasen i luft och används i glödlampor, lysrör och som skyddsgas vid svetsning.

Vid svetsning behöver man hålla luftens syre, O2, borta för att kontrollera svetslågan. Argon fungerar bra för att hindra luftens syre från att nå svetslågan.

Krypton Ädelgasen argon, Ar, kan användas som skyddsgas vid svetsning.

Krypton, Kr, är mycket ovanligt. Låga halter av krypton finns i atmosfären och i naturgas. Krypton används som fyllning i speciallampor och inom lasertekniken.

Xenon Xenon, Xe, är den mest sällsynta ädelgasen. Låga halter av xenon finns i luften och i naturgas.

Xenon används för fyllning i speciallampor, i lysrör och i lasrar.

Radon Vissa strålkastare på bilar innehåller xenon, Xe.

Radon, Rn, bildas när grundämnet radium, Ra, sönderfaller. Radon läcker ut från jordskorpan och förekommer också i vissa husbyggnadsmaterial. Om man bor i ett ”radonhus” är det viktigt att ha god ventilation för att vädra bort radonen.

Sammanfattning @ Ädelgaser är mycket stabila gasformiga grundämnen i grupp 18 i periodiska systemet.

@ Ädelgaserna har gett namn åt ädelgasstruktur, det vill säga fullt yttersta elektronskal.

@ Ungefär 1 procent av luften består av ädelgaser, främst argon, Ar.

@ Helium, He, är näst väte, H, universums vanligaste grundämne. Men helium är ovanligt på jorden.

@ Ädelgasernas atomer susar omkring i luften en och en, det vill säga inte som molekyler utan som enstaka atomer. @ Ädelgaser har många industriellt viktiga funktioner inom belysning, svetsning och rymdforskning.

156

@ Helium används i ballonger, neon i reklamskyltar, argon i svetsar och xenon i billampor.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

KAPITEL 3

Luften Ädelgaser Instuderingsfrågor

Aktivitet: Helium, neon och argon

1. Vad heter de sex ädelgaserna?

Beskriva

2. Vilken ädelgas används ...

Beskriv med egna ord hur protoner och elektroner är placerade i helium, neon och argon. Ta med hur många det finns av varje sort och i vilka skal som elektronerna finns. Rita gärna bilder över atomerna.

a. i reklamskyltar? b. i ballonger? c. vid svetsning?

3. Vad kan man göra för att minska radonhalten om man bor i ett ”radonhus”?

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

157

Bilden: Ett kolkraftverk i Tyskland.

Luftföroreningar Om vi lyckas begränsa utsläpp av luftförorenande ämnen kan vi njuta av ren luft både i städer och ute i naturen. Nu och i framtiden. Men vad är luftföroreningar och hur sprids de?

Ord och begrepp Ammoniak är molekylen NH3.

Atmosfären är jordens atmosfär. Jordens atmosfär består av luft men andra planeter har atmosfärer med annat innehåll.

Freoner är stabila kemiska föreningar som förstör ozon.

Klimat kallas den vädertyp som råder i ett visst, ofta stort, område.

Kvävedioxid är molekylen NO2.

Luft är den gasblandning som bildar jordens atmosfär.

Luftförorening är ett ämne som på grund av människan finns i luften i så stor mängd att det kan skada människor, djur, växter eller föremål.

Metan är molekylen CH4.

Ozon är molekylen O3.

pH-värde är ett mått på hur sur eller basisk en vätska är.

Smog är en blandning av dimma och luftföroreningar som ibland förekommer i luften i storstäder.

Sur nederbörd är regn som innehåller syror.

Svaveldioxid är molekylen SO2.

Torrt nedfall betyder att föroreningarna faller direkt ner och hamnar på marken, i havet eller på växter.

Vått nedfall betyder att föroreningarna först fångas upp av moln eller regndroppar och sedan följer med nederbörden till jordytan.

Växthuseffekten kallas den uppvärmning som sker vid jordens yta och som beror på atmosfären.

Växthusgas är en gas som finns i atmosfären och som bidrar till växthuseffekten.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

159

Vad är luftföroreningar?

Luftförorening är ett ämne som på grund av människan finns i luften i så stor mängd att det kan skada människor, djur, växter eller föremål. Vissa ämnen som i dag är luftföroreningar finns naturligt i atmosfären i mindre mängd, till exempel koldioxid, CO2. Men andra, till exempel freoner, skulle aldrig ha funnits där om inte människan hade tillverkat dem.

Mängden av många luftföroreningar ökar. Det beror bland annat på att det finns många industrier och att vi använder mycket fossila bränslen som kol, olja och naturgas. Men också på att jordens befolkning ökar och att antalet bilar, fartyg och flygplan blir fler.

Den största delen av föroreningarna når atmosfären genom utsläpp från till exempel industrier, bilar och flygplan. Men luftföroreningar kommer även från till exempel gödsel på åkrar i form av gasen ammoniak, NH3.

Den luftförorening som det talas mest om är förmodligen koldioxid, CO2. Det beror på att koldioxid är en växthusgas som bidrar till växthuseffekten och därmed gör att temperaturen höjs på jorden. Koldioxid är en gas och därför sprids utsläppt koldioxid över i stort sett hela jordklotet.

Koldioxidhalten i luften (miljondelar, ppm, 'parts per million') uppmätt varje månad sedan 1958 på Hawaii.

420 400 380 360 340 320 300

1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

Diagram som visar koldioxidhalten (ppm) i luften sedan 1958. Källa: NOAA.

Spridning och nedfall De flesta ämnen som släpps ut sprider sig i ett luftlager en till två kilometer över markytan. Små partiklar som sot och gaser, som svaveldioxid, SO2, kvävedioxid, NO2, koldioxid, CO2, och ozon, O3, kan stanna kvar i luften i flera dygn. De hinner då spridas flera tusen kilometer med vindarna innan de faller ner på marken eller i vattnet.

160

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Den största andelen av all kvävedioxid och svaveldioxid som faller ner över Sverige kommer från Storbritannien och andra delar av Europa. På samma sätt faller föroreningar som släpps ut i Sverige ner över hav och land långt utanför landets gränser.

Större och tyngre partiklar, till exempel koppar, Cu, nickel, Ni, eller krom, Cr, faller ofta ner bara någon eller några kilometer från det ställe där de släpptes ut.

Föroreningarna kan falla ner på två sätt: 1. Torrt nedfall betyder att föroreningarna faller direkt ner och hamnar på marken, i havet eller på växter.

Mindre surt regn i Sverige I Sverige är det naturliga pH-värdet för regn och snö 5,5–6,0, men på 1980-talet hade nederbörden i södra Sverige ett pH-värde på cirka 4,3. Då var utsläppen av försurande luftföroreningar som störst. I dag har pH-värdet stigit igen och är i stora delar av landet nära det naturliga pH-värdet eller bara något surare.

2. Vått nedfall betyder att föroreningarna först fångas upp av moln eller regndroppar och sedan följer med nederbörden till jordytan.

Om det är försurande ämnen som löser sig kallas det våta nedfallet för sur nederbörd.

Eyjafjallajökull – utsläpp från vulkan Det är inte enbart människans framfart som står för att luften blir förorenad. Ibland kan luftföroreningar bero på naturliga orsaker, till exempel vulkanutbrott.

Den 15 april 2010 hade vulkanen Eyjafjallajökull på Island utbrott. Under utbrottet kastades vulkanisk aska flera kilometer upp i atmosfären. När det gigantiska askmolnet blåste in över Nordeuropa och Centraleuropa orsakade det stora störningar på flygtrafiken.

Askmolnet förde också med sig ämnen, till exempel fluor (i form av fluorider), som riskerade att förgifta boskap i närheten av vulkanen.

Eyjafjallajökull vid utbrottet 15 april 2010.

Skador orsakade av luftföroreningar Ökade utsläpp av koldioxid, CO2, metan, CH4, och andra så kallade växthusgaser gör att växthuseffekten förstärks och klimatet förändras.

Freoner och liknande ämnen slår sönder det livsviktiga ozonskiktet i stratosfären som skyddar jorden mot solens ultravioletta strålning.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

161

Definition av smog Smog är en blandning av dimma och luftföroreningar som ibland förekommer i luften i storstäder.

I stora städer med mycket trafik kan det ibland bli så höga halter av luftföroreningar nära marken, så kallad smog, att människor får svårt att andas. Nedfall av kvävedioxid, NO2, och svaveldioxid, SO2, bryter ner och förstör byggnader, statyer och andra föremål som är gjorda av metall, sandsten eller kalksten. Det sura nedfallet skadar också djur och växter både på land och i vatten.

Trafiken i centrala Beijing. Det händer att flygtrafiken på Beijing International Airport måste ställas in på grund av tät smog.

Sammanfattning @ Luftförorening är ett ämne som på grund av människan finns i luften i så stor mängd att det kan skada människor, djur, växter eller föremål. @ Små partiklar som sot och gaser kan stanna kvar i luften i flera dygn. De hinner då spridas flera tusen kilometer med vindarna innan de faller ner.

och hamnar på marken, i havet eller på växter. @ Vått nedfall betyder att föroreningarna först fångas upp av moln eller regndroppar och sedan följer med nederbörden till jordytan. Om det är försurande ämnen som löser sig kallas det våta nedfallet för sur nederbörd.

@ Torrt nedfall betyder att föroreningarna faller direkt ner 162

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

KAPITEL 3

Luften Luftföroreningar Instuderingsfrågor 1. Varför ökar mängden luftföroreningar?

2. Varifrån kommer största delen av den svaveldioxid och kvävedioxid som faller ner över vårt land?

3. Vad är smog?

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Aktivitet: Smog Ta reda på mer Ta reda på mer om smog. Vad är smog? Vilka städer i världen har mest smog?

Hur farlig är smog?

Tänk på att värdera faktakällorna källkritiskt.

163

Bilden: Glaset i ett växthus håller kvar värmen i växthuset.

Växthuseffekt I växthus kan man odla växter som inte skulle klara sig utanför växthuset.

De genomskinliga väggarna släpper igenom ljusenergi från solen som omvandlas till värme i växthuset.

Du har säkert hört talas om växthuseffekten som gör klimatet varmare på jorden. Växthuseffekten heter så för att jordens atmosfär kan jämföras med de genomskinliga väggarna i ett växthus.Tyvärr har mänskliga utsläpp av växthusgaser, framför allt koldioxid, orsakat stora och snabba klimatförändringar under de senaste decennierna.

Ord och begrepp Atmosfären är jordens atmosfär. Jordens atmosfär består av luft men andra planeter har atmosfärer med annat innehåll.

Fossila bränslen är bränslen som mest består av kolföreningar och som är rester av djur och växter som levde för länge sedan.

De har tagit miljontals år att bilda.

Förnybara bränslen är bränslen som kan användas för att framställa el och värme utan att de tar slut, till exempel ved.

Idisslare är djur som tuggar och sväljer födan två gånger för att få ut så mycket näring som möjligt.

Koldioxid är molekylen CO2.

Konvention är en överenskommelse mellan flera länder.

Metan är molekylen CH4.

Nederbörd är vatten som faller från moln i form av droppar eller i fryst form.

Reflektera är när ljus eller ljud studsar tillbaka.

Växthus är en byggnad med väggar och tak av genomskinlig plast för inomhusodling av växter.

Växthuseffekten kallas den uppvärmning som sker vid jordens yta och som beror på atmosfären.

Växthusgas är en gas som finns i atmosfären och som bidrar till växthuseffekten.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

165

Vad är växthuseffekten?

Växthuseffekten kallas den uppvärmning som sker vid jordens yta och som beror på atmosfären. Atmosfären kan släppa igenom strålning från solen så att den når jorden. Man kan jämföra atmosfären och jorden med ett växthus. Atmosfären kan liknas vid glaset som släpper in strålning från solen men som samtidigt hindrar en del av värmen från att återvända ut i rymden.

Växthus solstrålning

reflekterad solstrålning

värmestrålning

Glaset i ett växthus gör att en hel del värmstrålning stannar kvar i växthuset. Då blir det varmt i växthuset och växterna kan växa snabbare.

Förstärkt växthuseffekt Växthuseffekten är naturlig och livsviktig. Om den inte fanns skulle det vara minst 20 grader kallare på jorden och människor skulle ha svårt att leva här.

När man talar om att växthuseffekten är ett problem handlar det om att växthuseffekten har förstärkts. Det är ökade halter av växthusgaser i atmosfären som gjort att växthuseffekten har förstärkts.

Växthusgaser fångar upp värmestrålning från jorden och skickar tillbaka den mot jorden så att temperaturen vid jordens yta stiger.

Vattenånga, koldioxid och metan är aktiva växthusgaser. Men vattenånga är den växthusgas som bidrar mest till växthuseffekten. Det har forskarna räknat ut genom att ta reda på hur mycket en enda vattenmolekyl bidrar till växthuseffekten och ungefär hur många vattenmolekyler det finns i atmosfären.

166

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Eftersom vatten är ett så vanligt ämne i atmosfären blir vattenånga den växthusgas som bidrar mest till växthuseffekten. Men människan påverkar nästan inte alls hur mycket vattenånga det finns i atmosfären.

Till skillnad mot mängden vatten ökar mängden koldioxid på grund av människans aktiviteter i form av utsläpp från hushåll, industrier och bilar. Förbränning av fossila bränslen som kol, olja och naturgas ger nämligen tillskott av koldioxid, CO2.

Metan, CH4, är en annan växthusgas. Metan bildas vid nedbrytning i miljöer som saknar syre, O2. Sådana miljöer finns i till exempel risfält, vattenkraftsdammar och soptippar, men även i magen hos många djur som kor och älgar. Även utsläpp av vissa andra gaser bidrar till växthuseffekten.

solstrålning

Idisslande djur, som kor, bidrar till utsläpp av metan, CH4.

Så mycket bidrar de olika gaserna till växthuseffekten

solstrålning

Naturlig växhuseffekt reflekterad solstrålning

reflekterad solstrålning

värmestrålning

Ämne

Bidrag

vattenånga, H2O

90 %

koldioxid, CO2

5%

övriga gaser

5%

Förstärkning av växthuseffekten

mer värmestrålning mot jordytan

atmosfär med växthusgaser

atmosfär med växthusgaser

Växthusgaser i atmosfären gör att det finns en växthuseffekt på jorden.

Det har blivit mer växthusgaser i atmosfären. Därför har växthuseffekten blivit starkare med mer värmestrålning från atmosfären mot jordytan.

Ämne

Bidrag

koldioxid, CO2

70 %

metan, CH4

20 %

övriga gaser

10 %

Koldioxidhalt (ppm)

Koldioxidhalt (ppm) 400

2022 418 ppm

300 200

1744 273 ppm

100

1750

1800

1850

1900

1950

2000

Halten koldioxid, CO2, i atmosfären 1744–2022 (ppm betyder ‘parts per million’, miljondelar).

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

167

Floden Po i norra Italien under torkan i juli 2022.

Klimatförändringar Titta på diagrammet Medeltemperaturen på jorden nedan. Jordens medeltemperatur har ökat med nästan en grad de senaste hundra åren, och de flesta forskare menar att den kommer att fortsätta öka.

Medeltemperaturen på jorden Medeltemperaturen på jorden

1,2 °C

1 0,8 0,6 0,4 0,2

�0,2 �0,4 �0,6

1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

Diagram över medeltemperaturen (°C) på jorden varje år 1880–2020. Temperaturen visas som skillnad mot medelvärdet för perioden 1901–2000. Ett värde över noll innebär att det var varmare det året än medelvärdet för perioden 1901–2000. Ett värde under noll innebär att det var kallare det året än medelvärdet för perioden 1901–2000. Källa: NOAA. 168

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

FN:s klimatorgan IPCC visar att temperaturen under det senaste decenniet har ökat snabbare än någonsin under de senaste 2 000 åren. Nu är det varmare än på över 125 000 år och koldioxidhalten är den högsta på minst 2 miljoner år.

Det är främst människans betydande användning av fossila bränslen (kol, olja och naturgas) som leder till en ökning av mängden koldioxid i atmosfären.

Jämför diagrammet Medeltemperaturen på jorden med diagrammet Koldioxidhalt i luften. Sedan 1960-talet har både temperaturen på jorden och halten koldioxid i luften ökat. Det är våra utsläpp av koldioxid som har gjort det varmare på jorden.

Koldioxidhalten i luften (miljondelar, ppm, 'parts per million') uppmätt varje månad sedan

1958 på Hawaii. i luften Koldioxidhalt 420 400 380 360 340 320 300

1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

Diagram som visar koldioxidhalten (ppm) i luften sedan 1958. Källa: NOAA.

Konsekvenser Global uppvärmning får konsekvenser för människa, natur och samhälle.

Havsytan höjs Havsytan höjs när istäcken och glaciärer på land smälter. Havsytan höjs också på grund av vattnets termiska expansion, som gör att vattnet tar mer plats när det blir varmare.

IPCC anger att havsytan kommer stiga med mellan 28 och 55 cm till år 2100 i det mest optimistiska scenariot. Om ökningen av utsläppen fortsätter som de gör i dag blir höjningen större: mellan 63 och 101 cm.

Diagrammet Havsnivå på nästa sida visar hur havsnivån har stigit i världshaven. Mätvärdena kommer från de fyra satelliterna TOPEX/Poseidon, Jason-1, Jason-2 och Jason-3.

Avsmältningen av jordens inlandsisar är en oerhört långsam process som kommer att fortsätta långt efter att temperaturen har stabiliserats.

De största höjningarna av havsytan ligger långt fram: i bästa fall 2–3 meter till år 2300 om temperaturen kan stabiliseras på 2 grader, och så mycket som 7 meter vid högre temperatur. Det går inte att utesluta 15 NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

169

meter, men då måste något av de stora isfälten i Antarktis kollapsa, vilket IPCC inte tror är sannolikt.

Nederbörd och torka Nederbördsmängden kommer att öka i redan nederbördsrika områden men minska i redan torra områden.

Livsmedelproduktionen och jordbruket kommer att påverkas. Torra områden där jordbruket redan har svåra förhållanden kan komma att få det ännu värre. Dessutom får fler områden problem med torka men i andra områden ökar risken för svåra översvämningar.

Önationen Tuvalu i sydvästra Stilla havet når aldrig särskilt högt över havsytan och hotas att översvämmas om den globala uppvärmningen fortsätter att få haven att stiga.

Havsnivå Havsnivå TOPEX/Poseidon, Jason-1, Jason-2 och Jason-3 är satelliter som har använts för att mäta havsnivån.

TOPEX/Poseidon

Jason-1

Jason-2

Jason-3

2000

2005

2010

60 mm 40 20 0 −20 1995

2015

2020

Förändring i havsnivån (mm) i världshaven baserat på satellitmätningar.

Källa: NOAA/NESDIS. 170

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Översvämning i Paris 2016.

Om hundra år kan det i värsta fall vara så mycket som fyra grader varmare i genomsnitt på jorden. I Sverige blir det troligen betydligt varmare, men vi kan också få mer nederbörd, fler kraftiga stormar och fler översvämningar.

Förändrade ekosystem Klimatförändringen påverkar också ekosystem på olika sätt. Varmare klimat leder till att en del växter och djur får svårt att överleva där de är nu och därför måste flytta till nya områden. När det blir varmare i Sverige kryper till exempel trädgränsen högre upp på fjällen, medan rödräven hotar att konkurrera ut fjällräven.

En del växter och djur är också hotade, såsom korallreven. Ett varmare hav, högre solinstrålning och försurning av haven gör att korallreven dör. Försurningen av haven är en direkt följd av en ökad mängd koldioxid i atmosfären. Koldioxiden löser sig i havsvattnet och bildar då kolsyra som är skadligt för korallerna.

När det blir för varmt i havsvatten kan koraller dö och bli vita.

Det kallas korallblekning. Här ses blekta koraller i ett rev utanför Indonesien.

Extremväder Klimatförändringarna kommer att innebära att extremväder blir vanligare. Extremväder drabbar ofta människor och samhällen på olyckliga sätt. Det kan till exempel vara värmeböljor eller extrem nederbörd med översvämningar. Särskilt skadligt kan det bli om flera olika typer av extremväder samverkar. Svår torka och tropiska cykloner är exempel på detta.

Enligt IPCC har antalet värmeböljor ökat i stort sett överallt på jorden.

Värmeböljorna år 2100 kan vara mellan 3 och 40 gånger vanligare än i dag. Hur ofta de sker beror på hur väl samhället lyckas begränsa den globala uppvärmningen.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

171

Extrem nederbörd kan leda till översvämningar. Översvämningar kan ställa till stora problem i form av skador på egendom och hälsa. Ofta dör människor på grund av drunkning.

Enligt IPCC har förekomsten av extrem nederbörd ökat på många platser, särskilt i norra Europa. Men eftersom nederbörden ofta är mycket lokal är det svårt att säga något om framtiden. I vissa områden kan extrem nederbörd bli 2–3 gånger vanligare till år 2100.

Torka är en lång period utan regn och ofta med extremt höga temperaturer. Vattenkällor torkar ut och växter vissnar.

I vissa områden anses torka ha ökat i takt med den globala uppvärmningen, till exempel i västra Nordamerika och i medelhavsområdet. Om den globala uppvärmningen fortsätter kan risken för torka öka mellan två och fyra gånger.

Tropiska cykloner kan ha mycket kraftig vindstyrka och ställa till med stora skador. Enligt IPCC är utvecklingen av tropiska stormar i framtiden mycket osäker. Möjligen kan antalet stormar minska något medan de allra kraftigaste blir kraftigare och nederbörden ökar när havsytans temperatur stiger.

Ett enormt åskmoln brakar loss med blixtar och dunder över Texas. I sådana moln kan mycket starka vindar bildas.

172

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Utsläpp avav koldioxid (ton) per person 2021 Utsläpp koldioxid (ton) per person 2021

0,0

80,0 Kartan visar utsläpp av koldioxid, CO2, per person. Källa: EDGAR.

Länders utsläpp av koldioxid 1960–2021

Länders utsläpp av koldioxid 1960–2021 12 000 megaton

10 000 8 000

EU Kanada Kina Indien Iran

Japan Ryssland Saudiarabien Sydkorea USA

1980

1990

6 000 4 000 2 000

1960

1970

2000

2010

2020

Diagram som visar länders utsläpp av kolidioxid, CO2, 1960–2021.

Källa: Global Carbon Atlas.

Länderna försöker lösa problemet 1992 höll FN en stor miljökonferens i Rio de Janeiro, och vid detta möte antogs en klimatkonvention. 2015 tillkom Parisavtalet som en del av klimatkonventionen. I Parisavtalet finns målet att begränsa temperaturökningen till högst 2 °C. I dag har nästan alla länder anslutit sig till klimatkonventionen.

EU:s klimatpolitik har som mål att begränsa temperaturökningen till högst 2 °C. 2050 ska EU vara koldioxidneutralt, det vill säga att lika mycket koldioxid tas upp och släpps ut i EU. NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Sex saker som du kan göra för klimatet 1. Inför en shoppingfri månad.

2. Handla kläder på second hand.

3. Anordna en klädbytardag på din skola eller med dina kompisar.

4. Inför en köttfri dag i veckan.

5. Testa nya recept och inspirera din familj att äta mer vegetariskt.

6. Släck lampor som inte behöver vara tända och dra ut sladden till apparater när de inte används.

173

Inom EU används handel med utsläppsrätter för att nå klimatmålen.

Det finns ett begränsat antal utsläppsrätter som sammanlagt motsvarar den totala mängd utsläpp som EU har bestämt är acceptabel.

En utsläppsrätt ger ägaren rätt att släppa ut en viss mängd koldioxid.

Om ägaren inte behöver släppa ut så mycket koldioxid kan ägaren sälja sin utsläppsrätt till någon annan.

Sammanfattning @ Växthuseffekten kallas den uppvärmning som sker vid jordens yta och som beror på atmosfären. @ Växthuseffekten heter så för att jordens atmosfär kan jämföras med de genomskinliga väggarna i ett växthus. @ Växthuseffekten är naturlig och livsviktig. Om den inte fanns skulle det vara minst 20 grader kallare på jorden. @ När man talar om att växthuseffekten är ett problem handlar det om att växthuseffekten har förstärkts. Det är ökade halter av växthusgaser i atmosfären som gjort att växthuseffekten har förstärkts.

@ Mängden koldioxid i atmosfären har ökat på grund av människans förbränning av fossila bränslen.

Det har gjort att klimatet har blivit varmare på grund av förstärkt växthuseffekt. @ Den globala uppvärmningen får konsekvenser som höjning av havsytan, torka och nederbörd, förändrade ekosystem och mer extremväder. @ Många länder har kommit överens om att på olika sätt försöka förhindra att jordens klimat förändras.

@ Växthusgaser fångar upp värmestrålning från jorden och skickar tillbaka den mot jorden så att temperaturen vid jordens yta stiger. Vattenånga, koldioxid och metan är aktiva växthusgaser.

174

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

KAPITEL 3

Luften Växthuseffekt Instuderingsfrågor

Aktivitet: Klimat och växthuseffekt

1. Varför blir det varmt i ett växthus?

Skapa en karta

2. Ge tre exempel på växthusgaser.

Gör en tankekarta över ett antal viktiga ord som har med växthuseffekten att göra.

Orden hittar du nedan. Om du är osäker på något ord är det bara att söka upp det på NE.se.

3. Hur påverkar den naturliga växthuseffekten möjligheterna till liv på jorden?

4. Vad menas med att växthuseffekten har förstärkts?

5. Varifrån kommer växthusgaserna koldioxid respektive metan?

6. Hur kan den förstärkta växthuseffekten påverka klimatet i vårt land?

a. Skriv växthuseffekten mitt på ett tomt A4-papper eller på någon digital yta. b. Dra pilar som binder samman orden och skriv på vilket sätt två ord hänger samman. På så vis bildas kedjor av ord som hänger samman på något vis.

Exempel: naturlig växthuseffekt → ger ett varmare klimat.

Tips: Ibland kan ordkedjorna bli längre än två ord. c. Diskutera din tankekarta med din lärare.

Ord och begrepp: atmosfären, förstärkt växthuseffekt, jorden, klimat, koldioxid, metan, miljöproblem, naturlig växthuseffekt, uppvärmning, varmare, värmestrålning och växthusgaser.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

175

Bilden: Det finns ozon i vår atmosfär. Även om ozonet egentligen är giftigt är det mycket viktigt eftersom det skyddar jorden mot farlig UV-strålning från solen.

Ozonskiktet Ämnet ozon, O3, har de flesta hört talas om. Ozon är faktiskt giftigt att andas in i större mängd, men högt upp i luften finns ett skikt av ozon som är viktigt för livet på jorden. Men vad är ozon för sorts ämne? Och varför är ozonskiktet så viktigt?

Ord och begrepp DNA är det kemiska ämne som arvsmassan består av.

Freoner är stabila kemiska föreningar som förstör ozon.

Global betyder världsomfattande och innebär att något gäller hela jordklotet, ”globen”.

Grå starr är en ögonsjukdom där ögats lins blir grumlig.

Hudcancer är olika former av cancer i huden som i vissa fall kan spridas till andra delar i kroppen.

Ozon är molekylen O3.

Ozonskiktet är ett skikt i jordens atmosfär på ungefär 20–45 kilometers höjd där det mesta ozonet finns.

Simulering är ett sätt att härma verkligheten i en kontrollerad miljö, till exempel bilsimulering, datorsimulering, flygsimulering eller rymdsimulering.

UV-strålning är förkortning för ultraviolett strålning. UV-strålning är samma typ av strålning som synligt ljus men den har högre energi och kan därför skada till exempel DNA.

Melaniner är svarta, bruna och röda färgämnen och ger färg åt hud, hår och ögat.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

177

Ozonhålet över Sydpolen var som störst 2002. Det blå området visar särskilt tunt ozonskikt, det vill säga ozonhålet.

Ozon och UV-strålning Ozon, O3, är en speciell form av syre. Vanligt syre har molekyler med två syreatomer, medan ozon har molekyler med tre syreatomer.

Ozon bildas genom reaktion mellan syre­atomer och syremolekyler: O + O2 O3 Reaktionen kan gå åt båda hållen. Det kan man visa med en dubbelpil i reaktionsformeln.

Ozon finns i atmosfären i låga halter. Mängden varierar beroende på årstid och breddgrad. Mycket av ozonet finns samlat i ozonskiktet som finns på 20–45 kilometers höjd.

Att bli brun om sommaren när man solar sig är kroppens sätt att skydda sig mot skadlig ultraviolett strålning (UV-strålning) från solen.

Det bruna färgämnet melanin i solbränd hud tar nämligen upp UVstrålningen så att inte UV-strålningen kommer vidare in i huden och kan skada cellernas DNA. 178

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

Också jordens atmosfär har sitt inbyggda solskydd som skyddar markytan mot UV-strålning. Det är ozonet som tar upp UV-strålning och på så sätt skyddas djur och växter mot strålningen.

Sedan 1980-talet har ozonskiktet varje vår tunnats ut vid polerna, speciellt över Sydpolen. Det beror till stor del på stora utsläpp i atmosfären av gaser som bryter ner ozonet. Gaserna är främst freoner som används bland annat som kylmedel i kylskåp och tidigare som drivgas i sprayflaskor.

Sedan 1980-talet är ozonförtunnande ämnen förbjudna och användningen har upphört. Uttunningen av ozonskiktet har börjat stanna av men det kommer ta lång tid innan mängden ozon är normal igen. NASA räknar med att ozonskiktet är reparerat i slutet av vårt århundrade.

Barn med UV-skyddande baddräkt.

Effekter av ett uttunnat ozonskikt Ett uttunnat ozonskikt ger bland annat en ökad risk för hudcancer och för ögonsjukdomen grå starr. Eftersom Sverige ligger nära Nordpolen är effekterna av ett uttunnat ozonskikt särskilt stora för oss.

Vissa planktonalger i haven påverkas mycket negativt av ökad UV-strålning. Algerna är inte bara viktiga i havens näringskedjor utan binder också växthusgasen koldioxid vid fotosyntesen. På så sätt minsNE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

179

kar risken för varmare klimat på jorden. Växter på land har ett yttre skyddande cellager. Men flera arter av landväxter växer långsammare när UV-strålningen ökar. En långsammare skogstillväxt kan innebära årliga miljardförluster för Sveriges skogsbruk.

Sammanfattning @ Ozon är molekylen O3. @ Även om ozonet egentligen är giftigt är det mycket viktigt eftersom det skyddar jorden mot farlig UV-strålning från solen. @ Ozon bildas genom reaktion mellan syre­atomer och syremolekyler: O + O2 O3 @ Mycket av ozonet finns samlat i ozonskiktet som finns på 20–45 kilometers höjd.

180

@ Freoner är ozonförtunnande ämnen som förstör ozon. @ Ett uttunnat ozonskikt ger bland annat en ökad risk för hudcancer och för ögonsjukdomen grå starr. @ Ozonhålen över polerna är på väg att repareras tack vare minskade utsläpp av ozonförtunnande ämnen.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

KAPITEL 3

Luften Ozonskiktet Instuderingsfrågor

Aktivitet: UV-strålning och solskydd

1. Vilken kemisk formel har ozon?

Ta reda på mer

2. Vilken nytta har vi av ozonskiktet?

Sök fakta om UV-strålning och solskydd.

Vad är UV-strålning och varför är den farlig? Vad finns det för ämnen som skyddar i solskyddskrämer? Vad innebär värdet på solskyddsfaktor, till exempel solskyddsfaktor 15?

3. Hur påverkas ozonskiktet av freoner?

4. När räknar man med att ozonlagret är återställt?

Tänk på att värdera faktakällorna källkritiskt.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

181

LABORATION

Tillverka koldioxid och släcka eld Syfte

Frågor

Syftet med denna laboration är att undersöka hur koldioxid bildas och hur det påverkar förbränning.

1. Varför reagerar inte bikarbonatet och citronsyran med varandra när de är i pulverform?

Materiel

2. Varför slocknar tändstickan och ljuslågan?

– en stor bägare (helst tre liters)

Redovisning

– bikarbonat, NaHCO3

Skriv en laborationsrapport om din lärare säger att du ska göra det.

– citronsyra, C6H8O7 – vatten, H2O – tändstickor

Riskbedöming Laborationen är inte riskfylld.

– stearinljus.

Utförande 1. Tänd stearinljuset.

2. Häll ett par matskedar citronsyra och lika mycket bikarbonat i bägaren. Sker någon reaktion?

3. Häll på cirka 5 deciliter vatten. Nu reagerar bikarbonat med citronsyra och koldioxid bildas.

4. Observera reaktionen och vänta cirka 20 sekunder tills reaktionen börjar avta.

5. Tänd en tändsticka och för ner den brinnande tändstickan i bägaren över vattnet.

Vad händer?

6. Häll försiktigt den bildade koldioxiden över ljuset. Kan du släcka ljuslågan?

182

Brandsläckare med koldioxid.

NE KEMI 7– 9 –––– 3. LUFTEN

KAPITEL 4

Vattnet

Bilden: Solen driver vattnets kretslopp.

Vattnets kretslopp Utan vatten skulle vi människor inte kunna leva. Det skulle faktiskt inte finnas liv alls, så som vi känner det, på vår blå planet – jorden. Här ska vi titta närmare på vattnets kretslopp.

Ord och begrepp Avdunstning är omvandling av ett ämne från fast eller flytande form till en gas.

Kretslopp är något som pågår hela tiden, till exempel jordens kretslopp kring solen.

Basisk är en kemisk benämning på en vattenlösning där pH är högre än 7.

Sur är en kemisk benämning på en vattenlösning där pH är lägre än 7.

Densitet är ett mått på hur stor massa en viss volym av ett ämne har. Man anger densitet till exempel med enheten kg/dm3.

Transpiration är det som sker när vattenånga kommer ut ur en växt.

Glaciär är ett stort istäcke på land.

Hydroxidjon är jonen OH⁻.

Infiltration är det som sker när vatten tränger ner i marken.

Vatten är molekylen H2O. Vattenånga är vatten i gasform.

Vätejon är jonen H⁺.

Kondensation är en fasövergång från gasform till flytande form.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner.

Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Vatten som lösningsmedel och transportör av ämnen, till exempel i mark, växter och människokroppen. | Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

187

Vatten Korta fakta om vatten Kemisk symbol H2O Vatten på jorden Ungefär 70 procent av jordens yta täcks av vatten. Det är mest hav.

Vatten, H2O, är en kemisk förening mellan två väteatomer, H, och en syreatom, O. Nästan allt vatten på jorden, ungefär 97 procent, finns i havet och är salt. Bara 3 procent är alltså sötvatten. Sötvattnet finns i sjöar och vattendrag, som grundvatten i marken och fruset som glaciärer.

Allt liv som vi känner till är beroende av vatten.

Vatten i människor En människa innehåller cirka 60 procent vatten.

Smältpunkt/fryspunkt Is smälter vid 0 °C. Vatten fryser till is vid samma temperatur.

Kokpunkt Vatten kokar vid 100 °C. Is flyter Vatten har den ovanliga egenskapen att ha högre densitet i flytande form jämfört med i fast form. Därför flyter en isbit i ett glas vatten. En sjö fryser också till is ”uppifrån och ner”. Därför kan fiskarna överleva vid botten på vintern.

Bäck. Vatten i flytande form.

Is flyter i flytande vatten.

Hur kommer det sig? Både is och flytande vatten består ju av likadana molekyler. Jo, i is är avståndet mellan molekylerna större jämfört med flytande vatten. Därför väger en liter is mindre än en liter flytande vatten.

Man säger att is har lägre densitet än flytande vatten.

188

Vattenmolekyler i kretslopp Solen driver vattnets kretslopp genom uppvärmning av hav och mark.

När vattnet blir varmt stiger det upp i atmosfären. I atmosfären är det kallare och vattenmolekylerna kondenserar till regn som faller till marken igen.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

Vattenmolekyler i rörelse Nästan allt vatten på jorden ingår i ett stort kretslopp.

Vattenånga (vattenmolekyler) stiger upp från hav och sjöar. Uppe i luften kyls vattenångan av och kondenseras, får vätskeform, som moln.

Moln är alltså inte vattenånga utan består av små svävande vattendroppar. När molnen kyls ner fälls vattnet ut som regn eller snö.

– Vattenånga är vattenmolekyler som rör sig helt fritt utan att vara bundna till varandra. Vi kan inte se vattenånga med blotta ögat.

Endast vattenmolekyler i rent vatten?

Rent vatten består förutom av vattenmolekyler, H2O, även av vätejoner, H⁺, och hydroxidjoner, OH⁻. Hydroxidjonerna och vätejonerna är de som bestämmer om en vätska är sur eller basisk.

– I flytande vatten är vattenmolekylerna löst bundna till varandra.

– I is är vattenmolekylerna hårt bundna till varandra.

På marken rinner vattnet vidare till vattendrag eller ner i jorden som grundvatten. Grundvattnet rinner vidare och kommer så småningom ut igen i källor och bäckar, som rinner ut i sjöar och hav.

Glaciärerna rör sig långsamt mot havet, och glaciärkanten bryts av till isberg, som så småningom smälter.

snö infiltration

transpiration från växter

Vattenmolekyler kan bildas och förstöras

kondensation och molnbildning

regn

avdunstning avdunstning från sjöar från mark

En vattenmolekyl. Den röda bollen är syre, O, de vita är väte, H.

avdunstning från hav

grundvattenströmning

Att tala om ”vattnets kretslopp” ger egentligen en förenklad bild av verkligheten. I vissa processer bildas vattenmolekyler och i andra förstörs vattenmolekyler. Vattenmolekyler bildas till exempel vid förbränning och cellandning medan vattenmolekyler förstörs (delas upp i syre och väte) vid fotosyntes.

Det innebär att vattenmolekyler förstörs och bildas på olika sätt hela tiden. Vi har till exempel inte exakt samma vattenmolekyler på jorden i dag som för 66 miljoner år sedan när Tyrannosaurus rex vandrade på jordens yta.

Vattnets kretslopp.

Vatten i organismer Organismer består till stor del av vatten. Livet uppkom i vatten, och vatten är en förutsättning för liv. En vuxen man innehåller cirka 60 procent vatten, en kvinna cirka 55 procent. Vatten är lösningsmedel för både näringsämnen och avfallsämnen i kroppen. Det är också med hjälp av vatten som kroppen kyler av sig genom att svettas. Om kroppen inte får chans att kyla ner sig kan man drabbas av värmeslag, vilket är samma sak som solsting. Då blir man förvirrad eller till och med medvetslös.

Hjärnan kan bli obotligt skadad av värmeslag.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

189

Växternas celler spänns ut av vattentryck men skrumpnar om vattenhalten blir för låg. Därför slokar en växt om den inte får tillräckligt med vatten.

Organismer både förstör vattenmolekyler och bygger ihop vattenmolekyer. I fotosyntesen delas vattenmolekyler och i cellandningen byggs vattenmolekyler ihop.

Sammanfattning @ Vatten, H2O, är en kemisk förening mellan två väteatomer, H, och en syreatom, O. @ Nästan allt vatten på jorden, ungefär 97 procent, finns i havet och är salt. @ En människa innehåller cirka 60 procent vatten. @ Vatten smälter vid 0 °C och kokar vid 100 °C.

@ Vatten är lösningsmedel för både näringsämnen och avfallsämnen i kroppen. Det är också med hjälp av vatten som kroppen kyler av sig genom att svettas. @ Växternas celler spänns ut av vattentryck. @ Rent vatten består förutom av vattenmolekyler, H2O, även av vätejoner, H⁺, och hydroxidjoner, OH⁻.

@ Vatten har den ovanliga egenskapen att ha högre densitet i flytande form jämfört med i fast form. @ Nästan allt vatten på jorden ingår i ett stort kretslopp som drivs av värme från solen men några vattenmolekyler delas i väte och syre vid fotosyntes och några molekyler bildas vid cellandning.

190

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

KAPITEL 4

Vattnet Vattnets kretslopp Instuderingsfrågor 1. Hur stor del av allt vatten på jorden är sötvatten?

2. Hur stor del av en människa består av vatten?

3. Vad är vattnets smältpunkt, kokpunkt och fryspunkt?

4. Vad kallas den form av vatten där vattenmolekylerna rör sig fritt i förhållande till varandra?

5. Varför är det mesta av vattnet på jordens yta odrickbart?

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

Aktivitet: Tyrannosaurus rex och vattenmolekyler Resonera Tänk dig att du har ett glas vatten framför dig på ett bord. Din kompis säger ”Tänk att alla de där vattenmolekylerna i glaset fanns redan på dinosauriernas tid när T. rex gick omkring på jorden.”

Förklara för din kompis varför det inte stämmer att exakt samma vattenmolekyler fanns på dinosauriernas tid. Tips: Använd begreppen fotosyntes, cellandning och förbränning.

Skriv ner din förklaring och diskutera tillsammans i klassen efteråt.

191

Bilden: I havsvatten finns lättlösliga salter.

Berg består av svårlösliga salter.

Vatten som lösningsmedel Havsvatten smakar salt. Det gör saltat pastavatten också. I båda fallen beror det på att det finns lösta joner i vattnet. Lösliga salter, som natriumklorid, NaCl, går fint att lösa i vatten.

Men alla ämnen går inte att lösa i vatten. Att alla ämnen inte går att lösa i vatten är faktiskt orsaken till att det finns land och hav. Om alla salter gick lika bra att lösa i vatten som NaCl skulle det inte finnas några berg.

Berg består nämligen av svårlösliga salter. Dessutom finns det ämnen som löser sig i fett men inte i vatten. Nu ska vi titta närmare på vatten som lösningsmedel.

Ord och begrepp Fettlösligt innebär att ett ämne löser sig i fett.

Natriumklorid är jonföreningen NaCl.

Jon är en elektriskt laddad partikel som bildas när en atom släpper eller tar upp elektroner.

Näringsämnen är energi och byggstenar som organismer behöver för att leva, växa och fortplanta sig.

Körtel är ett organ som bildar ämnen som töms i blodet eller ut från kroppen.

Olja är en benämning på feta, flytande ämnen av flera slag, till exempel matolja och råolja.

Lösning är en homogen blandning, det vill säga en blandning där man inte kan se olika beståndsdelar. Det ämne som det finns mest av kallas för lösningsmedel.

Tensid är ett ämne som har en vattenlöslig del och en fettlöslig del.

Lösningsmedel är det ämne som det finns mest av i en lösning. Det andra ämnet kallas helt enkelt löst ämne.

Miljögift är ett fettlösligt ämne som är särskilt skadligt för miljön.

Tvål är ett rengöringsmedel som består av ett natriumsalt.

Vakuol är en bubbla som innehåller vätska i celler. Växtceller har en särskilt stor vakuol.

Vattenlösligt innebär att ett ämne löser sig i vatten.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Vatten som lösningsmedel och transportör av ämnen, till exempel i mark, växter och människokroppen. | Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

193

Tack vare tensiderna i tvål blir fettlöslig smuts möjlig att lösa i vatten.

Vattenlösligt eller fettlösligt

Olja och vatten blandar sig inte.

Oljan har lägre densitet än vattnet.

Därför flyter oljan på vattnet.

Tänk dig att du har fått smutsig olja från cykelkedjan på händerna. Du försöker skölja bort oljan med vatten. Vad händer? Antagligen smetas bara oljan ut. Men om du använder tvål så går det mycket bättre att få bort oljan. Hur kommer det sig? Jo, tvål gör att fettlösliga ämnen (som oljan) blir lösliga i vatten.

Olja är fettlöslig och vatten är såklart vattenlösligt. Om du häller matolja i ett glas vatten så kommer matoljan att lägga sig som ett skikt ovanpå vattnet. Oljan flyter på vattnet eftersom den inte blandar sig med vattnet och har lägre densitet än vattnet.

Tvål består av en positivt laddad natriumjon, Na+, och en negativt laddad tensid. Tensiden har ett vattenlösligt ”huvud” och en fettlöslig ”svans”. Vattenmolekyler kan lätt binda till tensidens huvud och svansen binder till fett. tvål = natriumjon + tensid Tvål består av en positivt laddad natriumjon, Na+, och en negativt laddad tensid. Tensiden har ett vattenlösligt ”huvud” och en fettlöslig ”svans”.

Na+

natriumjon 194

tensid

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

Na+

1

2

fet smutspartikel

3

underlag (till exempel hud eller tyg)

1. En fet smutspartikel (olja, gammal svett eller annat) börjar angripas av tensider från tvålen. Tensidernas fettlösliga (vattenavvisande) ”svansar” tränger in i smutspartikeln.

2. Fler och fler tensider löser sig med svansarna inne i smutspartikeln och sina vattenlösliga ”huvuden” ute i vattnet.

3. När tillräckligt många tensider har angripit smutspartikeln kan hela smutspartikeln lossna från underlaget, lösa sig i vattnet och spolas bort, till exempel när man duschar.

Miljögifter är fettlösliga Titta på bilden nedan. Bilden visar en näringspyramid. Varje röd triangel är en molekyl av ett miljögift. I botten av pyramiden finns växtplankton. Ju högre upp i pyramiden, desto färre individer finns det. Det beror på att djurplankton äter många växtplankton. Fiskar äter många djurplankton och sälen äter många fiskar. Därför får sälen i sig många molekyler av miljögiftet och kan skadas.

= miljögift

toppkonsument fjärdehandskonsument

tredjehandskonsument

andrahandskonsument

förstahandskonsument producent

Vissa kemikalier är miljögifter. Ett miljögift är en kemikalie som finns kvar länge i naturen.

Miljögifter är fettlösliga vilket gör att de löser sig i fettvävnad i organismer. Organismer kan ha svårt att göra sig av med fettlösliga ämnen om de inte går att göra vattenlösliga.

Därför blir miljögiftet kvar i organismen tills organismen dör eller blir uppäten.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

195

vatten

protein

fett

naturlig tensid

Fett är inte lösligt i vatten. I blodet kan fett transporteras i partiklar som består av ett protein och tensider. Tensider är molekyler som har ett vattenlösligt “huvud” och en fettlöslig “svans”. Storleksskalan i bilden är inte rätt. I verkligheten är en fettmolekyl hundratals gånger större än en vattenmolekyl.

Djur och vatten Vatten är grundläggande för liv. Livet uppkom i vatten för ett antal miljarder år sedan och har sedan dess varit beroende av vatten. Livets minsta enhet är cellen. Alla celler i kroppen är omgivna av vatten och cellens inre delar finns i vatten.

De näringsämnen som cellen behöver kommer till cellen i den vattenlösning som vi kallar blod. Vissa näringsämnen löser sig lätt i vatten.

Till exempel löser sig glukos väldigt lätt i vatten. Andra näringsämnen behöver hjälp med transport i vattenlösning. Fetter löser sig nästan inte alls i blodet och måste därför antingen brytas ner till vattenlösliga delar eller få hjälp av vattenlösliga molekyler för att kunna transporteras i kroppen.

Det avfall som kroppen behöver bli av med hamnar i vattenlösningen urin. Levern ser till att giftiga ämnen blir vattenlösliga så att vi kan kissa ut dem. Till exempel omvandlar levern många fettlösliga kvävehaltiga ämnen till urinämne som löser sig lätt i vatten.

Att leva i vatten Många djur lever hela sina liv i vatten. Tack vare att syre, O2, kan lösa sig i vatten kan fiskar andas syre med hjälp av sina gälar. Men det kan bli syrebrist i vatten. Om det ligger ett istäcke över en sjö på vintern kan det bli ont om syre eftersom ingen fotosyntes sker i sjön på vintern och 196

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

inget syre kan lösa sig från luften. Det kan också bli syrebrist vid botten om nedbrytare använder allt syre när de cellandas.

Som du säkert vet kan du inte dricka havsvatten för att släcka din törst. Det beror på att det finns så mycket salt i havsvattnet. Man kan också se det som att vattenhalten i havsvatten är för låg. Om du dricker havsvatten kommer kroppen faktiskt att bli mer uttorkad. Det beror på att när det salta vattnet hamnar i tarmarna så kommer vatten från din kropp att röra sig till tarmarna i stället från ut från tarmarna. Vattnet rör sig nämligen från områden med hög vattenhalt till områden med låg vattenhalt.

Benfiskar (det vill säga alla fiskar utom hajar och rockor) som lever i havet, alltså i saltvatten, måste hantera att vatten hela tiden ”vill” röra sig ut ur kroppen eftersom vattenhalten är högre i kroppen än i saltvattnet runt kroppen. Benfiskarna löser detta problem genom att dricka havsvatten. Då får de i sig vatten men också salter som de gör sig av med på två sätt. Vissa salter kissar de ut som urin med hög saltkoncentration.

Andra salter pumpar de ut genom sina gälar. Hajar och rockor, det vill säga broskfiskar, löser problemet på ett annat sätt. De har så mycket urinämne i kroppen att vattenhalten i och utanför kroppen blir ungefär lika hög.

Bilden visar en broskfisk (valhaj) som äter benfiskar av någon art. Broskfiskar och benfiskar i saltvatten har löst problemet med att vatten vill röra sig ut från kroppen på olika sätt.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

197

Albatrosser kan dricka sig otörstiga på havsvatten.

Albatrosser är fåglar som håller till flera månader till havs. Albatrosser kan faktiskt släcka sin törst med havsvatten eftersom de har speciella körtlar vid ögonen som bildar en vattenlösning med extremt hög salthalt. Saltlösningen rinner ut vid näbben och albatrossen blir av med saltet på så sätt.

Men fiskar i sötvatten då? Ja, sötvattensfiskar har motsatt problem jämfört med fiskar i saltvatten. Sötvattensfiskar har lägre vattenhalt i kroppen än utanför. Vattnet vill vandra mot lägre vattenhalt – alltså in i kroppen. För att inte sötvattensfiskarna ska svälla upp på grund av för mycket vatten i kroppen så kissar de ut stora mängder utspädd urin.

För att fotosyntesen ska fungera behöver växter vatten, koldioxid och ljus.

Växter och vatten Växter tillverkar glukos, C6H12O6, med hjälp av vatten, H2O, koldioxid, CO2, och solljus.

Men växter behöver också kväveatomer, N, svavelatomer, S, fosforatomer, P, för att bygga DNA och proteiner. Växten tar upp dessa atomer i form av joner från markvattnet med hjälp av sina rötter. Eftersom dessa joner är näringsämnen för växten kallas de närsalter. Fria joner är vattenlösliga och kan därför transporteras från rötterna till resten av växtens delar utan problem i växtens kärl.

198

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

cellvägg

kloroplast

cellmembran

ribosomer

vakuol DNA mitokondrie cellkärna

En växtcell i genomskärning. Egentligen tar vakuolen upp ännu större plats inuti växtcellen.

Med rötterna tar växter upp vatten och närsalter. Vatten med lösta närsalter läcker in i roten genom rothår. I växten finns tunna rör som kallas xylem. I rören transporteras vatten med närsalter från roten till resten av växten. Vattenånga avdunstar från från bladen hela tiden. Eftersom vattenånga avdunstar från bladen blir det ett sug i xylemet från rot till blad på samma sätt som när man suger läsk genom ett sugrör.

Om en växt får för lite vatten skrumpnar vakuolerna ihop och hela växten börjar sloka.

Dessutom använder växten vatten på ett annat sätt, nämligen som en form av skelett. I växtcellerna finns små behållare som kallas vakuoler.

När växten har tillräckligt med vatten är vakuolerna fyllda och spänns ut så att det blir ett tryck inuti cellen. Man kan säga att miljontals små vattenballonger hjälper till att hålla uppe växten och spänna ut bladen. Men om växten får för lite vatten så skrumpnar vakuolerna ihop och därmed hela växten. Om växten står i mark där vattnet är fruset kan rötterna inte ta upp varken vatten eller näringsämnen. Växten riskerar då att torka NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

199

ut även om det finns massor av vatten i form av is eller snö. I de delar av världen som har temperaturer under 0 °C på vintern går många växter in i vintervila, till exempel genom att fälla sina blad.

Sammanfattning @ En lösning består av ett lösningsmedel och ett löst ämne. Det ämne som det finns mest av kallas lösningsmedel och det andra ämnet löst ämne. @ Tvål består av en positivt laddad natriumjon, Na+, och en negativt laddad tensid. Tensiden har ett vattenlösligt ”huvud” och en fettlöslig ”svans”. @ Vissa ämnen är vattenlösliga och andra ämnen är fettlösliga. Dessutom finns ämnen som inte löser sig alls. De kallas svårlösliga. @ Fetter löser sig nästan inte alls i blodet och måste därför antingen brytas ner till vattenlösliga delar eller få hjälp av vattenlösliga molekyler för att kunna transporteras i kroppen. @ Levern ser till att giftiga ämnen blir vattenlösliga så att vi kan kissa ut dem. Till exempel om200

vandlar levern många fettlösliga kvävehaltiga ämnen till urinämne som löser sig lätt i vatten. @ Miljögift är ett fettlösligt ämne som är särskilt skadligt för miljön. @ Vattnet rör sig från områden med hög vattenhalt till områden med låg vattenhalt. @ Organismer som lever i saltvatten måste hantera att vatten vill röra sig ut ur kroppen. Organismer som lever i sötvatten måste hantera att vatten vill röra sig in i kroppen. @ Vakuol är en bubbla som innehåller vätska i celler. Växtceller har en särskilt stor vakuol som hjälper växten att hålla sig uppe. @ Växternas rötter tar upp kväve, fosfor och svavel som lösta joner i markvattnet.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

KAPITEL 4

Vattnet Vatten som lösningsmedel Instuderingsfrågor

Aktivitet: Matolja på tröjan

1. Beskriv vad en lösning är.

Förklara

2. En tensid består av två delar, vilka?

Tänk dig att du ska poppa popcorn.

Du häller matolja i en kastrull och därefter popcorn. Du råkar stänka ett par droppar matolja som hamnar på din tröja. Det blir en fläck. Med hjälp av tvål kan du få bort fläcken.

3. Beskriv vad tvål är.

4. Hur transporteras fetter i blodet?

5. Vilket organ gör att avfallsämnen i kroppen blir vattenlösliga?

6. Vilket problem har organismer som lever i sötvatten beträffande vatten?

7. Hur får växterna kväve, N, fosfor, P, och svavel, S, till DNA och proteiner?

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

Förklara vad som händer.

Använd dessa begrepp i din förklaring: fettlöslig, matolja, tensid, tvål, vatten och vattenlöslig.

201

Bilden: Den syrliga smaken hos citrusfrukter kommer från syror, framför allt citronsyra.

Syror och baser Varje gång du biter i ett äpple eller tar lite citronsaft över fisken känner du en syrlig smak. Den som någon gång har bakat muffins har använt bikarbonat, som är basiskt.

Men vad beror det på att vissa saker är sura och andra är basiska?

Hur mäter vi det?

Ord och begrepp Ammoniak är molekylen NH3.

Baser är kemiska föreningar som kan ta upp vätejoner, H⁺.

Basisk är en kemisk benämning på en vattenlösning där pH är högre än 7.

Bikarbonat är jonföreningen natriumvätekarbonat, NaHCO3.

BTB är ett färgämne som visar om en vattenlösning är sur, neutral eller basisk.

BTB är alltså en indikator.

Hydroxidjon är jonen OH⁻.

Indikator, eller pH-indikator, är ett ämne som används för att visa ungefär vilket pH-värde en lösning har.

Kolsyra är molekylen H2CO3.

Konstgödsel är gödsel som är tillverkad i fabrik.

Lackmus är ett färgämne som framställs ur olika lavar och som har olika färg vid olika pH-värde.

Neutral är en kemisk benämning på en vattenlösning där pH är lika med 7. pH-meter är ett instrument som mäter pH-värdet i en lösning. pH-skala är en skala från 1 till 14 som anger hur sur eller basisk en vätska är. pH-värde är ett mått på hur sur eller basisk en vätska är.

Sur är en kemisk benämning på en vattenlösning där pH är lägre än 7.

Syror är kemiska föreningar som kan avge vätejoner, H⁺.

Vätejon är jonen H⁺.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Separations- och analysmetoder, till exempel filtrering, fällning, pH-mätning och identifikation av ämnen. | Vatten som lösningsmedel och transportör av ämnen, till exempel i mark, växter och människokroppen. | Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

203

Många färgämnen i naturen är indikatorer, till exempel har fruktsaft från blåbär olika färg i sur och basisk lösning. Lackmus kommer ursprungligen från en lav. Lackmuspapper kan vara blått eller rött. Blått lackmuspapper blir rött i sura lösningar och rött lackmuspapper blir blått i basiska lösningar.

Surhetsgraden – sur eller basisk pH är ett mått på hur sur eller basisk en vätska är. pH är detsamma som pH-värde. Basisk är detsamma som alkalisk och är den kemiska motsatsen till sur.

På pH-skalan är 1 mycket sur och 14 mycket basisk. Om vätskan har pH-värdet 7 är den varken sur eller basisk, utan neutral.

Med ett instrument som heter pH-meter kan man mäta pH-värdet noggrant. Om man inte är intresserad av ett exakt pH-värde kan man använda en så kallad pH-indikator, till exempel lackmus. Lackmus är rött i sur vätska och blått i basisk vätska. surt

pH-skalan pH-skalan används för att ange hur sur eller basisk en vätska är.

På denna skala är 1 mycket surt och 14 mycket basiskt. Om vätskan har pH-värdet 7 är den varken sur eller basisk, utan neutral.

204

0

1

2

3

neutralt

4

5

6

7

basiskt

8

9

10

11

12

13

14

pH-skalan mäter halten vätejoner. Ju fler vätejoner, desto starkare syra och desto lägre pH-värde.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

Vätejoner bestämmer pH-värdet pH-värdet för en vätska bestäms av förhållandet mellan antalet vätejoner, H+, och hydroxidjoner, OH–. Bokstaven H i pH står för vätejoner, H+.

– Om en vätska innehåller fler vätejoner än hydroxidjoner är pH-värdet lägre än 7.

– Om en vätska innehåller lika många vätejoner och hydroxidjoner är pH-värdet lika med 7.

– Om en vätska innehåller färre vätejoner än hydroxidjoner är pH-värdet högre än 7.

I till exempel magsaft finns det fler vätejoner än hydroxidjoner, vilket ger ett surt pH, det vill säga pH-värde lägre än 7.

Om vi blandar tvål med vatten innehåller tvållösningen färre vätejoner än hydroxidjoner, vilket ger ett basiskt pH. pH-värdet är då högre än 7.

H+ i vatten är egentligen H3O+ Man pratar om koncentrationen av vätejoner, H⁺, i vattenlösning.

Men det är förenkling eftersom alla vätejoner i verkligheten har slagit sig ihop med vattenmolekyler och bildat oxoniumjoner, H3O⁺: H⁺ + H2O → H3O⁺ Så när man pratar om vätejoner, H⁺, i vattenlösning är det egentligen oxoniumjoner, H3O⁺. Detta är bra att känna till men i praktiken kan man nästan alltid hålla sig till att skriva vätejoner, H⁺, i till exempel reaktionsformler.

Normalt kan man alltså skriva förenklat: HCl → H⁺ + Cl⁻ och inte HCl + H2O → H3O⁺ + Cl⁻

BTB (bromtymolblått) är blått i basiska lösningar, grönt i neutrala och gult i sura lösningar.

Riktigt sura lösningar kan till och med gå över i orangerött.

Indikatorer Det finns de som gillar att dricka te med en tunn citronskiva i. Om du själv gör det kan du lägga märke till att teet ljusnar när man lägger i citronen. Det beror på att teet innehåller en del färgämnen som ändrar färg när lösningens pH ändras.

Det finns en hel del ämnen som ändrar färg beroende på vilket pH en lösning har. Sådana ämnen kallas indikatorer. Två av de vanligaste indikatorerna är BTB och lackmus.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

205

Syror Kolsyra Kolsyra, H2CO3, är du säkert redan välbekant med eftersom det är den som gör att läsken bubblar. Den bildas genom att man löser koldioxid, CO2, i vatten.

Då reagerar koldioxiden med vatten och bildar kolsyra.

Vid läsktillverkning tillsätter man koldioxid under högt tryck, vilket gör att det blir ett ”överskott” av kolsyra i läsken. När man öppnar läskburken pyser överskottet av koldioxid ut och fortsätter att bubbla medan man har läsken i glaset.

Många har också en kolsyremaskin, ”Sodastream”, hemma för att kolsyra vatten och andra drycker. Maskinen innehåller en kolsyrepatron med koldioxid med högt tryck.

Syror är kemiska föreningar som kan avge vätejoner, H+. Vattenlösningar av syror smakar surt. Om vattenlösningen av syran har hög koncentration är den ofta frätande.

H+

+

HCl

+

+

H2O

Cl-

+

H3O+

När saltsyra, HCl, reagerar med vatten avger saltsyran en H+ till vattenmolekylen.

Syror i kroppen och miljön Syror och baser har en viktig funktion i allt levande. Har vi inte rätt surhetsgrad (pH) så fungerar inte de kemiska reaktionerna i våra kroppar.

Då kan vi till exempel inte ta upp näringsämnen från maten. Växter kan inte ta upp näringsämnen ur marken om marken inte har rätt pH. När pH-värdet är för lågt finns det många vätejoner i marken. Vätejonerna tränger bort viktiga näringsämnen från marken så att de sköljs bort och inte kan tas upp av växternas rötter.

Modell av kolsyra, H2CO3.

Fisk som är dödad av för hög koncentration av aluminiumjoner i vattnet. När pH-värdet blir lågt släpper vissa typer av berg ifrån sig aluminiumjoner. Aluminiumjoner skadar fiskarnas gälar så att fiskarna kan kvävas.

206

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

Industri och trafik släpper ut en del försurande föroreningar som skadar naturen. Då naturen blir försurad kan vissa arter dö ut. Fiskarna och andra vattenlevande organismer kan dö i försurade sjöar. Man kan höja pH-värdet i försurade sjöar genom att hälla ut stora mängder basiska ämnen i vattnet. Men det är bara en tillfällig lösning. På sikt måste utsläppen av försurande ämnen minska för att inte miljön ska drabbas av försurning. De senaste årtiondena har utsläppen av många försurande ämnen minskat rejält.

När vi förbränner fossila bränslen som diesel och bensin bildas stora mängder koldioxid, CO2. Ungefär en tredjedel av all koldioxid löser sig i haven. Där reagerar koldioxid med vatten och bildar kolsyra. Kolsyran gör att pH sjunker i haven. Haven försuras. Försurningen påverkar många organismer i haven. Till exempel får koraller svårt att bilda sina skelett som består av kalk. Syra reagerar nämligen med kalk och löser upp kalken.

Kalk är en bas. Kalkning av sjöar är en metod att tillfälligt höja pH-värdet i en försurad sjö.

Ammoniak och konstgödsel

Tack vare konstgödsel växer grödorna extra bra. Till exempel ger ammoniumnitrat, NH4NO3, kväveatomer som växten behöver till DNA och proteiner.

Baser Basiska ämnen är syrornas raka motsats. Syror avger vätejoner. Baser tar i stället upp vätejoner. Ett exempel är när basen ammoniak, NH3, reagerar med vatten och tar upp en vätejon, H+.

I den här reaktionen bildas det en hydroxidjon, OH–, och en ammoniumjon, NH4+. Det är hydroxidjonen som ger lösningen dess basiska egenskaper. Vi kan även skriva ammoniakens reaktion med vatten så här:

Ammoniak, NH3, är en bas som tillverkas i enorma mängder. Det mesta av den ammoniak som tillverkas i världen används för framställning av konstgödsel, till exempel ammoniumnitrat, NH4NO3.

När ammoniumnitrat löser sig i markvattnet blir jonerna fria från varandra och växternas rötter kan ta upp dem som ammoniumjon, NH4+, och nitratjon, NO3–.

Det gäller dock att vara försiktig när man använder konstgödsel. Om man häller ut för mycket konstgödsel hinner inte växternas rötter ta upp alla jonerna. Till slut hamnar dessa näringsämnen i hav och sjöar som riskerar att drabbas av övergödning. Övergödda sjöar riskerar att växa igen och i havet kan det bli stor tillväxt av alger. När algerna sedan dör sjunker de till botten där bakterier och småsvampar bryter ner dem. När nedbrytarna cellandas använder de allt syre i vattnet så att andra organismer kvävs. Man säger att ”bottnen dör”.

H2O + NH3 → OH– + NH4+ NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

207

De flesta tvättmedel är basiska. Det är dels för att baser gör vattnet ”mjukare”, dels för att baser kan lösa upp fettfläckar på kläderna.

Starka baser i höga koncentrationer är frätande på huden precis som syror.

H⁺

Ammoniak, NH3, är en molekyl som består av en kväveatom och tre väteatomer.

+

H2O

+

+

NH3

OH⁻

+

NH4⁺

Ammoniak, NH3, reagerar med vatten.

Sammanfattning @ pH är ett mått på hur sur eller basisk en vätska är. pH är detsamma som pH-värde. @ På pH-skalan är 1 mycket sur och 14 mycket basisk. Om vätskan har pH-värdet 7 är den varken sur eller basisk, utan neutral. @ Lackmus är ett färgämne som är rött i sur vätska och blått i basisk vätska. Lackmus är en indikator. @ Om en vätska innehåller fler vätejoner än hydroxidjoner är pH-värdet lägre än 7. @ Om en vätska innehåller lika många vätejoner och hydroxidjoner är pH-värdet lika med 7. @ Om en vätska innehåller färre vätejoner än hydroxidjoner är pH-värdet högre än 7. @ Ämnen som ändrar färg beroende på vilket pH en lösning har kallas indikatorer. Två av de vanligaste indikatorerna är BTB och lackmus.

208

@ Syror är kemiska föreningar som kan avge vätejoner, H⁺. Vattenlösningar av syror smakar surt.

Om vattenlösningen av syran har hög koncentration är den ofta frätande. @ Syror och baser har en viktig funktion i allt levande. Har vi inte rätt pH i blod och celler så fungerar inte de kemiska reaktionerna i våra kroppar. @ Industri och trafik släpper ut en del försurande föroreningar som skadar naturen. Då naturen blir försurad kan vissa arter dö ut. @ När vi förbränner fossila bränslen som diesel och bensin bildas stora mängder koldioxid, CO2.

Ungefär en tredjedel av all koldioxid löser sig i haven. Där reagerar koldioxid med vatten och bildar kolsyra som försurar haven. @ Basiska ämnen är syrornas raka motsats. Syror avger vätejoner.

Baser tar i stället upp vätejoner.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

KAPITEL 4

Vattnet Syror och baser Instuderingsfrågor

Aktivitet: Försurning av hav

1. Ge exempel på några syror och baser som du har kommit i kontakt med i hemmet.

Förklara

2. Vad heter den kemiska motsatsen till sur?

3. Vilka pH-värden har mycket sura lösningar?

Förklara varför pH sjunker i haven när vi förbränner fossila bränslen.

Använd dessa begrepp i din förklaring: fossila bränslen, förbränning, havsvatten, koldioxid, kolsyra, pH och vätejon.

4. Vilken jon dominerar när pH-värdet är högre än 7?

5. Vad gäller om antalet vätejoner och hydroxidjoner i en neutral lösning?

6. Vad kallas lackmus och BTB med ett gemensamt namn och vad har de för användningsområde?

7. Vad bildas när saltsyra reagerar med vatten?

8. Vad utmärker baser kemiskt om man jämför med syror?

9. Vilken jon ger en lösning dess basiska egenskaper?

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

209

Bilden: Döda havet är en sjö med ovanligt hög salthalt. De som badar kan lätt flyta på ytan. Den höga salthalten beror på att sjön inte har något avlopp till havet. Vattnet avdunstar och saltet blir kvar.

Salt är joner tillsammans När du använder ordet salt så menar du oftast den sortens salt som vi saltar maten med. Men inom kemin är salter namnet på en hel grupp kemiska föreningar som kallas jonföreningar. Inom kemin är alltså salt detsamma som jonförening. Här ska vi titta närmare på joner och jonföreningar.

Ord och begrepp Fryspunkt är den temperatur där ett ämne stelnar.

Fällningsreaktion är när det bildas ett svårlösligt ämne när man blandar två lösningar.

Gips är jonföreningen kalciumsulfat, CaSO4.

Jon är en elektriskt laddad partikel som bildas när en atom släpper eller tar upp elektroner.

Jonförening är en kemisk förening som är uppbyggd av joner.

Kalciumkarbonat är jonföreningen CaCO2.

Kaustiksoda är ett annat namn på natriumhydroxid, NaOH. Koksalt är ett annat namn på natriumklorid, NaCl. Konserveringsmedel är ämnen som sätts till produkter för att förlänga hållbarheten.

Kristall är ett fast ämne där partiklarna (jonerna, molekylerna eller atomerna) är ordnade i ett regelbundet, geometriskt mönster.

Mineral är ämnen som bygger upp bergarter.

Mögelsvamp är en typ av svamp som bildar mögel.

Natriumklorid är jonföreningen NaCl. Neutralisation är en kemisk reaktion mellan en syra och en bas där vatten och ett pH-neutralt salt bildas.

Salter är detsamma som jonföreningar, det vill säga kemiska föreningar som består av positiva och negativa joner.

Stensalt är ett mineral som består av NaCl. Vägsalt är jonföreningen kalciumklorid, CaCI2.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Separations- och analysmetoder, till exempel filtrering, fällning, pH-mätning och identifikation av ämnen. | Vatten som lösningsmedel och transportör av ämnen, till exempel i mark, växter och människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

211

Cl-

Na+

Na+

ClNa+

Cl-

Cl-

Cl-

Na+ Cl-

Na+

Cl-

Cljonbindning

ClCl-

Na+

Na+

Cl-

ClNa+

Na+

Na+

ClNa+

Na+

Na+ Cl-

Positiva och negativa joner hålls ihop med jonbindning i salter.

Salternas egenskaper Vad är det som skiljer salter från andra kemiska ämnen? Jo, salter består av positiva och negativa joner, det vill säga laddade partiklar. Jonerna sitter ihop med starka jonbindningar eftersom positiva och negativa laddningar dras till varandra.

I salter i fast form sitter jonerna fast på bestämda ställen. Därför kan jonerna inte röra sig, bara vibrera lite. Men när man smälter ett salt blir jonerna rörliga. Då kan saltet leda ström. Samma sak gäller om saltet blir upplöst i vatten. Även i vatten är jonerna fria att röra sig. Både salt i smält form och upplöst i vatten leder alltså elektrisk ström.

I en elektronmikroskopbild ser man att saltkristallen är kubiskt formad.

Saltet natriumklorid Salter består av negativa och positiva joner. I fast (torr) form är jonerna bundna till varandra på ett regelbundet sätt som bildar en kristall.

Vanligt koksalt (den sortens salt vi använder i maten) i kristallform bildar ett enormt nätverk med positiva natriumjoner, Na+, och negativa kloridjoner, Cl–. Det finns lika många joner av varje slag i kristallen och därför skrivs den kemiska formeln NaCl.

Salt i maten Fisk som är lagd i salt för att inte bakterier och mögelsvampar ska kunna äta av den.

212

Natriumklorid smakar salt eftersom vi har sinnesceller i munnen som reagerar på salt och skickar signal till hjärnan när det hamnar salt i munnen. Även andra salter än natriumklorid ger smakupplevelse av salt smak.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

Vi använder salt som krydda i allt från pastavatten till smaksättning av grönsaker, fisk och kött. Det är svårt att tänka sig matlagning utan salt.

Redan under bronsåldern för flera tusen år sedan fanns det en långväga handel med salt. Saltet användes inte bara som krydda och smakförstärkare utan var också länge det enda konserveringsmedel man hade. Eftersom man var tvungen att kunna lagra till exempel fisk var salt extremt värdefullt och kunde användas i stället för pengar under vissa perioder.

Genom att förvara matvaror som färskt kött och fisk i salt kunde man förlänga hållbarheten. Saltet drar nämligen åt sig det vatten som finns inne i maten. Då blir det svårare för bakterier och mögelsvampar att leva och föröka sig, och färskheten bevaras längre. Trots att det finns kylskåp och frysar i dag saltar man fortfarande in vissa matvaror av tradition och för smakens skull. Till exempel finns salt sill kvar.

För människan är salt viktigt för att man ska få rätt saltbalans i kroppen, och det är en av de nödvändiga mineralerna.

Salt på vägarna

Framställning av koksalt, NaCl På vissa platser på jorden finns det väldiga skikt av salt under jorden. Vatten pumpas ner i dessa skikt som löser upp saltet. En blandning av salt och vatten kan sedan transporteras upp till ytan.

Ur denna blandning renas saltet och man får då koksalt, NaCl. Koksalt kan också framställas från havsvatten. Då kan havsvattnet ledas in i bassänger där vattnet får avdunsta i solvärmen.

Man kan även få salt från mineralet stensalt. Sådant salt har uppstått genom att hela havsvikar eller rentav hav torkat in.

Stensalt bryts i gruvor.

Stora stensaltfyndigheter finns i till exempel Tyskland och Polen.

Under vintern använder man också salt för att smälta is på isiga vägar och göra dem mindre hala. Om man blandar salt med vatten får lösningen nämligen en lägre fryspunkt. Om det smälta vägvattnet avdunstar blir saltet kvar som vita kristaller. Saltade vägar kan däremot vara en trafikfara i sig eftersom de lockar till sig vilda djur. Precis som människan tycker vilda djur mycket om salt och de behöver det av samma anledning som människan. Därför beger djuren sig gärna till saltade vägar för att slicka i sig det salt som finns där.

Vägsalt är kalciumklorid, CaCl2. Det används för att minska risken för halka. En blandning av vägsalt och vatten fryser till fast form vid lägre temperatur jämfört med rent vatten.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

213

Salters löslighet i vatten Lättlösliga salter För att två ämnen ska kunna lösa sig i varandra behövs det bindningar mellan de två ämnena. Det gäller också när ett salt löser sig i vatten.

När ett salt – till exempel koksalt, NaCl – löser sig i vatten så går de enskilda jonerna ut i lösning, det vill säga binder till vattenmolekyler i stället för till andra joner. Vi kan skriva det med en kemisk formel på det här sättet:

H2O över reaktionspilen betyder helt enkelt att reaktionen sker i vatten.

Om vi zoomar in på saltkristallen kan vi se att natriumjonerna och kloridjonerna sitter omväxlande i en kristallstruktur, varannan natriumjon och varannan kloridjon.

Natriumjonerna och kloridjonerna i saltkristallen sitter ihop med jonbindningar. Jonbindningar är starka bindningar – man måste värma natriumklorid till 803 °C innan det börjar smälta. Hur kan då salt lösa sig i vatten som är betydligt kallare än så?

Saltet kan lösa sig i vattnet tack vare den energi som finns i de enskilda vattenmolekylerna. Vattenmolekylerna attackerar saltets joner, som kommer ut i lösning. När jonerna kommer ut i lösningen uppstår det nya bindningar mellan jonerna och vattenmolekylerna.

Det här leder oss till en slutsats: ju varmare vattnet är, desto lättare går det att lösa ett salt i det. Det beror på att vi måste tillföra energi för att bryta jonbindningarna mellan saltets joner. Ju varmare vatten, desto mer energi har det. Ju mer energi, desto snabbare rör sig vattenmolekylerna.

Vattenmolekylerna kan då attackera jonkristallen mer och få loss joner.

Natriumklorid, NaCl, löser sig i vatten, H2O. Vattenmolekylerna attackerar saltets joner, som kommer ut i lösning. När jonerna kommer ut i lösningen uppstår det nya bindningar mellan jonerna och vattenmolekylerna.

214

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

Bilden till vänster: Kalciumkarbonat, CaCO3, är ett svårlösligt salt.

Bindningarna mellan kalciumjoner, Ca2+, och karbonatjonerna, CO32⁻, är så starka att vattenmolekylerna nästan inte kan bryta loss några joner alls när de attackerar. Kalciumkarbonatkristallen är förenklad i den här bilden.

Svårlösliga salter Natriumklorid, NaCl, är alltså lätt att lösa i vatten. Natrium hör till grupp 1 i periodiska systemet och grupp 1 kallas ju alkalimetallerna. Det är faktiskt så att alla salter med alkalimetaller är lätta att lösa i vatten.

Däremot finns det många andra salter som inte är lätta att lösa i vatten. Till exempel är kalciumkarbonat, CaCO3, ganska svårlösligt i vatten. Kalciumkarbonat kallas också kalk. Bara lite kalk löser sig i vatten. Eftersom kalk är svårlösligt i vatten så finns det berg av kalksten.

Tack vare att många salter är svårlösliga finns det berg. Berg består nämligen av olika salter som kallas för mineraler och de är svårlösliga.

På den här kranen finns beläggning av kalk, CaCO3. Kalkutfällningen kommer från vatten som har runnit över kranen. Eftersom kalk är ett svårlösligt salt stannar kalken kvar på kranen och löser inte upp sig.

För att få bort kalkbeläggningen kan man använda ett rengöringsmedel som innehåller en syra.

Neutralisation Neutralisation är när en bas och en syra reagerar kemiskt med varandra och det ämne som bildas är pH-neutralt.

Ett exempel på en sådan reaktion är när man blandar en vattenlösning av kaustiksoda (natriumhydroxid, NaOH) med saltsyra, HCl. Då bildas vatten och koksalt. Vattenlösningen av kaustiksoda är basisk och saltsyra är en syra. Men de två produkterna (NaCl och H2O) är pHneutrala.

Kemiskt kan denna reaktion skrivas: NaOH + HCl → NaCl + H2O Egentligen deltar bara vätejonerna, H+, och hydroxidjonerna, OH–, i neutralisationen. Natriumjonerna och kloridjonerna deltar inte. Därför kan vi skriva neutralisationen som: H+ + OH– → H2O NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

215

Natriumklorid är lättlösligt i vatten. Därför rör sig natriumjonerna, Na+, och kloridjonerna, Cl–, fritt bland vattenmolekylerna. Även om vi inte ser dem kan vi mäta att vattnet innehåller joner eftersom lösningen leder ström betydligt bättre än rent vatten. Först om vattnet avdunstar från lösningen bildas natriumklorid (koksalt) i fast form, NaCl(s).

Om vi blandar lika många vätejoner och hydroxidjoner blir det i stort sett inga vätejoner eller hydroxidjoner över efter reaktionen – ursprungsämnena (saltsyra och kaustiksoda) har neutraliserat varandra. sur lösning pH�7

basisk lösning pH�7

neutral lösning pH�7

HCl

NaOH

NaCl + H2O

HCl

+

NaOH

NaCl + H2O

I en neutralisation reagerar en syra och en bas. Det bildas ett salt och vatten.

Sammanfattning @ Inom kemin är salter namnet på en hel grupp kemiska föreningar som kallas jonföreningar. Inom kemin är alltså salt detsamma som jonförening. @ Salter består av positiva och negativa joner, det vill säga laddade partiklar. Jonerna sitter ihop med starka jonbindningar eftersom positiva och negativa laddningar dras till varandra. @ Salter i smält form och i vattenlösning leder elektrisk ström. @ Koksalt, NaCl, har varit ett av de viktigaste konserveringsmedlen.

@ När ett salt – till exempel koksalt, NaCl – löser sig i vatten så går de enskilda jonerna ut i lösning, det vill säga binder till vattenmolekyler i stället för till andra joner. @ Vissa salter är lättlösliga, till exempel NaCl. Andra salter är svårlösliga, till exempel CaCO3. @ Neutralisation är när en bas och en syra reagerar kemiskt med varandra och det ämne som bildas är pH-neutralt. Även vatten bildas vid en neutralisation.

@ Om vi blandar ett salt med vatten får lösningen lägre fryspunkt.

Kalciumklorid, CaCl2, används som vägsalt.

216

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

KAPITEL 4

Vattnet Salt är joner tillsammans Instuderingsfrågor

Aktivitet: Natriumklorid löser sig i vatten

1. Vad kan salter också kallas inom kemin?

Beskriva

2. Vilken kemisk formel har koksalt?

Beskriv vad som händer när natriumklorid, NaCl, löser sig i vatten. Rita gärna bilder för att beskriva vad som händer.

3. Hur ändras vattenlösningens fryspunkt när salt sprids på vintervägar?

4. Vad händer med natriumjoner och kloridjoner när vi löser koksalt i vatten?

5. Vad kallas den reaktion där lika antal vätejoner och hydroxidjoner reagerar med varandra?

6. Förklara varför salt är lättare att lösa i varmt vatten än i kallt.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

217

Bilden: I många länder är rent vatten en bristvara.

Rent vatten Du är törstig och vrider på vattenkranen och får direkt ett glas kallt rent vatten. Du är smutsig och tar en varm och skön dusch. Detta är självklarheter för dig och nästan alla andra som bor i Sverige. Men runt om i världen ser det helt annorlunda ut. Var fjärde person på jorden saknar tillgång till rent vatten. Kemister kommer att ha avgörande roller för att alla ska kunna dricka rent vatten.

Ord och begrepp Biologisk rening innebär att man använder bakterier eller andra mikroorganismer för att rena avloppsvatten.

Mikroorganismer är livsformer som är så små att de inte syns med blotta ögat utan bara i mikroskop, till exempel bakterier.

Bioslam är resten efter biologisk rening av avloppsvatten. Bioslam består mest av levande och döda bakterieceller.

Rening av avloppsvatten sker när vattnet har använts av hushåll, industrier med mera och sedan ska släppas tillbaka ut i naturen.

Dagvatten är regnvatten och smältvatten från till exempel tak och gator.

Vanlig vattenrening är att man renar grundvatten eller ytvatten, alltså vatten i sjöar och floder, så att det ska gå att till exempel dricka.

Diarrésjukdomar är sjukdomar med diarré, det vill säga att man måste gå på toaletten ofta och att bajset är löst.

Grundvatten är vatten som finns under marken.

Vattentorn är en hög byggnad som längst upp innehåller en stor behållare med vatten.

Hygien är detsamma som renlighet.

Vattenverk är en anläggning som renar det vatten som ska skickas ut i vattenledningsnätet på en ort.

Kemisk rening innebär att man använder kemiska ämnen för att rena avloppsvatten.

Våtmark är ett område i naturen som hela tiden eller ibland är dränkt i vatten.

Mekanisk rening innebär att man renar avloppsvatten med hjälp av galler och silar.

Ytvatten är vatten i hav eller sjöar där ytan har kontakt med luften.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Vatten som lösningsmedel och transportör av ämnen, till exempel i mark, växter och människokroppen. | Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

219

I Örebro står vattentornet ”Svampen” som landmärke och utsiktsplats med servering.

Vattnet renas För att vi människor ska kunna använda vattnet, dricka det, bada i det eller använda det för industriell tillverkning behöver vattnet ofta renas.

Det finns två sorters vattenrening: – Vanlig vattenrening är att man renar grundvatten eller ytvatten, alltså vatten i sjöar och floder, så att det ska gå att till exempel dricka utan att man riskerar att bli sjuk.

– Rening av avloppsvatten sker när vattnet har använts av hushåll, industrier med mera och sedan ska släppas tillbaka ut i naturen.

Vattnet i sjön ingår i vattnets kretslopp. Vi badar i det, vi dricker det, vi förorenar det och vi renar det igen. Bilden är från sjön Bolmen som förser många svenskar i södra Sverige med vatten.

220

Vanlig vattenrening I vattenverk renar man vatten som ska användas som dricksvatten eller inom industrin. Då tar man bort olika föroreningar och desinfekterar vattnet, dödar farliga mikroorganismer. Det gör man för att man inte ska NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

bli sjuk och för att smittsamma sjukdomar inte ska spridas. Oftast är det kommunen som ansvarar för vattenverkets drift.

Det vatten som vi får i våra kranar kommer antingen från sjöar eller andra vattendrag (ytvatten) eller från djupt borrade brunnar (grundvatten). Oavsett vilket måste det renas, så att det inte blir skadligt för den som ska använda det. Denna rening sker i vattenverket.

I vattenverket får vattnet passera genom flera filter som vart och ett tar bort olika slags ämnen. Dessutom kan man utsätta vattnet för kemisk påverkan. När vattnet är fritt från allt skadligt eller på annat sätt olämpligt material kan det ledas ut i vattenledningsnätet för att nå hushållen.

Rening av avloppsvatten I reningsverk, eller avloppsreningsverk, tar man hand om avloppsvatten från hushåll och industrier men även dagvatten, alltså regnvatten från tak och gator. Regndroppar samlar upp föroreningar när de faller genom luften och när de rinner längs tak och gator. Man renar vattnet från föroreningar innan det släpps ut i havet eller sjöar och floder. Det kan även göras på andra sätt, bland annat i våtmarker.

Allt vatten som vi människor använder när vi till exempel diskar, tvättar, duschar eller går på toaletten blir smutsigt. Innan vi kan återföra vattnet till naturen måste det därför renas. Det smutsiga vattnet rinner genom avloppsledningar till ett reningsverk. Varje kommun i Sverige har reningsverk som tar hand om smutsvatten från till exempel hushåll och skolor. Många stora industrier har egna reningsverk. Avloppsvattnet renas i flera steg.

Vattentorn Vattentorn är en hög byggnad som längst upp innehåller en stor behållare med vatten. Vattentorn ingår i det system som förser en ort med dricksvatten.

Det renade vattnet som pumpas upp i vattentornets behållare kommer från ett vattenverk.

Vattentornets behållare ligger högt över den bebyggelse som ska förses med vatten. Vattnet sprids ut i ledningsnätet med hjälp av självtryck.

Moderna vattentorn har blivit mycket synliga inslag i stadsbilden och är utformade av arkitekter som väldiga konstverk i betong. Äldre vattentorn som har tjänat ut och ersatts av nya har i många fall byggts om till spännande bostäder.

Luftningsbassänger för biologisk rening i ett reningsverk.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

221

Mekanisk rening är det första steget. Vattnet silas genom ett galler som fångar upp skräp, till exempel toalettpapper, bomullspinnar, cigarettfimpar och tuggummi.

Det andra steget kallas biologisk rening eftersom det är bakterier och andra mikroorganismer som bryter ner bland annat matrester, tvättmedel, kiss och bajs. Ju mer syre som mikroorganismerna får, desto effektivare blir nedbrytningen. Därför luftar man avloppsvattnet i stora bassänger. Men de kan inte ta hand om målarfärg, läkemedel eller andra kemikalier. När bakterierna arbetar bildas vatten, koldioxid och något som kallas bioslam. Detta slam kan bakterier omvandla till biogas som kan användas till bränsle i bilar i stället för bensin och för att värma hus i stället för naturgas. Bioslam är näringsrikt och kan också användas för att gödsla åkrar.

Det tredje steget är kemisk rening och betyder att man tillsätter olika ämnen i vattnet för att fånga upp till exempel fosfor. Fosfor är ett näringsämne som kan skada havsmiljön om det släpps ut i för stora mängder.

När vattnet är tillräckligt rent släpps det ut i havet eller i något vattendrag och återvänder till sitt kretslopp i naturen.

Flickor i Zambia hämtar vatten långt från hemmet.

Rent vatten i världen Tillgång till rent vatten är en mänsklig rättighet. Trots det dör hundratals barn varje dag på grund av smutsigt vatten, brist på toaletter och dålig kunskap om hygien.

222

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

Problemet med vattenbrist Orsakerna till vattenbrist ser olika ut i olika länder.

– Torka. I många länder finns en regnperiod och en torrperiod när det inte regnar på flera månader. Människorna i landet är då beroende av att det regnar tillräckligt under regnperioden. Om det regnar för lite eller inte alls under regnperioden blir det torka och svält i landet. I till exempel Namibia torkar vattendragen ut om det inte regnar ordentligt under regnperioden.

– Ökenbildning. Klimatförändringar och att människor hugger ner skog kan göra att öknar blir större eller nybildas. Skog gör att det regnar mer eftersom träden pumpar upp vatten från jorden till luften via sina rötter och blad för att kunna använda fotosyntes. Träd håller dessutom kvar jord så att den inte spolas bort av vatten eller blåser bort av vind.

– Förorening. I vissa fall renar industrier inte sina utsläpp. Då förgiftas vattendrag.

– Krig. Vatten kan användas som vapen i krig. Om reningsverk bombas drabbas många av brist på rent vatten och tvingas använda smutsigt vatten.

– Bristande hygien. Var tredje person i världen saknar en ordentlig toalett. Problemet är särskilt stort i fattiga länder där över hälften av människorna tvingas kissa och bajsa på öppna fält och i sjöar och floder. Då hamnar till exempel kolerabakterier från bajset i vattnet och då sprids den allvarliga sjukdomen kolera.

Kvinnor och flickor drabbas ofta hårdast av brist på vatten och bra toaletter. I stora delar av världen är det kvinnor och flickor som ser till att familjen får vatten. Om människor tvingas gå långa sträckor varje dag för att hämta vatten hinner de inte gå i skolan och hindras från att utbilda sig.

Brist på toaletter kan göra att flickor slutar skolan när de får mens.

Lösningar till problemet?

Trots att alldeles för många människor fortfarande saknar tillgång till rent vatten och/eller bra toaletter så har läget förbättrats. Barnadödligheten i diarrésjukdomar är i dag 50 procent mindre än för 20 år sedan.

För 30 år sedan hade 2,6 miljarder färre människor tillgång till rent vatten jämfört med i dag. För 25 år sedan saknade var fjärde person helt toalett och var tvungen att kissa och bajsa utomhus. I dag är det var tionde person som helt saknar toalett.

Det kommer att behövas många stora och små åtgärder för att alla ska få tillgång till rent vatten. I krigsområden behöver det bli fred, industrier måste rena sina utsläpp och öknar måste hindras från att spridas. Andra åtgärder är kunskap om hygien, till exempel att tvätta NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

Petra Wadström är konstnär, designer och uppfinnare. Hon har uppfunnit den här vattenrenaren som med energi från solen värmer vatten till så hög temperatur att sjukdomsframkallande bakterier dör och vattnet blir säkert att dricka. 2008 belönades Petra Wadström för sin uppfinning och i dag används hennes vattenrenare i många fattiga länder.

223

händer med tvål för att minska spridning av sjukdomsframkallande bakterier.

En möjlig lösning på vattenbrist är att ta bort salt från havsvatten, det vill säga att avsalta havsvatten så att det går att dricka. Till exempel har Israel gått från vattenbrist till vattenexport genom att avsalta havsvatten.

Kemister kommer fortsatt att ha viktiga roller när problem med vattenbrist ska lösas. Det kan handla om att utveckla filter eller kemikalier som renar vatten eller utveckling av solceller som kan driva vattenpumpar i områden som saknar elledningar.

Sammanfattning @ Vanlig vattenrening sker i vattenverk och innebär att man renar grundvatten eller ytvatten så att det ska gå att till exempel dricka utan att man riskerar att bli sjuk.

@ Var fjärde person på jorden saknar tillgång till rent vatten.

Det beror framför allt på torka, ökenbildning, föroreningar, krig eller bristande hygien.

@ Rening av avloppsvatten sker i reningsverk som också kallas avloppsreningsverk. Avloppsvattnet har använts av hushåll, industrier med mera och släpps ut i naturen när det är renat.

@ De senaste årtiondena har fler människor fått tillgång till rent vatten och toaletter.

@ I reningsverket sker mekanisk rening, biologisk rening och kemisk rening.

224

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

KAPITEL 4

Vattnet Rent vatten Instuderingsfrågor

Aktivitet: Vattnet i skolans kranar

1. I ett vattenverk renas vatten. Vad ska vi använda detta vatten till?

Ta reda på mer

2. Vilken uppgift har ett vattentorn?

Undersök varifrån vattnet i skolans kranar kommer och var det renas.

3. Varifrån kommer vattnet till ett avloppsreningsverk?

4. Beskriv kortfattat hur mekanisk rening, biologisk rening och kemisk rening fungerar i ett avloppsreningsverk.

5. Vad kan bioslam användas till?

6. Nämn minst tre orsaker till att det finns vattenbrist i vissa områden i världen.

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

225

LABORATION

Tillverka en rödkålsindikator Syfte

Frågor

Syftet med den här laborationen är att tillverka en indikator och undersöka vilken färg indikatorn får i sur, neutral och basisk lösning.

1. Hur fungerar en indikator?

Materiel – färsk rödkål

2. Varför ska rödkålen kokas?

Redovisning Skriv en laborationsrapport om din lärare säger att du ska göra det.

– kniv och skärbräda

Riskbedöming

– kastrull och kokplatta

Laborationen är måttligt riskfylld. Natriumhydroxid, NaOH, är kraftigt frätande. Använd skyddsglasögon. Skölj rikligt med vatten om natriumhydroxid kommer på huden.

Vid kontakt med ögonen – ta ur eventuella kontaktlinser om det går lätt, skölj grundligt med mycket vatten i minst 15 minuter och kontakta en läkare.

Om du bränner dig på värmeplattan så kyl med kallt vatten i några minuter och därefter med svalt vatten (cirka 15–20 °C) i cirka 20 minuter. Undvik att göra hål på blåsorna.

– ättika, CH3COOH(aq) – natriumhydroxid, NaOH – tre E-kolvar.

Utförande 1. Skiva rödkålen tunt.

2. Lägg den skivade rödkålen i kastrullen.

3. Häll på vatten så att rödkålen täcks.

4. Koka rödkålen i cirka 30 minuter.

5. Häll upp samma mängd rödkålsindikator i de tre E-kolvarna och späd med vatten tills det lätt går att se genom lösningen.

6. Ställ E-kolvarna i en rad.

7. Tillsätt basen natriumhydroxid till den första E-kolven.

Rödkål.

8. Tillsätt syran ättika till den tredje E-kolven och lämna den mittersta E-kolven som referens.

226

NE KEMI 7– 9 –––– 4. VATTNET

KAPITEL 5

Jorden

Bilden: Vulkanen Fagradalsfjall på Island. I jordklotet finns smält berg, det vill säga lava, som kan välla upp vid vulkanutbrott.

Vårt jordklot Ordet jorden används på två sätt: planeten jorden som är din hemplanet och jorden som är den fasta marken som du går på. Här ska vi titta närmare på planeten jorden.

Ord och begrepp Atmosfären är gashöljet kring jorden. Den gasblandning som bildar jordens atmosfär kallas luft.

Jordkärnan är den innersta, klotformiga delen av jorden.

Jordskorpan är jordens yttersta skal.

Kontinent kallas var och en av de stora landmassorna på jorden och de öar som omger dem.

Magma är smälta bergarter.

Magnet är ett föremål av järn eller vissa andra metaller som har förmågan att dra till sig andra magnetiska föremål.

Meteorit är en sten från rymden som hamnat på jorden.

Platta är en stor sammanhängande del av jordskorpan och översta delen av manteln.

Där plattor krockar bildas jordbävningar och vulkaner.

Pol, eller magnetisk pol, är ena änden på en magnet.

Seismisk våg är en våg som breder ut sig i jordens inre och kan bero på jordbävning.

Vulkan är en plats där hett material från planetens inre, till exempel jordens, kommer upp till ytan.

Manteln, eller jordmanteln, är lagret mellan jordkärnan och jordskorpan.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

231

Jorden Jorden är den blå planet som vi bor på. Ibland kallas jorden Tellus.

Jorden är en av planeterna i vårt solsystem, den tredje från solen efter Merkurius och Venus. Närmaste planet utanför jorden är Mars. Men den närmaste himlakroppen är månen.

Jorden bildades för närmare 5 miljarder år sedan. Från början var jorden ett kallt gas- och stoftmoln. En lång och komplicerad process har gett jorden dess nuvarande uppbyggnad. Jorden är en het planet och kall bara på ytan.

Jordytan är till cirka 70 procent täckt av vatten, hav. Landytan består av sex kontinenter med tillhörande öar.

Ovanför jordytan finns atmosfären. Atmosfären är det vi kallar luften. Luft är en gasblandning som till 99 procent består av kväve och syre.

Andra planeter än jorden har atmosfärer som består av annat än luft.

Jorden är till stora delar täckt av vatten.

232

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

Hur vet vi vad jordens inre består av?

De djupaste gruvorna på jorden är inte mer än ungefär 4 kilometer djupa och det djupaste borrhålet, som finns på Kolahalvön, har ett djup på ungefär 12 kilometer (det är bara 0,19 procent av jordens radie).

Så hur vet vi då vad jordens inre består av och om det är i fast eller flytande form?

Forskare har listat ut de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos jordens inre delar genom att kombinera teorier, experiment och observationer. Främst har man studerat: – hur seismiska vågor (jordbävningsvågor) förändras när de rör sig genom jordens inre – material som förts till ytan genom vulkanutbrott och jordbävningar – innehållet i meteoriter.

Den övergivna diamantgruvan Mir i Ryssland.

Jordens inre Jorden är uppbyggd av olika lager. Längst in finns jordkärnan, som består mest av nickel, Ni, och järn, Fe. Den inre kärnan är fast, den yttre är flytande.

Utanför kärnan finns manteln, som är en trögflytande massa av framför allt silikater, magnesiumoxid, MgO, och ett antal metaller. Silikater är kemiska föreningar mellan kisel och syre.

Utanpå manteln flyter den stela jordskorpan. Bergarter och mineraler bygger tillsammans upp jordskorpan.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

233

jordskorpan

manteln

yttre kärnan inre kärnan

Ett tvärsnitt genom jordklotet visar de olika lagren. Inifrån och ut har vi den inre fasta kärnan, den flytande yttre kärnan, den halvflytande manteln (manteln kan delas in i en undre och övre del) och den fasta jordskorpan.

Det finns mycket järn, Fe, i jordkärnan och det gör att jorden fungerar som en jättestor magnet. Hela jorden är omgiven av ett magnetfält.

Alla magneter har två poler, även jorden. De magnetiska polerna ligger i närheten av Nordpolen och Sydpolen. Det är tack vare jordmagnetismen som man kan ha kompasser. atmosfären jordytan skorpan

övre manteln undre manteln

inre kärnan 1 000

yttre kärnan

2 000

3 000

4 000

5 000

6 000 km

Jordkärnan består främst av järn och nickel; den inre kärnan är fast och den yttre kärnan är flytande.

234

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

Jordskorpan Jordskorpan är uppdelad i ett tiotal plattor som ständigt rör sig, men mycket långsamt, någon centimeter om året.

Jämfört med jordens storlek är jordskorpan mycket tunn, tunnare än skalet på ett äpple. Jordskorpan är 35–50 kilometer tjock under kontinenterna och 5–15 kilometer tjock under oceanerna.

Den övre delen av skorpan under kontinenterna består till stor del av mineralet kvarts som ingår i bergarten granit.

Den undre delen, samt jordskorpan under oceanerna innehåller bara lite kvarts. Här är det bergarten basalt som är vanligast.

nordamerikanska plattan

eurasiska plattan indiska plattan

juan de fucaplattan filippinska plattan cocosplattan stillahavsplattan australiska plattan

karibiska plattan

nazcaplattan

antarktiska plattan

sydamerikanska plattan

arabiska plattan afrikanska plattan

scotiaplattan

Namnen på jordskorpans plattor och deras ungefärliga läge. De flesta jordbävningar och vulkanutbrott sker i plattornas gränser.

Plattornas rörelser Att vulkanutbrott och jordbävningar sker beror på att jordskorpans plattor rör på sig. Plattektoniken beskriver hur och varför dessa plattor rör sig i förhållande till varandra.

Vulkanutbrott och jordbävningar inträffar framför allt i gränsområdena mellan två plattor. Det enorma trycket vid plattornas gränser ger väldigt höga temperaturer som gör att en del bergarter smälter och bildar magma.

Till slut blir trycket på den smälta stenen så högt att magman tar sig uppåt genom sprickor i berggrunden och kastas ut i ett vulkanutbrott.

Uppe på ytan svalnar magman och blir till trögflytande lava som så småNE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

235

ningom stelnar och vulkaner bildas. När plattorna trycker mot varandra skapas enorma spänningar, som när de löser ut skapar jordbävningar.

Områden med sådana plattrörelser finns bland annat runt Stilla havet, till exempel i Kalifornien och vid Kinas östkust.

Sammanfattning @ Ordet jorden används på två sätt: dels planeten jorden, dels jorden som är den fasta marken som du går på. @ Jordytan är till cirka 70 procent täckt av vatten, hav. @ Ovanför jordytan finns atmosfären. Atmosfären är det vi kallar luften. Luft är en gasblandning som till 99 procent består av kväve och syre. Andra planeter än jorden har atmosfärer som består av annat än luft. @ Jordkärnan består mest av nickel, Ni, och järn, Fe. Den inre kärnan är fast, den yttre är flytande.

Järnet gör att jorden är en stor magnet.

236

@ Utanför kärnan finns manteln, som är en trögflytande massa av framför allt silikater, magnesiumoxid, MgO, och ett antal metaller. Silikater är kemiska föreningar mellan kisel och syre. @ Utanpå manteln flyter den stela jordskorpan. Det är bergarter och mineraler som tillsammans bygger upp jordskorpan. @ Jordskorpan är uppdelad i ett tiotal plattor som ständigt rör sig, men mycket långsamt, någon centimeter om året. Rörelserna ger upphov till jordbävningar och vulkanutbrott.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

KAPITEL 5

Jorden Vårt jordklot Instuderingsfrågor

Aktivitet: Jordklotet

1. Vad kallas jorden med ett annat ord (på latin)?

Beskriva

2. Vilka två metaller ingår i den inre kärnan?

3. Vad kallas skiktet mellan den yttre kärnan och jordskorpan?

Beskriv jordklotet. Rita gärna en skiss.

Använd dessa begrepp: jordkärnan, jordskorpan, magnet, manteln och plattor.

4. Vilka två grundämnen finns i silikater?

5. Beskriv kortfattat vad plattektonik är.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

237

Bilden: Regnbågsbergen i Peru. Att berget är så vackert randigt beror på vittring och att de olika lagren innehåller olika mineraler.

Mineraler och bergarter Du vet vad en sten är, eller åtminstone hur en sten ser ut. Men vad är en sten egentligen? Vad består en sten av?

En sten är en sorts naturmaterial som antingen är en bergart eller ett mineral. En bergart är uppbyggd av olika mineraler. Mineraler, i sin tur, är uppbyggda av ett eller flera grundämnen.

Ord och begrepp Bergart är en typ av stenmaterial i jordskorpan.

Mineral är ämnen som bygger upp bergarter.

Karbonater är kemiska föreningar som innehåller en karbonatjon, CO32−.

Oxider är kemiska föreningar mellan syre, O, och andra ämnen.

Kvarts är ett mineral som består av kisel och syre och har formeln SiO2.

Sedimentär bergart är en bergart som har bildats genom att partiklar har sedimenterat.

Magma är smälta bergarter.

Sulfider är kemiska föreningar mellan svavel, S, och andra ämnen.

Magmatisk bergart är en bergart som har bildats ur en magma.

Metamorf bergart, eller omvandlad bergart, är en bergart som omvandlats i jordskorpan på grund av ändrat tryck eller temperatur.

Vulkanisk bergart är en magmatisk bergart som har bildats genom vulkanisk aktivitet.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

239

Basalt är en vanlig magmatisk bergart och har bildats av stelnad magma. När bergarter vittrar, nöts ner av havet, är det inte ovanligt att en hård och tät bergart lämnas kvar.

Här i Arnarstapi på Island har en lustig formation bildats av basalt när omgivande bergarter vittrat bort.

Bergarter Bergarter är berg och stenar som består av ett eller flera mineraler. Det är lätt att se med blotta ögat att det finns olika sorters bergarter.

De har olika färg och olika mönster beroende på vilka mineral som ingår och hur de bildades. Man brukar indela bergarter just efter hur de har bildats.

Magmatiska bergarter Magmatiska bergarter har bildats av magma som stelnat i eller ovanpå jordytan ofta i samband med vulkanutbrott. Den i Sverige vanliga bergarten granit är en magmatisk bergart. Andra exempel är basalt och diabas.

Sedimentära bergarter I Norge kan den modige ta steget ut på stenen Kjeragbolten som är fastkilad i en skreva på berget Kjerag. En kilometer under ligger Lysefjorden. Kjerag består av bergarten granit.

240

Sedimentära bergarter har bildats av lösa partiklar som packats samman och blivit till sten. Sandsten och skiffer bildas på detta sätt. Kalksten kan bildas när skal och skelett av vattenlevande djur och alger faller till bottnen och pressas samman. Processen tar många tusen år. Alla sedimentära bergarter har bildats vid jordytan.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

Metamorfa bergarter Metamorfa bergarter är bergarter som omvandlats från att ursprungligen ha varit en annan bergart. Den ursprungliga bergarten har utsatts för förändringar i temperatur, tryck eller kemiska förhållanden. Omvandlingen sker oftast djupt ner i jordskorpan. Metamorf betyder just ’förvandlad’ eller ’omvandlad’. Exempel är gnejs som ofta är en omvandlad granit, kvartsit som är en omvandlad sandsten samt marmor som är en omvandlad kalksten.

Kristaller och ädelstenar När ämnen i lösningar mycket långsamt övergår i fast form kan det bildas stora kristaller. Mineraler som kan uppföra sig så är till exempel kol, C, och kvarts, SiO2.

För att mineral eller grundämnen ska kunna växa till sig som regelbundna kristaller behövs även en miljö som tillåter det, till exempel hålrum i berggrunden.

Ibland måste även trycket och temperaturen vara de rätta för att kristaller ska kunna bildas.

Kristaller av kvarts, SiO2, kallas ibland för bergkristaller, och de kan bli flera kilogram tunga. Kol, C, som har kunnat växa till kristaller under högt tryck bildar ibland diamanter, C. Ädelstenar är mineral som ansetts särskilt vackra på grund av sin färg eller glans. En del ädelstenar har vuxit till sig som kristaller, men för att en ädelstens egenskaper ska komma riktigt till sin rätt slipas den.

Den förnämsta ädelstenen är diamanten. Den röda rubinen, Al2O3, den gröna smaragden, Be3Al2(SiO3)6, och den blå safiren, Al2O3, hör också till de dyrbaraste ädelstenarna.

Marmor är omvandlad kalksten, det vill säga en metamorf bergart. Här bryts marmor i Carrara i Italien.

Mineraler Mineraler är ämnen som bygger upp bergarter. Det finns väldigt många sorters mineraler, ungefär 4 500. De flesta av dessa mineraler ingår inte i bergarter utan förekommer främst för sig själva.

Varje mineral är ett kemiskt ämne med en bestämd sammansättning och en bestämd ordning mellan atomerna. Det vanliga mineralet kvarts har till exempel den kemiska formeln SiO2. Det betyder att det finns dubbelt så många syreatomer som kiselatomer i kvarts.

Alla mineraler utom kvicksilver, Hg, är fasta ämnen. Mineraler delas upp i olika grupper beroende på sammansättningen. Vissa mineraler är rena grundämnen, som guld, Au, silver, Ag, och kol, C. Andra mineraler är kemiska föreningar. Sulfider innehåller svavel, S. NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

Kvarts är ett vanligt mineral i jordskorpan. Mineralet finns i till exempel de vanliga bergarterna granit, gnejs och sandsten. Kvarts kan ha olika färger beroende på föroreningar i stenen. Här ses vit mjölkkvarts.

241

Vilka mineraler består jordskorpan av?

– fältspater: 51 procent – kvarts: 12 procent – pyroxen: 11 procent – amfibol: 5 procent – glimmer: 5 procent.

Oxider innehåller syre, O. Karbonater innehåller karbonatjonen, CO32-. En tredjedel av alla mineraler är silikater, som är en kemisk förening mellan kisel, Si, och syre, O. Jordskorpan består till cirka 90 procent av silikater. Fältspater och kvarts är exempel på silikater.

Sammanfattning @ En sten är en sorts naturmaterial som antingen är en bergart eller ett mineral. En bergart är uppbyggd av olika mineraler. Mineraler i sin tur är uppbyggda av ett eller flera grundämnen. @ Magmatiska bergarter har bildats av magma som stelnat i eller ovanpå jordytan ofta i samband med vulkanutbrott. Granit är ett exempel på en magmatisk bergart. @ Sedimentära bergarter har bildats av lösa partiklar som packats samman och blivit till sten. Kalksten kan bildas när skal och skelett av vattenlevande djur och alger faller till bottnen och pressas samman.

@ Mineraler är ämnen som bygger upp bergarter. Det finns väldigt många sorters mineral, ungefär 4 500. @ Silikater är mineraler som är föreningar mellan kisel, Si, och syre, O. Jordskorpan består till cirka 90 procent av silikater.

Fältspater och kvarts, SiO2, är exempel på silikater. @ Ädelstenar är mineral som ansetts särskilt vackra på grund av sin färg eller glans. Diamant är en kristall av kol, C.

@ Metamorfa bergarter är bergarter som omvandlats från att ursprungligen ha varit en annan bergart. Marmor är omvandlad kalksten.

242

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

KAPITEL 5

Jorden Mineraler och bergarter Instuderingsfrågor

Aktivitet: Tre sorters bergarter

1. Bergarter delas in i tre grupper, vilka?

Ge exempel på bergarter till var och en av de tre grupperna.

Beskriva

2. Hur hör mineraler och bergarter ihop?

3. Vilken kemisk formel har kvarts?

Vilka är de tre typerna av bergarter?

Beskriv varje sorts bergart med en mening och ge ett exempel på en bergart av varje sort.

4. Vilka är de tre vanligaste mineralerna i jordskorpan?

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

243

Bilden: Tack vare jord får vi mat att äta.

Jord att odla i Du kanske inte tänker på jord så ofta men det är ju tack vare jord som vi får mat att äta. Utan jord hade vi inte fått vete till bröd eller foder till höns, kor och grisar. Men vad är jord egentligen?

Ord och begrepp Brunjord är en näringsrik jordmån som det går bra att odla i.

Naturgödsel, till exempel stallgödsel, är gödsel som är avföring från husdjur.

Fotosyntes är när växter och alger bildar glukos av koldioxid, vatten och ljusenergi.

Syre bildas som en rest.

Nedbrytare är svampar, bakterier och smådjur som lever av döda växter och djur.

Gödsel, eller växtnäring, är material som man tillför marken för att det som odlas ska växa bättre.

Nedbrytning kallas den process i naturen där organismer sönderdelar och omvandlar organiskt material, döda växter, svampar, alger och djur till oorganiska molekyler.

Handelsgödsel, eller konstgödsel, är gödsel som tillverkas på konstgjord väg.

NPK är en beteckning med tre bokstäver för kväve, fosfor och kalium.

Jord är det mer eller mindre lösa lager som täcker markytan.

Näringsämnen är energi och byggstenar som organismer behöver för att leva, växa och fortplanta sig.

Jordarter består av korn av sönderdelad berggrund och rester av växter och djur och kan sträcka sig långt ner i marken. Lera och flygsand är exempel på jordarter.

Jordmåner är markens översta lager som påverkas av klimatet och av växter, djur och andra organismer.

Lera är den jordart som har minst korn.

Närsalter är ett annat ord för näringsämnen i marken som växter behöver.

Podsol är en näringsfattig jordmån men barrskog klarar att växa i denna jordmån.

Sten är den jordart som har störst korn.

Vittring är när berg och sten bryts ner och faller sönder.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

245

Flygsand är en jordart …

Jord, jordarter och jordmåner Jordar kan vara mycket olika, beroende på bland annat hur de har bildats och klimatet på den plats där jorden finns. Om man vill betona hur stora kornen är i olika jordar pratar man om jordarter. Men om man vill beskriva de olika lager som finns i markens övre del pratar man i stället om jordmåner.

Jordar … liksom lera.

Jord är det mer eller mindre lösa lager som täcker markytan. Jord är alltså det som träd, buskar, örter, gräs, svampar med mera växer i.

Jordmåner är markens översta lager som påverkas av klimatet och av växter, djur och andra organismer. Jordarter kan däremot sträcka sig långt ner i marken. Längst ner finns berggrunden som är ett fast underlag för de lösa jordarterna och jordmånerna.

Jordarter Jordarter består av korn av sönderdelad berggrund och rester av växter och djur. Lera och flygsand är exempel på jordarter.

246

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

Jordarter delas in i grupper efter hur stora kornen är, till exempel sten, grus, sand och lera. Sten har störst korn och lera har minst.

Eftersom jordarter är sammansatta på olika sätt har de olika egenskaper. Det påverkar bland annat hur vatten kan passera i marken. Vissa jordarter passar därför för att odla spannmål på och andra för att bygga hus på.

När det gäller hur bra jorden är att odla i kan man säga att ju mindre korn, desto bättre jord. Den sorts jord som har minst korn kallas lera och är alltså bäst att odla i. Sten, grus och sand består av mycket större korn och är då svårare att odla i.

Jordmåner Jordmåner är markens översta lager som påverkas av klimatet och av växter, djur och andra organismer. Det är just de olika lagren, horisonterna, som kännetecknar jordmånerna.

Två exempel på jordmåner Den vanligaste jordmånen i Sverige kallas podsol. Podsol är en näringsfattig jordmån men barrskog klarar att växa i denna jordmån. Därför är större delen av Sverige täckt av barrskog.

Jordmånen på de bördiga slätterna i till exempel Skåne, Västergötland, Östergötland och Uppland är brunjord.

I brunjord finns ingen horisont där näringsämnena har sköljts bort.

Därför är brunjord mer näringsrik och bättre för att odla till exempel vete.

I podsol finns en ljus horisont där näringsämnena har sköljts bort av vatten. Under den ljusa horisonten finns en rödaktig horisont där näringsämnena har samlats.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

247

Markens bördighet Olika jordar har olika bördighet. En bördig jord ger växterna det de behöver för att kunna växa bra och leva: syre, vatten, närsalter med mera.

Bördigheten beror på många saker: – jordart – jordmån – hur lättvittrad den underliggande berggrunden är – tillgång till näringsämnen och vatten – mängden organiskt material och dränering.

En bördig mark ska helst också vara fri från stora stenar, vara lätt att bruka samt tåla att tunga fordon som traktorer kan köra på den.

Olika grödor passar för olika jordar. Sandiga jordar passar bra för råg och potatis. Lerjordar passar bättre för höstvete och sockerbetor. Även hur lättangripen en gröda är för till exempel svamp- och virusjukdomar samt skadeinsekter påverkar bördigheten.

Näringsämnena i marken kallas ibland för närsalter och hamnar i marken genom nedbrytning och vittring. Inom jordbruket tillför människan näringsämnen till marken genom gödsling. Man gödslar ofta med gödning som innehåller kväve, N, fosfor, P, och kalium, K. Sådan gödning kallas NPK-gödning.

Vilka näringsämnen behöver växterna?

De ämnen som alla växter behöver är: – kväve, N – fosfor, P – svavel, S – kalium, K – magnesium, Mg.

I jordar med god bördighet växer grödorna bra. Här skördas morötter.

248

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

ljus

Kolhydrater transporteras till övriga delar av växten.

vatten I kloroplasterna bildas kolhydrater och syrgas från vatten, koldioxid och energi i form av ljus.

klyvöppning Koldioxid går in via klyvöppning.

Fotosyntesen sker i växtens gröna delar.

Fotosyntes Fotosyntes är när växter och alger bildar glukos (en typ av socker) av koldioxid och vatten. Som restprodukt bildas syrgas. För att fotosyntesen ska fungera behövs energi i form av ljus.

Växten tar upp koldioxid ur luften, vatten ur marken och energi ur solljuset. Av detta bildar den glukos som den använder som byggstenar när den växer och som energi för sina livsprocesser. Syret, O2, som bildas släpper växten ut i luften.

För att marken ska vara bördig ska alltså jordmånen kunna hålla vatten till fotosyntesen. En lerjord kan hålla kvar mycket vatten som växternas rötter kan ta upp men en sandjord släpper igenom allt vatten. koldioxid

+

vatten

+

ljusenergi

glukos

+

syre

6CO2

+

6H2O

+

ljusenergi

C6H12O6

+

6O2

+

+

+

Fotosyntes.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

249

Utan nedbrytare vore jordytan full av avföring och döda organismer.

Nedbrytning Nedbrytning kallas den process i naturen där organismer sönderdelar och omvandlar organiskt material, döda växter, svampar, alger och djur till oorganiska molekyler. Organismerna kallas nedbrytare. De oorganiska molekylerna kan vara koldioxid, CO2, vatten, H2O, och metan, CH4.

Bakterier och svampar är de viktigaste nedbrytarna, men enkla djurplankton och smådjur som gråsuggor och daggmaskar lever också som nedbrytare.

Nedbrytarna får sin näring från nedbrytningen. Till exempel får daggmaskar en del av sin näring genom att äta döda blad från växter.

Daggmaskarna använder energin och byggstenarna i näringen bland annat för att röra sig och bygga upp sin biomassa, alltså sin kropp.

Efter att nedbrytarna tagit upp så mycket näring de kan ur födan blir en del rester kvar. Till exempel lämnar daggmaskar sina exkrementer (”bajs”) på markytan. Dessa exkrementer innehåller näringsämnen som kalium, K, kväve, N, och fosfor, P, i en form av joner som växterna kan ta upp med sina rötter.

Om marken fungerar väl för nedbrytare blir nedbrytningen effektiv och då hamnar mer näringsämnen i marken som växterna kan ta upp med sina rötter. God nedbrytning ger bördig mark.

250

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

dött organiskt material

till luften

CO2

Mg2+

3-

+ NH4

svampar

PO4

bakterier

Bakterier och svampar bryter ner dött organiskt material till bland annat magnesiumjoner, Mg2+, ammoniumjoner, NH4+, och fosfatjoner, PO43-. Trädens rötter tar upp dessa näringsämnen. När bakterier och svampar cellandas så bildas koldioxid, CO2, som släpps ut till luften.

Vittring Vittring är när berg och sten bryts ner och faller sönder. Det är en geologisk process där yttre krafter förändrar jordytan.

Man skiljer mellan mekanisk vittring och kemisk vittring. Mekanisk vittring kan ske av till exempel regn och vind som nöter ner berget eller av rötter som växer ner i sprickor och utvidgar dem. Kemisk vittring förutsätter vatten. Vissa beståndsdelar av berget löses upp i vattnet medan andra förblir fasta. Kornen i berget följer med strömmen och kan samlas i stillastående vatten och bilda sediment på botten.

När mineral vittrar ökar halten näringsämnen i marken som då blir bördigare.

Rötter kan växa ner i sprickor i sten och utvidga sprickorna. Då blir det mekanisk vittring av stenen på grund av rötterna.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

251

Gödsel

För att få en bra skörd behöver man gödsla.

Gödsel, eller växtnäring, är material som man tillför marken för att det som odlas ska växa bättre. Genom att gödsla kan man få större och bättre växt på åkrar, i trädgårdar och i skogar. Man kan gödsla samtidigt som man sår eller medan grödan växer.

Det finns två sorters gödselmedel: – Naturgödsel, till exempel stallgödsel, är avföring från husdjur.

– Handelsgödsel (konstgödsel) tillverkas på konstgjord väg.

Gödsel sprids för hand eller med gödselspridare.

Sammanfattning @ Man brukar dela in jordar efter jordarter och jordmåner. @ Jord är det mer eller mindre lösa lager som täcker markytan. Det är alltså det som träd, buskar, örter, gräs, svampar med mera växer i. @ När vi vill prata om de olika lager som finns i marken pratar vi om jordmåner. @ Podsol är den vanligaste jordmånen i Sverige. Podsol är näringsfattig men barrskog kan växa i podsol. @ Brunjord är en näringsrik jordmån som passar bra för jordbruk. @ Om vi vill prata om hur stora korn som finns i jorden pratar vi om jordarter.

252

@ Jordarten lera har små korn medan jordarten grus har mycket större korn. @ Näringsämnena i marken kallas ibland för närsalter och hamnar i marken genom nedbrytning och vittring. @ Vi gödslar ofta med gödning som innehåller kväve, N, fosfor, P, och kalium, K. Sådan gödning kallas NPK-gödning. @ Bakterier och svampar bryter ner dött organiskt material till bland annat magnesiumjoner, Mg2+, ammoniumjoner, NH4+, och fosfatjoner, PO43–. Växternas rötter tar upp dessa näringsämnen. När bakterier och svampar cellandas så bildas koldioxid, CO2, som släpps ut till luften.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

KAPITEL 5

Jorden Jord att odla i Instuderingsfrågor

Aktivitet: Nedbrytning och vittring

1. Ge tre exempel på grupper av jordarter.

Jämföra

2. Vilken av jordarterna är bäst lämpad för odling av spannmål?

Jämför nedbrytning och vittring.

Vad är nedbrytning? Vad är vittring?

Vilka likheter och skillnader finns det?

3. Vad händer vid vittring?

4. Vad kallas den näringsfattiga jordmån som är vanlig i Sverige?

5. Vilka grundämnen ingår i NPK-gödsling?

6. Vilka organismer av solrosor, bakterier, talgoxar, svampar, daggmaskar och elefanter är nedbrytare?

7. Varför kallas handelsgödsel för konstgödsel?

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

253

Bilden: Lupiner har kvävefixerande bakterier i rötterna. Bakterierna tar upp kväve, N2, från luften. Lupinerna kan använda kvävet när de bildar DNA och proteiner.

Kvävets kretslopp Luft är till hela 78 procent kväve, N2. Du är alltså omgiven av kväve.

Alla organismer behöver kväve, bland annat till DNA och proteiner.

Men vi människor kan inte få i oss kväve från luften. Tack vare kväveatomens kretslopp kan vi få i oss de kväveatomer som vi behöver för att leva.

Här får du lära dig mer om kväveatomens kretslopp.

Ord och begrepp Algblomning är när alger och bakterier förökar sig kraftigt i hav och sjöar.

Aminosyror är de delar som bygger upp proteiner.

Ammoniak är molekylen NH3.

Ammoniumjon är jonen NH4+.

DNA är det kemiska ämne som arvsmassan består av.

Kvävedioxid är molekylen NO2.

Kvävefixering är när bakterier tar upp kväve, N2, från luften och bygger in i molekyler.

Kvävemonoxid är molekylen NO. Nitratjon är jonen NO3−.

Plankton är organismer som driver omkring i hav och i sjöar och följer vattnets rörelser.

Fytoplankton, eller växtplankton, är alger och vissa bakterier som lever som plankton.

Proteiner är stora molekyler som är av avgörande betydelse för allt liv. De är kedjor av aminosyror.

Kretslopp är något som pågår hela tiden, till exempel jordens kretslopp kring solen.

Zooplankton, eller djurplankton, är djur som lever som plankton.

Kväve är ett grundämne som finns i ren form som N2-molekyler i luften och som förening i bland annat proteiner och DNA.

Övergödning är när det finns mer näringsämnen än vad naturen kan ta tillvara.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner.

Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Vatten som lösningsmedel och transportör av ämnen, till exempel i mark, växter och människokroppen. | Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

255

kvävgas kvävefixering

upptag av ammoniumoch nitratkväve

N2

denitrifikation

NH4+ ammoniumjon

mänskliga utsläpp

nitrifikation NO3– nitratjon

I kvävets kretslopp rör sig kväveatomer mellan marken, luften och havet.

Kväveatomens kretslopp Kväve i små molekyler, joner och stora molekyler Små molekyler – kväve, kvävgas, N2 – ammoniak, NH3 – kvävemonoxid, NO – kvävedioxid, NO2.

Joner – ammoniumjon, NH4+ – nitratjon, NO3–.

Stora molekyler – proteiner – DNA.

I kvävets kretslopp rör sig kväveatomer mellan marken, luften och havet.

Men organismer som bakterier, växter och djur är också viktiga i kvävets kretslopp.

Kväve i olika former Kväveatomer finns i många små molekyler och joner och i de jättestora molekylerna proteiner och DNA.

Förlopp i kvävets kretslopp De stora förloppen i kvävets kretslopp är följande: – Från luft till mark Luftens kväve tas upp av kvävebindande (kvävefixerande) bakterier. Kvävefixerande bakterier finns i marken men även i hav, sjöar och i rötter hos en del växter. Det finns alltså bakterier som inte behöver ”äta” mat med kväve utan kan ta upp det direkt från luften och bilda proteiner. Andra bakterier bildar ammoniak, NH3, ammoniumjoner, NH4+, och nitrater, NO3–, för att få energi på liknande sätt som vi använder syre för att få energi.

256

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

– Från mark till växter och djur Växterna får sitt kväve från joner som är lösta i vatten i jorden.

Människor och andra djur får kväve genom att äta växter eller andra djur. Det mesta av kvävet i organismer finns i aminosyror i proteiner. Om det blir ett överskott av kväve hos människor ombildas det till urinämne som följer med urinen ut.

– Från växter och djur till mark När växter och djur dör bryter bakterier i jorden ner proteiner och aminosyror och omvandlar dem till ammoniak, NH3, och nitratjoner, NO3–. En del av dessa näringsämnen tas upp från jorden av nya växter. Andra typer av bakterier kan omvandla ammoniak och nitrater till kvävgas som går tillbaka till luften igen. Det gör de för att få energi på samma sätt som vi behöver syre för att få energi via cellandning.

I våtmarker omvandlas olika kväveföreningar till kvävgas som släpps ut till luften. På så sätt minskar man utsläppen av kväve till vattendrag, sjöar och hav.

– Från förbränningar till sjöar och hav Vid förbränning i luft bildas kväveoxider (NO och NO2) som kommer ner till jorden med nederbörden i form av nitrater. Bland annat släpper förbränningsmotorer (vanliga bilmotorer, flygmotorer med flera) ut kväveoxider i luften. Kväveoxiderna bidrar till övergödning av sjöar och hav. Övergödning är ett miljöproblem.

Blåstång hotas av grönalger

Övergödning Övergödning är när det finns mer näringsämnen än vad naturen kan ta tillvara. Det kan leda till algblomning i havet eller till att sjöar och vattendrag växer igen.

Människan kan minska mängden kväve i vatten som rinner mot haven genom att öka antalet områden med stillastående vatten, till exempel våtmarker. Då kan överblivna nitratjoner från jordbruket tas om hand av bakterier och omvandlas till luftkväve. Då minskar risken för övergödning.

Människan ökar risken för övergödning genom transporter i bil, lastbil och flygplan. Kväve kommer också ut i naturen genom läckage från användning av gödning i jord- och skogsbruk. I trafiken kan det bildas kväveoxidgaser om det inte finns tillräcklig rening av avgaserna.

Växter behöver näring, bland annat kväve och fosfor. Om kväve och fosfor ökar i en sjö där det är ont om näring så blir det mer växter, vilket ger mer mat till småkryp och fisk. Men om det kommer för mycket näring i marken eller vattnet kan naturen inte ta hand om det och arter som trivs i miljöer med endast lite näring klarar sig inte.

Blåstång är en nyckelart i Östersjön. Med det menas att många andra arter är beroende av den för sin egen överlevnad. Många alger och mindre djur lever på och i blåstången och många fiskarter är beroende av att lägga sin rom i den. Övergödningen medför att det bildas mer trådformiga grönalger längs kusterna. Eftersom grönalgerna konkurrerar med blåstång kan blåstången inte växa så djupt som tidigare. Eftersom blåstång är en nyckelart kan konsekvenserna bli stora för hela Östersjön.

Syrebrist I havet faller döda alger, växter och djur till botten, och när de bryts ner används syre vid nedbrytarnas cellandning. Finns det ovanligt mycket NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

Blåstång.

257

näring blir det för många organismer som så småningom dör och ska brytas ner och då uppstår syrebrist. Det drabbar i sin tur djur som lever på bottnen.

Om det saknas syre vid botten kan inga organismer leva där och man talar om döda bottnar eller bottendöd.

Algblomning

Algblomning i Stockholms skärgård.

Om det finns gott om näring kan alger och bakterier föröka sig kraftigt i hav och sjöar. Det kallas algblomning. I vanliga fall äts de upp av zooplankton (djurplankton), men blir alger och bakterier för många hinner zooplanktonen inte med. Då blir vattnet slemmigt och grönt eller blågrönt samt illaluktande.

Sammanfattning @ I kvävets kretslopp rör sig kväveatomer mellan marken, luften och havet. @ Organismer som bakterier, växter och djur är också viktiga i kvävets kretslopp. @ Kväveatomer finns i många små molekyler och joner och i de jättestora molekylerna proteiner och DNA. @ Kväve är ett viktigt näringsämne. Övergödning är när det finns mer näringsämnen än vad naturen kan ta tillvara. Det kan leda till algblomning i havet eller till att sjöar och vattendrag växer igen.

läckage från användning av gödning i jord- och skogsbruk.

I trafiken kan det bildas kväveoxidgaser om det inte finns tillräcklig rening av avgaserna. @ I havet faller döda alger, växter och djur till botten, och när de bryts ner används syre vid nedbrytarnas cellandning. Finns det ovanligt mycket näring blir det för många organismer som så småningom dör och ska brytas ner och då uppstår syrebrist. Det drabbar i sin tur djur som lever på bottnen som får för lite syre och kan dö. Det är bottendöd.

@ Människan ökar risken för övergödning genom transporter i bil, lastbil och flygplan. Kväve kommer också ut i naturen genom 258

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

KAPITEL 5

Jorden Kvävets kretslopp Instuderingsfrågor

Aktivitet: Kväveatomens kretslopp

1. Vad menas med kvävefixering?

Rita

2. Ge två exempel på joner som ingår i kvävets kretslopp.

Rita en bild över kväveatomens kretslopp.

3. Vad heter människans kvävehaltiga utsöndringsmolekyl?

4. Varför blir det syrebrist vid övergödning i sjöar och hav?

Skriv dessa begrepp i bilden: ammonifikation, denitrifikation, kvävefixering, mänskliga utsläpp samt upptag av ammonium- och nitratkväve.

5. När uppkommer algblomning?

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

259

Bilden: Surt regn gör att förmål av järn rostar fortare.

Markförsurning Du ska ut och cykla. Tyvärr har din cykelkedja rostat så att det är jättetrögt att trampa. Surt regn gör att föremål av järn rostar fortare. Dessutom gör surt regn att näringsämnen i marken sköljs bort så att växternas rötter inte kan ta upp näringsämnena. Hur kan vi göra så att vi inte ökar försurningen?

Ord och begrepp Försurning är ett miljöproblem som innebär att mark- eller vattenområden fått lägre pH.

pH-värde är ett mått på hur sur eller basisk en vätska är.

Kolsyra är molekylen H2CO3.

Salpetersyra är molekylen HNO3.

Kvävedioxid är molekylen NO2.

Surt nedfall, eller sur nederbörd, är regn, snö eller partiklar som faller ner på marken som är surare (det vill säga har lägre pHvärde) än naturlig nederbörd.

Kvävemonoxid är molekylen NO. Kväveoxider skrivs ofta NOx. Luft är den gasblandning som bildar jordens atmosfär.

Svaveldioxid är molekylen SO2.

Svavelsyra är molekylen H2SO4.

Nederbörd är vatten som faller från moln i form av droppar eller i fryst form.

Syror är kemiska föreningar som kan avge vätejoner, H+.

Neutralisation är en kemisk reaktion mellan en syra och en bas där vatten och ett pH-neutralt salt bildas.

Urlakning av näringsämnen är att näringsämnen sköljs bort från marken.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Separations- och analysmetoder, till exempel filtrering, fällning, pH-mätning och identifikation av ämnen. | Vatten som lösningsmedel och transportör av ämnen, till exempel i mark, växter och människokroppen. | Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

261

Många statyer är gjorda av kalksten. Surt regn löser upp kalksten så att statyer förstörs.

Vad är problemet? pH-skalan pH-skalan används för att ange hur sur eller basisk en vätska är.

På denna skala är 1 mycket surt och 14 mycket basiskt.

Om vätskan har pH-värdet 7 är den varken sur eller basisk utan neutral.

Försurning är ett miljöproblem. När surt regn faller så förstörs statyer och byggnader av kalksten. Föremål av järn rostar mer i sur miljö. Djur och växter har svårt att leva i för sura miljöer. Sydvästra Sverige är den del av vårt land som drabbats mest av försurningen.

Från avgaser till surt regn Utsläpp av gasen svaveldioxid, SO2, och olika kväveoxider, NOx, från fordon och industrier orsakar en stor del av försurningen.

Svaveldioxid Vid förbränning av bensin, olja och kol bildas svaveldioxid, SO2. När svaveldioxiden kommer i kontakt med luftens vattendroppar bildas svavelsyra, H2SO4, som är en stark syra.

Koldioxid Vid all förbränning av bränslen (både förnybara och icke-förnybara bränslen) bildas koldioxid, CO2. När koldioxiden kommer i kontakt med luftens vattendroppar bildas kolsyra, H2CO3.

Kolsyra bildas också när koldioxid löser sig i hav och andra vattendrag. Kolsyra är visserligen en svag syra men eftersom enorma mängder koldioxid släpps ut så gör kolsyra att till exempel hav försuras.

262

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

Kväveoxider Luften innehåller 78 procent kvävgas, N2, och 21 procent syrgas, O2. Om det blir tillräckligt varmt reagerar luftens kväve och syre med varandra och bildar olika kväveoxider. Till exempel bildas kvävemonoxid, NO, och kvävedioxid, NO2. För att inte behöva skriva alla sorters kväveoxider brukar man skriva kväveoxider som NOx. Ju högre temperatur, desto mer kväveoxider bildas. I till exempel bilmotorer blir det så varmt att kväve och syre kan reagera med varandra och bilda kväveoxider. När kväveoxiderna kommer i kontakt med vattenångan i luften bildas salpetersyra, HNO3, som är en stark syra.

Surt regn På grund av utsläpp av svaveldioxid, SO2, koldioxid, CO2, och kväveoxider, NOx, innehåller regndropparna svavelsyra, H2SO4, kolsyra, H2CO3, och salpetersyra, HNO3, – surt regn som försurar både sjö och land.

H2O HNO3 H2CO3 H2SO4

NO2 CO2 SO2 Kväveoxider (till exempel NO2), svaveloxider (till exempel SO2) och koldioxid, CO2, reagerar med vatten i luften. Då bildas syror som gör regnet surt. Framför allt bildas syrorna salpetersyra, HNO3, svavelsyra, H2SO4, och kolsyra, H2CO3.

När marken försuras När det sura regnet når marken neutraliseras en del av det sura nedfallet genom att ämnen frigörs i berggrunden som motverkar försurningen. När marken inte kan ta emot mer syra börjar pH-värdet att sjunka – marken försuras.

Surt regn urlakar markens näringsämnen Förutom kväve behöver växter även andra tillväxtämnen som kalcium, magnesium och kalium, metaller som normalt är bundna till lerpartiklar i jorden. Allteftersom en skog växer tar träden upp metallerna i marken.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

263

Före det storskaliga skogsbruket återfördes metallerna som träden hade tagit upp tillbaka till marken när de dog. När skogen i dag avverkas och timret förs bort försvinner samtidigt de näringsämnen som finns bundna i trädet och markens förråd av dem minskar.

Försurningen påskyndar urlakning av näringsämnen. Det sura nedfallet ”knuffar ut” metallerna ur jordpartiklarna genom att vätejoner, H+, tar metalljonernas plats. Metalljonerna spolas sedan bort av nederbörden och marken urlakas på näringsämnen.

Vissa metalljoner (till exempel Mg2+ och K–) är alltså viktiga näringsämnen för alla organismer. Men det finns också metalljoner som är giftiga. Om pH-värdet är riktigt lågt kommer aluminiumjoner, Al3+, att frigöras. Aluminiumjoner är giftiga för både djur och växter.

1

2

3

H+

H+ H+

H+

H+ Mg2� 1. Surt regn innehåller många vätejoner, H+.

2. Vätejoner från det sura regnet tränger bort metalljoner från jordpartiklar. Många metalljoner är viktiga näringsämnen för växter.

H+ H+

H+

H+

H+ K+

H+

H+ H+

H+

H+ H+

H+

H+ H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

Mg2� K+

H+ H+

H+

H+ H+

H+

H+ H+

H+

H+ H+

Mg2�

3. Metalljonerna sköljs bort med markvatten.

H+

H+ H+

H+

K+

Skogen skadas Den sura nederbörden påverkar skogen på många sätt, både direkt och indirekt. Klimatförändringar, svampangrepp och miljöförstörande skogsbruk bidrar tillsammans med försurningen till att skogen skadas. Ofta handlar det om en kombination av många faktorer.

1. Den sura nederbörden skadar trädens rötter och barr. Syran i nederbörden skadar till exempel det skyddande vaxlagret på granbarren så att de dör i förtid.

2. Jordmånen i skogar som har drabbats hårt av sur nederbörd är ofta näringsfattig. Då får träden inte tillräcklig mängd av vissa nödvändiga ämnen, till exempel kalium, K+, och magnesium, Mg2+.

264

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

Kalk motverkar försurning Kalksten vittrar lätt. De ämnen som då frigörs hjälper till att neutralisera syran. Mark med mycket kalksten bildar alltså ämnen som motverkar att pH-värdet sjunker.

I Sverige finns rikligt med kalksten i Skåne och på Öland och Gotland. Men de vanligaste bergarterna i Sverige är gnejs och granit, bergarter som är svårvittrade. De ger inte ifrån sig kemiska ämnen som kan neutralisera det sura regnet.

Berggrunden i större delen av Europa innehåller mer kalk. Därför syntes inte de första tecknen på försurning i naturen som i Sverige, utan i stället i städerna. Eftersom marmor är en kalkförening syntes försurningen tydligt på att statyer och husfasader i Europa började vittra sönder.

Kunskap kan vända utvecklingen De senaste 20 åren har en rad åtgärder mot försurning, först inom Sverige och därefter i övriga Europa, lett till att försurningen har minskat. Men förbättringen sker långsamt. Det beror på att den högsta mängden nedfall av försurande ämnen som ett ekosystem långsiktigt klarar av utan att det uppstår skador fortfarande överskrids.

I landets södra delar var nedfallet av svavel 2007 nere i en fjärdedel av 1980-talets nivå. Som en följd av detta har surheten i mark minskat på de flesta håll i Sverige.

Utsläppen minskar ...

Nederbördens pH-värde har ökat under de senaste åren, från pH 4,3 under 1980-talet till pH 5 i dag. Detta beror framför allt på att det slutits internationella överenskommelser om att minska utsläppen av försurande ämnen.

Utsläppen av svaveldioxid är ganska enkla att minska. I Sverige började man tidigt att rena industriutsläpp med filter och sänka svavelhalten i bensin. På så sätt har de svenska utsläppen minskat med över 95 procent de senaste trettio åren. Dock har utsläppen av kväveoxider inte minskat i samma takt som för svaveldioxid. Det beror framför allt på kväveoxider från biltrafiken.

Kväveoxiderna är svårare att göra något åt eftersom de bildas ur luftens naturliga gaser vid förbränning. Genom att använda katalysatorer i bilar minskas utsläppen av kväveoxid. Det beror på att de ämnen som bildas vid förbränningen omvandlas till mindre miljöfarliga produkter.

Genom internationella överenskommelser har även de europeiska utsläppen av svaveldioxid och kväveoxider minskat. Det har lett till att det sura nedfallet över Sverige har minskat i snabb takt.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

I Sverige finns berggrund med kalkhaltiga bergarter (ljusgröna områden) i landets södra delar (Skåne, Öland, Gotland, Västergötland).

265

… men problemen är inte helt lösta Sveriges skogar och mark har utsatts för försurning under lång tid. Det kommer att ta tid för naturen att återhämta sig även om utsläppen har minskat kraftigt. Försurning på grund av skogsbruk har ökat sedan 2000-talet på grund av ett allt intensivare skogsbruk där stammar, grenar och toppar avverkas.

Sammanfattning @ Försurning är ett miljöproblem.

När surt regn faller så förstörs statyer och byggnader av kalksten. Föremål av järn rostar mer i sur miljö. Djur och växter har svårt att leva i för sura miljöer.

@ Vid all förbränning av bränslen (både förnybara och icke-förnybara bränslen) bildas koldioxid, CO2. När koldioxiden kommer i kontakt med luftens vattendroppar bildas kolsyra, H2CO3.

@ Syror ger ifrån sig vätejoner, H+.

Vätejonen är en positiv jon som kan knuffa bort andra positiva joner från markpartiklar. Då kan viktiga näringsämnen som kaliumjoner, K+, och magnesiumjoner, Mg2+, sköljas bort med markvattnet. Aluminiumjoner, Al3+, är giftiga och kan också hamna i markvatten på grund av försurning.

@ Luften innehåller 78 procent kvävgas, N2, och 21 procent syrgas, O2. Om det blir tillräckligt varmt reagerar luftens kväve och syre med varandra och bildar olika kväveoxider, NOx. När kväveoxiderna kommer i kontakt med vattenångan i luften bildas salpetersyra, HNO3, som är en stark syra.

@ På grund av utsläpp av svaveldioxid, koldioxid och kväveoxider innehåller regndropparna svavelsyra, kolsyra och salpetersyra – surt regn som försurar både sjö och land. @ Vid förbränning av bensin, olja och kol bildas svaveldioxid, SO2.

När svaveldioxiden kommer i kontakt med luftens vattendroppar bildas svavelsyra, H2SO4, som är en stark syra.

266

@ Kalkberggrund motverkar försurning. @ Utsläpp av de starkt försurande ämnena svaveldioxid och kväveoxider har minskat vilket är bra för miljön. Men tyvärr har utsläppen av koldioxid ökat.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

KAPITEL 5

Jorden Markförsurning Instuderingsfrågor

Aktivitet: Gotland och markförsurning

1. Vilka syror ingår i surt regn?

Förklara

2. Hur påverkas skogen av sur nederbörd?

Förklara varför marken på Gotland har låg risk att drabbas av markförsurning.

3. Varför motverkar kalksten i marken försurning?

4. Vilka områden i Sverige är mest försurade?

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

Använd dessa begrepp i din förklaring: berggrund, kalksten, neutralisera och syra.

267

Bilden: Fram till mitten av 1900-talet användes bokstäver av tungmetallerna bly, antimon och tenn när man tryckte böcker och tidningar.

Tungmetaller Du har kanske hört talas om tungmetaller i till exempel medier. Men vad är tungmetaller och varför kan de bli ett miljöproblem?

Ord och begrepp Gränsvärde för en kemikalie är den högsta tillåtna halten av kemikalien i till exempel luft, dricksvatten eller mat.

Sanera är att befria något, till exempel ett hus eller ett markområde, från skadliga ämnen.

Immunförsvar kallas det försvar som kroppen har för att skydda sig mot infektioner och andra sjukdomar.

Spillvatten är förorenat vatten som leds till avlopp från till exempel toaletter, disk och tvätt.

Nervsystem är ett organsystem som tar emot och lagrar information från omgivningen och kroppen och som styr kroppen. Hos människan består nervsystemet av hjärnan, ryggmärgen och nerverna ute i kroppen.

Tungmetall är en metall som väger mer än 5 000 kilogram per kubikmeter (5 kilogram per liter). De flesta metaller är tungmetaller.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner.

Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

269

Aluminium är en lättmetall. Därför är den lämplig för att bygga flygplan.

Tungmetaller och lättmetaller Tungmetall är en metall som väger mer än 5 000 kilogram per kubikmeter (5 kilogram per liter). De flesta metaller är tungmetaller, till exempel järn, Fe, koppar, Cu, guld, Au, och uran, U. Det finns ungefär 60 tungmetaller. De metaller som inte är tungmetaller kallas lättmetaller.

De flesta tungmetaller är giftiga. Några få är dessutom radioaktiva. Men det finns också lättmetaller som är giftiga. Till exempel är lättmetallen aluminium, Al, giftig.

Det har föreslagits att begreppet tungmetaller inte borde användas eftersom det antyder ett samband mellan metallers densitet och deras påverkan på organismer. Något sådant samband finns inte, men i det här läromedlet använder vi ändå begreppet tungmetaller eftersom det är så vanligt förekommande.

270

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

Tungmetaller i växter och djur Tungmetaller och de kemiska föreningar som de ingår i är miljöfarliga och giftiga för människor och djur. Om man får i sig till exempel bly, Pb, kadmium, Cd, eller kvicksilver, Hg, med maten eller inandningsluften kan metallerna angripa proteiner i kroppen. Då kan nervsystemet, blodet och immunförsvaret skadas.

Men många av tungmetallerna är också nödvändiga för att kroppen ska fungera bra, till exempel järn, Fe, och zink, Zn. Många tungmetaller finns i enzymer och andra proteiner. Järn finns i blodets röda blodkroppar i proteinet hemoglobin, som transporterar syre från lungorna till kroppens olika delar. Om kroppen inte kan ta upp tillräckligt med syre blir man trött. Järnbrist kan därför orsaka trötthet. Även växter behöver metaller, till exempel järn, Fe, och magnesium, Mg. Järn behövs i enzymer för att klorofyll ska kunna bildas. Magnesium behövs för att vissa reaktioner i fotosyntesen ska fungera.

Ordet tungmetaller Ordet tungmetaller används ofta något oegentligt i betydelsen ”särskilt miljöfarliga metaller”, eftersom de flesta tungmetaller och deras kemiska föreningar också är giftiga. Detta gäller särskilt bly, kadmium och kvicksilver, vilkas miljöeffekter fått stor uppmärksamhet. Dock kan även många lättmetaller och lättmetallföreningar vara mycket giftiga och/ eller ha negativa miljöeffekter (till exempel beryllium, strontium, cesium, barium och i synnerhet aluminium). Det finns alltså inget givet samband mellan metallers densitet och deras giftighet eller biologiska roll.

Många tungmetaller är livsnödvändiga. Flera av dem är viktiga beståndsdelar i biomolekyler som enzymer och syretransporterande proteiner.

Människan behöver till exempel järn och zink samt spårmängder av koppar, krom, mangan, molybden och selen. Även för växter är många tungmetaller livsnödvändiga.

Kungschampinjon finns i skogar och parker i södra och mellersta Sverige. Svampen är ätlig och brukar anses som en delikatess, men den innehåller ofta höga halter av kadmium, Cd.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

271

Lågenergilampor innehåller kvicksilver. Ifall man tappar en sådan i golvet så att den går sönder ska man att genast gå ut ur rummet samt vädra i rummet. På grund av detta har dessa glödlampor alltmer ersatts av LED-lampor.

Tungmetaller är farliga för miljön

Batterier kan innehålla giftiga metaller som orsakar stor skada om de kommer ut i naturen.

Eftersom många tungmetaller finns i batterier och elektroniska apparater måste vi samla in dem för återvinning eller förstöring på ett säkert sätt. Om vi slänger batterier och elektronik i de vanliga soporna eller i naturen kan det bli skador på miljön.

Tidigare släppte en del industrier ut miljöfarligt avfall som innehöll stora mängder tungmetaller. Avfallet kunde vara i form av förbrukade kemikalier, spillvatten eller förorenade jordmassor.

I dag saneras dessa platser för att försöka få bort de farliga ämnena.

Detta är svårt och dyrt, men ofta kan man åtgärda skadorna i naturen. I andra fall har lagar och regler minskat hur mycket av vissa tungmetaller som förekommer i naturen.

Kvicksilver Kvicksilver, Hg, användes förr i bland annat termometrar och för lagning av tänder. På 1960-talet sprutade man till och med kvicksilver på utsäde för att utsädet inte skulle förstöras av svampangrepp.

Kvicksilver skadar nervsystemet och har lett till akut förgiftning på flera håll i världen. Under ett par decennier dumpades industriellt kvick272

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

silveravfall i Minamatabukten i Japan. Kvicksilvret kom in i näringskedjan. Eftersom många människor hade fisk och skaldjur som huvudsaklig föda blev många svårt förgiftade och ett par tusen människor dog.

I Sverige har utsläppen av kvicksilver minskat drastiskt, men det finns fortfarande tusentals sjöar i Sverige där kvicksilverhalten är högre än gränsvärdet. Eftersom forskare misstänker att kvicksilver kan ge fosterskador avråds gravida kvinnor från att äta insjöfisk.

Kadmium Kadmium, Cd, frigörs vid bland annat metallframställning men det finns också i konstgödsel och cigaretter. Kadmium användes tidigare i batterier. Alla får i sig kadmium från jordbruksprodukter, men rökare får i sig de största mängderna via cigaretter. Kadmium skadar njurarna och kan leda till benskörhet.

På 1960-talet drabbades många japaner som livnärt sig på kadmiumhaltigt ris av itai-itai-sjukan. ”Itai-itai” är japanska för ”aj-aj”, och syftade på benskörheten, som gjorde ont.

Utanför Mönsterås fanns tidigare en batterifabrik. Vid tillverkningen hamnade flera metaller i naturen. Befolkningen i omgivningen fick i sig så stora mängder kadmium att deras njurar skadades och man tvingades lägga miljontals kronor på att sanera området.

Utsläppen av kadmium har minskat mycket under de senaste 25 åren men fortfarande finner vi höga halter i åkerjord i Sverige. Halten är i dag 30 procent högre än den var för 100 år sedan. Det kan fortfarande finnas höga kadmiumhalter i till exempel skogssvampar.

Svenska utsläpp av kadmium till luft 3 (ton/år)

2

1

0 1990

1995

2000

2005

2010

2015

2020

Diagram över utsläpp av kadmium, Cd, till luft. Källa: Naturvårdsverket.

Bly Bly, Pb, är en tungmetall som skadar vårt nervsystem då vi utsätts för höga halter. Tidigare tillsatte man bly i bensin för att bilmotorn skulle NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

273

fungera bättre. Då man upptäckte blyets skadlighet minskades halterna.

I mitten av 1990-talet förbjöds bly helt som tillsats till bensin.

Bly finns i vissa elektroniska produkter som bildrör, glödlampor och batterier och sprids i miljön via industrier och avfall. En del bly sprids också till miljön från jaktammunition och blysänken för fiske.

I takt med att bly har tagits bort från bensinen har vi under de senaste årtiondena sett att blyhalterna i miljön har minskat. Till exempel ligger blyhalten i mossa på väldigt låga halter i Sverige i dag. 1975 var blyhalten i mossa mycket hög, framför allt i södra Sverige.

Sammanfattning @ Tungmetall är en metall som väger mer än 5 000 kilogram per kubikmeter (5 kilogram per liter).

De flesta metaller är tungmetaller. @ De flesta tungmetaller är giftiga och skadar framför allt nervsystemet. @ Några tungmetaller är nödvändiga för att kroppen ska fungera bra, till exempel järn, Fe, och zink, Zn. @ Eftersom många tungmetaller finns i batterier och elektroniska apparater måste vi samla in dem för återvinning eller förstöring på ett säkert sätt. @ Kvicksilver, Hg, kadmium, Cd, och bly, Pb, är tungmetaller som har orsakat miljöproblem och förgiftningar på olika håll i världen.

274

@ Kvicksilver, Hg, användes förr i bland annat termometrar och för lagning av tänder. Kvicksilver skadar nervsystemet och har lett till akut förgiftning på flera håll i världen. Utsläpp av kvicksilver har minskat. @ Kadmium, Cd, frigörs vid bland annat metallframställning men det finns också i konstgödsel och cigaretter. Kadmium användes tidigare i batterier. Utsläpp av kadmium har minskat. @ Tidigare tillsattes bly, Pb, i bensin för att bilmotorn skulle fungera bättre. I mitten av 1990-talet förbjöds bly helt som tillsats till bensin. Utsläpp av bly har minskat.

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

KAPITEL 5

Jorden Tungmetaller Instuderingsfrågor

Aktivitet: Tungmetaller och kroppen

1. Vad väger en liter av en tungmetall minst?

Förklara

2. Ge ett exempel på en giftig lättmetall.

Förklara vad tungmetaller är och varför tungmetaller kan skada kroppen.

3. Ge två exempel på giftiga tungmetaller.

4. Ge två exempel på nödvändiga tungmetaller för oss.

5. Vilken tungmetall … a. ingick tidigare som tillsats i bensin? b. orsakade sjukdomen itai-itai? c. har använts för lagning av tänder? d. kan leda till benskörhet?

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

275

LABORATION

Försurning och rost Syfte

Redovisning

Försurning kan påverka jorden i marken negativt eftersom viktiga näringsämnen lakas ut och sköljs bort. Då kan växterna inte ta upp näringsämnena med sina rötter.

Haven kan försuras och det skadar bland annat korallernas kalkskelett.

Mycket material av järn i till exempel cyklar, bilar och båtar förstörs genom att det rostar och faller sönder.

Här får du undersöka effekten av försurning på hur fort järn rostar.

Skriv en laborationsrapport om din lärare säger att du ska göra det.

Riskbedöming Laborationen är inte riskfylld.

Materiel – Trollull (stålull utan tvål), Fe(s) – ättika, CH3COOH, 12 % – vatten – tre papperstallrikar per elevgrupp.

Utförande 1. Skapa en hypotes om vilken tuss trollull som kommer att rosta fortast, det vill säga skriv ner vilken av tussarna som ni tror kommer att rosta mest och motivera varför.

2. Lägg en tuss trollull på varje papperstallrik.

3. Fukta en tuss med vatten. Fukta en andra tuss med ättika och låt den tredje vara torr.

4. Låt stå till nästa dag.

Rostiga nycklar.

5. Nästa dag: observera vilken tuss som rostat mest och skriv ner resultatet.

276

NE KEMI 7– 9 –––– 5. JORDEN

KAPITEL 6

Kolets kemi

Bilden: Den ovanligt blå Hopediamanten är en av världens mest praktfulla diamanter. Diamanten har sitt namn efter Londonbankiren Henry Philip Hope, som köpte den på auktion 1830.

Kol – ett grundämne Du vet säkert att ett smycke med en äkta diamant oftast är väldigt värdefullt. Fast egentligen är diamanten bara en bit kol, C, och kol är ett av de vanligaste grundämnena i universum. Men kol finns inte bara i icke-levande ting som diamanter. Livet på jorden är kolbaserat. Så vad är det som är så speciellt med just denna atom?

Ord och begrepp Blyerts består av finmald grafit blandat med lera.

Organisk kemi är kolföreningarnas kemi.

Diamant är en hård form av kol där atomerna sitter i ett nätverk i alla riktningar.

Organiska föreningar är en mycket stor grupp kemiska föreningar som alla innehåller grundämnet kol.

Grafen är en form av kol där atomerna sitter i ett skikt som bara är ett enda atomlager tjockt.

Stenkol är en brännbar bergart som är svart och matt till färgen. Stenkol är ett fossilt bränsle.

Grafit är en form av rent kol där atomerna sitter i skikt som kan lossna.

Syntes är när man framställer en bestämd kemisk förening i fabrik eller på laboratorium.

Grundämne är ett ämne som består av en enda sorts atomer.

Syntetiskt ämne är ett ämne som man har framställt genom syntes.

Kol är det grundämne som har sex protoner i atomkärnan.

Träkol är ett bränsle som man tillverkar genom att värma ved utan luft till minst 500 °C. Grillkol är träkol.

Kovalent bindning är en typ av kemisk bindning där atomer hålls ihop genom att gemensamma elektronpar cirklar runt båda atomerna. Kovalent bindning kallas också elektronparbindning.

Valenselektron är en elektron i det yttersta elektronskalet hos ett grundämnes atomer.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

281

L K

4e2e-

Kolatomen har fyra valenselektroner som kan vara med i kovalenta bindningar. Valenselektronerna finns i L-skalet.

Grill med kol (grillkol). Grillkol är träkol. Träkol får man om man upphettar trä utan tillgång till syre (som finns i luften).

Kol Korta fakta om kol Kemisk symbol C Kol i universum Kol är universums fjärde vanligaste atomslag. Bara väte, H, helium, He, och syre, O, är vanligare.

Rent kol, C(s) Rent kol finns i olika former, till exempel diamant och grafit.

Kemiska föreningar Man känner redan till miljontals kemiska föreningar med kolatomer. Många fler kommer att upptäckas eller tillverkas i framtiden.

Fyra valenselektroner Kolatomen har fyra valenselektroner som kan vara med i kovalenta bindningar.

Det ger oändliga möjligheter att bilda olika organiska föreningar.

282

I vardagen stöter du på kol, C, oftare än du kanske tror. Först tänker vi kanske på sådant kol (grillkol) som vi använder för att grilla med på somrarna. Och visst innehåller grillkol en stor andel kolatomer men även andra grundämnen. Men kol är viktigare och vanligare än så.

Alla levande varelser är uppbyggda av kemiska föreningar med kol i.

Därför säger vi att livet på jorden är kolbaserat, det vill säga baserat på kol. Kol är ett ämne som har mycket lätt att förena sig med andra ämnen. Kolatomen har fyra valenselektroner som kan vara med i kovalenta bindningar med andra kolatomer eller atomer av andra grundämnen. Kovalent bindning är detsamma som elektronparbindning.

Den kemi som handlar om kolföreningar kallas för organisk kemi eftersom den handlar till största delen om levande varelser, organismer.

Mer än 90 av procent alla kemiska ämnen som man känner till är organiska.

Kol finns i många former och skepnader, till exempel i koldioxid, CO2, i luften och i de levande växterna och djuren samt i myllan i marken. Kol bryts även i gruvor. Då är det uppblandat med andra ämnen, exempel är stenkol som bildats av döda växter som har legat i jorden i miljoner år. Stenkol är alltså ett fossilt bränsle.

Rent kol, C(s), finns i några olika former i naturen, exempel är grafit och diamant.

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

Grafit Grafit är en form av rent kol med svart färg. Grafit är ett mjukt mineral som bland annat finns i bergarten skiffer. Vi använder grafit i blyertspennor. Det är grafiten som färgar av sig på papperet när du skriver med en blyertspenna.

Kolatomerna i grafit sitter starkt hopbundna med varandra i tunna skikt. I skikten är atomerna bundna till varandra i sexkantiga ringar till ett stort nät. Dessa skikt håller också ihop med varandra men inte alls så starkt. Därför kan de tunna skikten glida mot varandra, lossna och färga av sig. Grafit kan kännas lite fett och det har också en smörjande effekt.

Till exempel kan vi kan smörja lås med grafitpulver. Eftersom det inte finns vätska i grafitpulvret riskerar inte låset att frysa fast på vintern.

grafit

Inom ett skikt i grafit finns starka bindningar (heldragna linjer) mellan kolatomerna. Mellan skikten finns svagare bindningar (streckade linjer).

Grafit är uppbyggt av tunna skikt av kolatomer. Skikten lossnar lätt från varandra. Det är det som händer när du skriver med en blyertspenna. Skikten av kolatomer ger den svartaktiga färgen på papperet när man skrivit eller ritat.

Skrynkliga skikt av grafen som är avbildade i extremt hög förstoring med svepelektronmikroskop.

grafen

Grafen – ett ämne i bara två dimensioner Grafen består av ett enda lager kolatomer ordnat i ett sexkantigt mönster, liknande ett hönsnät.

Grafen upptäcktes av en tillfällighet 2004 då forskare vid University of Manchester, Storbritannien, försökte hitta ett nytt sätt att tillverka nanorör av kol. Forskarna erhöll 2010 års Nobelpris i fysik för upptäckten.

Varför är grafen en så stor upptäckt? Jo, grafen är tätt, mycket tunt, genomskinligt, böjligt och har unika egenskaper: det är mycket starkt och har extremt god elektrisk ledningsförmåga.

Grafen förväntas få stor användning inom elektroniken, till genomskinliga bildskärmar och till solceller samt till hyperkänsliga mätinstrument. I dag används grafen i sportredskap och i bilar.

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

Grafen är endast ett atomlager tjockt.

283

Världens hårdaste ämne?

Diamant är det hårdaste ämne som förekommer i naturen, men det är inte det hårdaste ämne som finns. Vi kan tillverka ämnen som är hårdare än diamant, till exempel Lonsdaleit och Wurtzit-bornitrid.

Lonsdaleit, C, är 58 procent hårdare än diamant och är en variant av kol, C. Wurtzit-bornitrid, BN, är 18 procent hårdare än diamant och består av bor, B, och kväve, N.

Diamant är en ädelsten och det hårdaste av alla ämnen som finns i naturen.

Diamant

Modell av diamantens kristalluppbyggnad.

284

Diamant är en form av kol. Kolet har omvandlats under högt tryck i jordens inre. Diamant är det hårdaste av alla ämnen som förekommer i naturen och är därför mycket användbart som slipmedel i industrin.

Diamant reflekterar ljus på ett vackert sätt. Därför har diamanten blivit en av de förnämsta ädelstenarna. Diamant går numera också att framställa på konstgjord väg.

Diamanter bryts i till exempel Australien, Sydafrika, Brasilien och Ryssland. Det mesta som bryts går till industrin. Det är bara de renaste diamanterna som används till smycken. Smyckediamanter måste först slipas, och det är en svår konst. Diamanter mäts efter vikt, och viktenheten kallas carat. En carat är 0,2 gram.

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

En stor andel av allt kol på jorden är koldioxid, CO2, i luften. Mycket koldioxid finns också löst i havens vatten.

Var finns kol?

En stor andel av allt kol på jorden är koldioxid, CO2, i luften. En del koldioxid finns löst i havens vatten. Mycket kol finns förstås i de levande växterna och djuren och även i jorden. Jorden består till stor del av döda och multnande delar av växter.

Stenkol är en bergart som bryts i gruvor. Stenkol har bildats från döda växter som har legat i jorden i miljontals år.

Träkol är trä som har hettats upp tills det nästan bara är kolet i träet som är kvar. Grillkol är träkol.

Kol finns även i andra bergarter än stenkol, till exempel kalksten, krita och marmor. nanorör

Ett nanorör består av en nätliknande struktur av kolatomer som är bundna till varandra med kovalenta bindningar.

Varför finns det så många kolföreningar?

Kolatomen bildar lätt starka, kovalenta bindningar, dels till andra kolatomer, dels till atomer av andra grundämnen. Av alla miljontals kända kemiska föreningar är över 90 procent kolföreningar.

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

285

Den här syntetiska organiska föreningen är medicin mot feber och smärta. Mörkgrå kulor är kolatomer.

Kolatomer kan binda ihop sig med varandra och bilda långa kedjor.

Kedjorna kan också vara förgrenade eller hopbundna till ringformiga molekyler. Vi säger att kolatomerna bildar ett skelett. På grund av detta kan nästan hur många olika molekyler som helst bildas, från de minsta och enklaste till de största med invecklad struktur.

Det går att tillverka både nya organiska ämnen och sådana som redan finns i naturen. Denna tillverkning kallas syntes och de nya ämnen man får kallas syntetiska. Till exempel är nästan alla mediciner syntetiska organiska molekyler. Men även nästan all narkotika (laglig och olaglig) är syntetiska organiska molekyler.

Sammanfattning @ Kol är det grundämne som har sex protoner.

@ Blyerts består av finmald grafit blandat med lera.

@ Kolatomen har fyra valenselektroner som kan binda till andra kolatomer eller atomer av andra grundämnen.

@ Grafen är en form av kol där atomerna sitter i ett skikt som bara är ett enda atomlager tjockt.

@ Mer än 90 procent av alla kemiska ämnen innehåller kolatomer. @ Organisk kemi är kolföreningarnas kemi. Alla organismer är uppbyggda av kolföreningar. @ Diamant är en hård form av kol där atomerna sitter i ett nätverk i alla riktningar.

@ Stenkol är en brännbar bergart som är svart och matt till färgen.

Stenkol är ett fossilt bränsle. @ Träkol är ett bränsle som man tillverkar genom att värma ved utan luft till minst 500 °C. Grillkol är träkol.

@ Grafit är en form av rent kol där atomerna sitter i skikt som kan lossna.

286

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

KAPITEL 6

Kolets kemi Kol – ett grundämne Instuderingsfrågor

Aktivitet: En kolatom

1. Vad menas med organisk kemi?

Rita

2. Vilken form av kol ingår i blyertspennor?

Rita en kolatom med protoner, sex neutroner och elektroner.

Rita elektronerna i sina skal och namnge skalen.

3. I grafit finns kemiska bindningar med olika styrka. Berätta om dessa bindningar.

4. Vad utmärker grafen?

5. Vad väger en diamant som är 0,25 carat?

6. Ge exempel på olika substanser med kol som finns i marken.

7. Vilken egenskap hos kolatomer gör det möjligt att bilda så många kolföreningar?

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

287

Bilden: När du äter vattenmelon kommer kolatomer in i din kropp.

Kolatomens två kretslopp Tänk dig att du äter vattenmelon. När du äter vattenmelonen kommer kolatomer in i din kropp. I din cellandning bildas koldioxid, CO2. Du andas ut koldioxiden i luften och växter kan ta upp koldioxiden via fotosyntesen.

Det här kallas kolatomens snabba kretslopp.

Kolatomen deltar också i ett långsamt kretslopp som tar miljontals år.

Här ska vi titta närmare på de två kretsloppen.

Ord och begrepp Cellandning är cellens sätt att få energi.

I cellandningen reagerar glukos med syre till koldioxid och vatten.

Fossila bränslen är bränslen som mest består av kolföreningar och som är rester av djur och växter som levde för länge sedan.

De har tagit miljontals år att bilda.

Fotosyntes är när växter och alger bildar glukos av koldioxid, vatten och ljusenergi.

Syre bildas som en rest.

Förbränning är en snabb kemisk reaktion mellan syre och ett bränsle.

Glukos är en typ av socker som också kallas druvsocker. Molekylen har formeln C6H12O6.

Kemisk energi är den form av energi som finns i kemiska bindningar.

Nedbrytare är svampar, bakterier och smådjur som lever av döda växter och djur.

Organism är en encellig eller flercellig levande varelse.

Process är ett händelseförlopp som innebär att något förändras. Till exempel pratar vi om tillverkningsprocesser i fabriker. En kemisk reaktion är en process.

Sedimentation är rörelse hos partiklar i en gas eller vätska på grund av till exempel gravitationskraften.

Stärkelse är växternas näringslager.

Stärkelse är en lång kedja av glukosdelar.

Växthusgas är en gas som finns i atmosfären och som bidrar till växthuseffekten. Ämnesomsättning är alla de biokemiska reaktioner som pågår i organismer. Ett annat ord för ämnesomsättning är metabolism.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner.

Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Några kemiska processer i mark, luft och vatten samt deras koppling till frågor om miljö och hälsa, till exempel växthuseffekten, vattenrening och spridning av miljögifter. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

289

Kolatomens snabba kretslopp

koldioxid fotosyntes

cellandning

CO2

dött organiskt nedbrytning material

Kolatomens snabba kretslopp drivs till stora delar av fotosyntes och cellandning.

Kolatomens snabba kretslopp Kolatomens snabba kretslopp drivs framför allt av fotosyntes och cellandning.

I kolatomens snabba kretslopp omvandlas ljusenergi från solen, koldioxid och vatten till glukos och syre genom fotosyntes hos gröna organismer. De vanligaste gröna organismerna är växter och alger.

De gröna organismerna använder glukos som byggsten för att bygga upp sig själva. Cellulosa och stärkelse består av långa kedjor av glukosmolekyler. De gröna organismerna använder även den kemiska energin i glukos och syre för att leva.

I cellandningen omvandlas glukos och syre till koldioxid och vatten.

Men eftersom glukos och syre tillsammans innehåller mer energi än vad koldioxid och vatten gör blir det energi över i reaktionen. Denna energi kan cellerna omvandla exempelvis till rörelse eller värme. Växter, djur, svampar och bakterier cellandas för att få energi till förökning, rörelse och annat som kräver energi. Koldioxid från cellandning hamnar i luften igen.

290

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

Fotosyntes: koldioxid + vatten + ljusenergi → glukos + syre I fotosyntesen finns kolatomer först i koldioxidmolekyler men flyttas sedan till glukosmolekyler. Poängen med fotosyntes är att glukos bildas.

Syre är mest avfall men används även i växtens egen cellandning.

koldioxid

+

vatten

+

ljusenergi

glukos

+

syre

6CO2

+

6H2O

+

ljusenergi

C6H12O6

+

6O2

+

+

+

I fotosyntesen finns kolatomer först i koldioxidmolekyler och flyttas sedan till sockermolekyler. Fotosyntes är när växter bildar glukos av koldioxid och vatten. Som restprodukt bildas syrgas. För att fotosyntesen ska fungera behövs energi i form av solljus.

Glukosmolekylerna som bildas använder växten som byggstenar när den växer och som energi för att leva.

Cellandning: glukos + syre → koldioxid + vatten + energi I cellandningen finns kolatomer först i glukosmolekyler men flyttas sedan till koldioxidmolekyler. Poängen med cellandning är att växter, djur, svampar och bakterier omvandlar kemisk energi i glukos och syre till sådana energiformer som de behöver för att leva. Det kan gälla rörelseenergi eller värmeenergi. glukos

+

syre

energi

+

koldioxid

+

vatten

C6H12O6

+

6O2

energi

+

6CO2

+

6H2O

+

+

+

I cellandningen finns kolatomer först i glukosmolekyler och flyttas sedan till koldioxidmolekyler. Cellandning är en förbränning, det vill säga en kemisk reaktion där ett bränsle reagerar med syre och bildar koldioxid och vatten. Bränslet är kolhydrater, proteiner och fetter från mat och dryck, i detta fallet glukos. Energin som frigörs använder organismerna bland annat för att växa, hålla värmen och röra sig. Koldioxiden som bildas går ut i luften.

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

291

Kolatomens långsamma kretslopp I kolatomens långsamma kretslopp ingår en del kolatomer som finns i mark och bergarter. I det långsamma kretsloppet ingår bildning av fossila bränslen. Även vulkanutbrott, rörelser hos kontinentalplattor, bildning av bergarter och vittring av berg påverkar kolatomens långsamma kretslopp. Detta är processer som tar miljontals år. Vi människor behöver energi för att till exempel värma hus, tillverka varor och till transporter. Därför använder vi den kemiska energi som finns i stenkol, olja och naturgas genom att förbränna dessa fossila bränslen.

Vid denna förbränning bildas så mycket koldioxid att de gröna organismerna inte hinner binda all koldioxid genom fotosyntes. Därför ökar halten av växthusgasen koldioxid i atmosfären och därmed förstärks växthuseffekten.

I kolatomens långsamma kretslopp omvandlas döda växtdelar och djurdelar till kol, olja och naturgas. Den omvandlingen tar miljontals år.

I bilden visas att kalksten bildas i vatten. Nedbrytning av dött organiskt material och bildning av fossila bränslen sker även i vatten.

Kolatomens långsamma kretslopp

koldioxid CO2

sedimentation

kalksten

nedbrytning

förbränning

dött organiskt material kolvätebildning

fossila bränslen (kol, olja och naturgas)

292

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

Båda kretsloppen tillsammans Kolatomens båda kretslopp hänger ihop. Men det går olika fort i olika delar. Den långsammaste delen är bildningen av fossila bränslen som tar miljontals år.

Dött organiskt material är döda växter och djur men också sådant som avföring, fällda löv med mera. Om det finns gott om syre kan nedbrytarna bryta ner (”äta”) det döda organiska materialet och använda i sin cellandning för att få energi. Om det är ont om syre kan inte nedbrytarna bryta ner materialet och då kan det omvandlas till fossila bränslen, men det tar miljontals år. Nedbrytning av dött organiskt material och bildning av fossila bränslen sker även i vatten.

Kolatomens kretslopp och vi Kolatomens kretslopp binder alltså samman marken, luften, växterna, människorna och alla andra organismer på jorden. Kretsloppet är avgörande för våra liv.

Kolatomens snabba och långsamma kretslopp

koldioxid fotosyntes

cellandning

sedimentation

kalksten

CO2

förbränning

dött organiskt nedbrytning material kolvätebildning fossila bränslen (kol, olja och naturgas)

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

293

Så nästa gång du andas djupt eller njuter av en god måltid, kom ihåg den osynliga dansen som kolatomens kretslopp är. Vår respekt för detta kretslopp är avgörande för att upprätthålla balansen i vårt ekosystem och säkerställa en hållbar framtid för oss alla.

Sammanfattning @ Kolatomen deltar dels i ett snabbt kretslopp som tar tiotals till tusentals år, dels i ett långsamt kretslopp som tar miljontals år. @ Kolatomens snabba kretslopp drivs framför allt av fotosyntes och cellandning. @ I fotosyntesen omvandlas ljusenergi från solen, koldioxid från luften och vatten från marken till glukos och syre:

@ I cellandningen finns kolatomer först i glukosmolekyler men flyttas sedan till koldioxidmolekyler: glukos + syre → koldioxid + vatten + energi @ I kolatomens långsamma kretslopp deltar en del kolatomer som finns i mark och bergarter. I det långsamma kretsloppet ingår bildning av fossila bränslen.

koldioxid + vatten + ljusenergi → glukos + syre 294

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

KAPITEL 6

Kolets kemi Kolatomens två kretslopp Instuderingsfrågor

Aktivitet: Båda kretsloppen

1. Vilka tre komponenter utifrån behöver växter för att genomföra fotosyntesen?

Rita

2. Vilken kolhaltig produkt bildas vid fotosyntesen?

3. Skriv en ordformel för cellandningen.

4. Beskriv kolatomens snabba kretslopp.

5. Ge två exempel på former av kol som deltar i det långsamma kretsloppet.

Rita en bild över kolatomens snabba och långsamma kretslopp tillsammans.

Skriv dessa begrepp i bilden: cellandning, dött organiskt material, fossila bränslen, fotosyntes, förbränning, koldioxid, kolvätebildning och nedbrytning.

6. Varför ökar mängden koldioxid i luften?

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

295

Bilden: Naturgas leds ofta i långa rörsystem, pipelines.

Naturgas består mest av kolvätet metan, CH4.

Kolväten När vi tankar bensin i en moped eller bil och när vi tänder ett gasolkök är det kolväten som vi använder. Nu ska vi titta närmare på vad kolväten är.

Ord och begrepp Aromatiska kolväten är kolväten som innehåller sex kolatomer som är hopbundna till en ring med dubbelbindningar.

Dubbelbindning är när två elektronpar (totalt fyra elektroner) binder samman två atomer i en molekyl.

Kolväten är kemiska föreningar där bara kol och väte ingår.

Metan är molekylen CH4.

Mättade kolväten är kolväten med endast enkelbindningar mellan alla kolatomer.

Enkelbindning är när ett elektronpar (totalt två elektroner) binder samman två atomer i en molekyl.

Omättade kolväten är kolväten med en eller flera dubbelbindningar (eller trippelbindningar) mellan kolatomerna.

Etan är molekylen H3C–CH3.

Trippelbindning är när tre elektronpar (totalt sex elektroner) binder samman två atomer i en molekyl.

Eten är molekylen H2C=CH2.

Etyn är molekylen HC ––– CH.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

297

I bensin och dieselolja finns mycket kolväten.

Kolväten Kolväten är kemiska föreningar där bara kol, C, och väte, H, ingår. Det finns många typer av kolväten med olika egenskaper. Det beror på att kolatomer kan binda ihop sig med varandra och bilda molekyler på olika sätt. Kolatomerna sitter ihop med varandra i kedjor, som kan vara korta eller långa, oförgrenade eller förgrenade. Kolkedjorna kan även bilda ringar.

Många kolväten får man från petroleum, till exempel olja och naturgas. De enklaste kolvätena är gaser som ger energi vid förbränning.

Naturgas består till största delen av det kolväte som heter metan, CH4.

Biogas, som kan framställas från matavfall, innehåller också mycket metan och kan användas som motorbränsle.

Gasol är en blandning av kolväten. Kolväten används också som utgångsmaterial för tillverkning av andra organiska ämnen och plaster.

väteatom symbol: H valenselektron: 1

kolatom symbol: C valenselektroner: 4

metanmolekyl symbol: CH4 kol: L-skalet: 8 elektroner = ädelgasstruktur väte: K-skalet: 2 elektroner = ädelgasstruktur

Metan, CH4, är det enklaste kolvätet och består av en kolatom och fyra väteatomer.

I metanmolekylen har alla atomer ädelgasstruktur.

298

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

Kolväten och deras namn När vi namnger kolvätena brukar vi ordna dem i storleksordning. I tabellen nedan ser du att alla namnen slutar på -an. Det här sättet att namnge kolvätena används som grund för hur vi namnger andra liknande kolföreningar. Då lägger vi till andra ändelser eller ändrar en bokstav i orden. Till exempel kan etan då bli etanol eller etyn.

Några kolväten Kolväte

Summaformel

Finns i

metan

CH4

naturgas, biogas

etan

C2H6

naturgas

propan

C3H8

gasol

butan

C4H10

gasol

pentan

C5H12

bensin

hexan

C6H14

bensin

heptan

C7H16

bensin

oktan

C8H18

bensin

Kolatomens bindningar Varje kolatom i ett kolväte har fyra bindningar till andra atomer. En väteatom i ett kolväte har bara en bindning och kan bara bindas till en kolatom. Däremot kan en kolatom ha en, två eller tre bindningar till en annan kolatom.

L K

8e2e-

neonatom symbol: Ne laddning: 0 valenselektroner: 8 totalt antal elektroner: 10 protoner: 10

L K

4e2e-

kolatom symbol: C laddning: 0 valenselektroner: 4 totalt antal elektroner: 6 protoner: 6

Den ädelgas som kolatomen liknar mest är neon, Ne. Ädelgasen neon har fullt yttersta skal (L-skalet), det vill säga åtta valenselektroner. En kolatom har bara fyra valenselektroner och behöver ytterligare fyra elektroner för att få fullt yttersta elektronskal (ädelgasstruktur).

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

299

Neptunus och Uranus

H

Metan finns inte bara på vår planet. Den finns även på andra platser i universum. Till exempel innehåller planeterna Neptunus och Uranus atmosfärer metangas. Det är den som gör att planeterna ser blå ut.

H C

H

H

CH4

H H

C

H

H

komplicerad modellmodell av metan komplicerad av metan

enkel modell av metan enkel modell av metan

Vi kan visa en metanmolekyl på olika sätt beroende på syftet. Bilden visar olika sätt från väldigt detaljerad modell med alla elektronskal till den enklaste modellen, det vill säga CH4. En viktig sak att lära sig är att ett streck mellan två atomer i en molekyl betyder två bindningselektroner.

Om det finns bara en bindning mellan två kolatomer kallas det enkelbindning. Två bindningar mellan kolatomerna kallas dubbelbindning och tre bindningar kallas trippelbindning.

Bindningstypen beror på hur elektronerna fördelar sig mellan de atomer som bygger upp kolvätet. Bindningen bestämmer om kolvätet är mättat eller omättat.

Mättade kolväten

Stora mängder metangas eldas upp vid oljeutvinning.

Mättade kolväten har endast enkelbindningar mellan alla kolatomer.

Det enklaste kolvätet är metan, CH4, som består av en kolatom bunden till fyra väteatomer. Etan, C2H6, består av två kolatomer som är bundna till varandra. Varje kolatom är dessutom bunden till tre väteatomer.

Därför kan etan också skrivas CH3–CH3 eller H3C–CH3 om vi vill visa extra tydligt att kolatomerna binder till varandra. Många kolatomer kan bindas ihop på detta sätt och bilda andra kolväten. Till exempel har hexan sex kolatomer och kan skrivas: CH3–CH2–CH2–CH2–CH2–CH3 Men de sex kolatomerna kan också bilda en förgrenad kedja eller bindas ihop till en ring. Då blir det andra kolväten med andra egenskaper.

Metan Metan, CH4, är en färglös och luktlös gas. Metan kallas också för sumpgas eller gruvgas.

Naturgas består till största delen av metan och bildas vid nedbrytning av växtmaterial under syrefria förhållanden. I atmosfären finns me300

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

tan i ganska små mängder. Men gasen bidrar ändå till växthuseffekten.

Metan är en kraftfull växthusgas.

Gasen förekommer i kolgruvor och kan där ge upphov till explosiva blandningar med luft. Mycket stora mängder metan eldas upp i samband med oljeutvinning.

Etan Etan är en färglös och luktlös gas som består av enbart kol, C, och väte, H. Etan är alltså ett kolväte. Gasen är en organisk förening som finns i bland annat naturgas. Etanmolekylen består av två kolatomer och sex väteatomer. Den kemiska formeln är C2H6, som också kan skrivas: CH3–CH3 Vid förbränning av etan bildas koldioxid, CO2, och vatten, H2O. Dessutom får man värmeenergi.

H H

H H H C C H

H C

H H

C

H H

H

CH3-CH3

C2H6

Olika sätt att visa etanmolekylen, C2H6.

Omättade kolväten Omättade kolväten har en eller flera dubbelbindningar (eller trippelbindningar) mellan kolatomerna. Det enklaste omättade kolvätet måste därför bestå av två kolatomer.

Eten, C2H4, har en dubbelbindning mellan kolatomerna och kan skrivas: CH2=CH2 Etyn, C2H2, har en trippelbindning mellan kolatomerna och kan skrivas: CH – CH Kolvätemolekyler med dubbelbindningar och trippelbindningar reagerar lätt med andra molekyler. Till exempel kan många molekyler av eten binda ihop sig med varandra och bilda jättestora molekyler. Då blir det en plast som kallas polyeten.

H H

C C

H

H

H

H

C

C

H H

CH2 CH2

C2H4

Olika sätt att visa etenmolekylen, C2H4.

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

301

Äpplen avger eten, C2H4.

Eten Eten, C2H4, är en färglös gas med svag lukt. Den finns i bland annat naturgas. Den kemiska formeln kan också skrivas: CH2=CH2 Mellan kolatomerna finns det alltså en dubbelbindning.

Eten kan framställas från petroleum. Gasen är ett viktigt utgångsmaterial inom den kemiska industrin. På grund av dubbelbindningen kan etenmolekylen lätt reagera med andra ämnen. Etenmolekylerna kan också bindas ihop med varandra i långa kedjor och bilda polyeten (etenplast).

Eten är ett växthormon som gör att frukter mognar snabbare. Till exempel avger äpplen eten till luften. Det är därför annan frukt, till exempel bananer, mognar fort om vi förvarar bananer nära äpplen.

302

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

Farliga släktingar till kolvätena

H C

C H

H C

C H

CH CH

C2H2

Olika sätt att visa etynmolekylen, C2H2.

Etyn Etyn, C2H2, är en färglös gas. Ett annat ord för etyn är acetylen. Den kemiska formeln kan också skrivas: – CH CH – Mellan kolatomerna finns en trippelbindning som gör att etyn lätt bildar kemiska föreningar med andra ämnen.

Gasen är alltså mycket reaktiv och kan explodera. Den måste därför lagras på ett säkert sätt.

Etyn används som utgångsmaterial för framställning av andra organiska ämnen, bland annat plaster. Gasen används också vid gassvetsning och gasskärning på grund av att den brinner i luft med en mycket varm låga.

När kolvätemolekyler binds till kloratomer, Cl, bildas klorerade kolväten.

De klorerade kolvätena är fettlösliga och mycket stabila.

De bryts inte lätt ner till andra ämnen. Det gör att de förs vidare i näringskedjorna i till exempel Östersjön, vilket innebär att rovdjur får i sig stora mängder av de klorerade kolvätena. Fiskar, fåglar och sälar har skadats svårt.

De klorerade kolvätena betraktas som gifter. De mest kända sorterna är DDT, PCB och olika dioxiner. De flesta av dem är förbjudna att använda i Sverige.

Etyn används vid gassvetsning och när man vill skära i till exempel stål. Då blandas etyn med syrgas.

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

303

Aromatiska kolväten En speciell grupp av omättade kolväten kallas aromatiska. De innehåller sex kolatomer som är hopbundna till en ring med dubbelbindningar. Det enklaste är bensen, C6H6, som består av sex kolatomer och sex väteatomer. De kallas aromatiska för att de ofta har stark doft. Aromatiska kolväten är mycket vanliga i naturen, till exempel i proteiner och DNA.

Sammanfattning @ Kolväten är kemiska föreningar där bara kol, C, och väte, H, ingår. @ Kolatomerna sitter ihop med varandra i kedjor, som kan vara korta eller långa, oförgrenade eller förgrenade. Kolkedjorna kan även bilda ringar. @ När vi namnger kolvätena brukar vi ordna dem i storleksordning. @ Varje kolatom i ett kolväte har fyra bindningar till andra atomer.

En väteatom i ett kolväte har bara en bindning och kan bara bindas till en kolatom. Däremot kan en kolatom ha en, två eller tre bindningar till en annan kolatom.

304

@ Om det finns bara en bindning mellan två kolatomer kallas det enkelbindning. @ Två bindningar mellan kolatomerna kallas dubbelbindning. @ Tre bindningar mellan kolatomerna kallas trippelbindning. @ Mättade kolväten har endast enkelbindningar mellan alla kolatomer. @ Omättade kolväten har en eller flera dubbelbindningar, till exempel eten CH2=CH2, eller trippelbindningar, som etyn, CH ––– CH, mellan kolatomerna.

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

KAPITEL 6

Kolets kemi Kolväten Instuderingsfrågor

Aktivitet: Etan, eten och etyn

1. Vad heter det enklaste kolvätet?

Namn och kemisk formel.

Beskriva

2. Namnge de åtta första kolvätena.

3. Hur förändras antalet kolatomer respektive antalet väteatomer när man går från propan till butan?

Beskriv molekylerna etan, eten och etyn med strukturformler där alla bindningselektroner är ritade som prickar.

4. Vad utmärker mättade kolväten när det gäller kemiska bindningar mellan kolatomerna?

5. Vad utmärker omättade kolväten när det gäller kemiska bindningar mellan kolatomerna?

6. Vad är det kemiska namnet för acetylen?

7. Vilka grundämnen ingår i DDT och PCB?

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

305

Bilden: Alkoholer används i många sammanhang. Etanol kan användas som bränsle i både bilar och spritkök för matlagning utomhus.

Alkoholer Du har säkert använt ordet alkohol många gånger. Men kanske har du inte vetat att alkoholer är en grupp kemiska ämnen. Alkoholer innehåller minst en OH-grupp (hydroxylgrupp), alltså en syreatom, O, som är hopbunden med en väteatom, H. Det finns många olika alkoholmolekyler med olika antal kolatomer eller OH-grupper.

De flesta alkoholerna är flytande vid rumstemperatur men det finns även sådana som är fasta ämnen. Alkoholer blandar sig lätt med vatten.

Flera alkoholer är utgångsmaterial för att framställa andra ämnen.

Ord och begrepp Alkoholer är en grupp kemiska ämnen som innehåller minst en OH-grupp (hydroxylgrupp), alltså en syreatom (O) som är hopbunden med en väteatom (H).

Metanol är alkoholen CH3OH.

Destillation är en teknik för att separera vätskor med olika kokpunkter i en blandning.

Trevärda alkoholer är alkoholer som innehåller tre OH-grupper.

Etanol är alkoholen CH3CH2OH eller kortare C2H5OH.

Tvåvärda alkoholer är alkoholer som innehåller två OH-grupper.

Nitroglycerin är en kemisk förening som exploderar mycket lätt och ingår i dynamit.

Glycerol är en alkohol med tre OH-grupper, det vill säga en trevärd alkohol, med formeln HOCH2CH(OH)CH2OH.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

307

De enklaste alkoholerna Etanol

H H H C

C O

H H

H

Etanol kan skrivas C2H5OH eller ritas som ovanstående modell.

Metanol

H H C O H

När man pratar om ”alkohol” menar man oftast etanol, C2H5OH. Den kallas ofta för sprit eller bara alkohol i dagligt tal. Vin, öl, cider och starksprit innehåller etanol. Ren etanol är en färglös vätska med en skarp lukt. Den avdunstar lätt och avger då brännbara gaser.

Man kan jämföra etanolmolekylen, C2H5OH, med etanmolekylen, C2H6. Båda molekylerna innehåller två kolatomer, men i etanolmolekylen är en väteatom utbytt mot en OH-grupp. Eftersom båda molekylerna innehåller två kolatomer i sin kolkedja börjar molekylernas namn med eta-.

Namnet på alkoholen är detsamma som kolvätets namn men avslutas av ändelsen -ol.

Etanol används som bränsle till bilar och campingkök (spritkök), men också som lösningsmedel, bakteriedödande tvättsprit i sjukvården och råvara i den kemiska industrin.

Etanol framställs genom jäsning av socker. När jästsvamparna ”äter” socker för att få energi avger de etanol och koldioxid som avfall. Efter jäsningen kan man framställa ren etanol genom destillation. Eftersom man kan framställa etanol ur olika växtmaterial är det ett förnybart bränsle i motsats till fossila bränslen, som bensin och diesel.

H

Metanol kan skrivas CH3OH eller ritas som ovanstående modell.

Metanol är den enklaste alkoholen och skrivs kemiskt CH3OH. Metanol kan framställas genom upphettning av trä. Metanol kallas därför också träsprit och är mycket giftig.

Ibland förväxlas metanol med etanol (vanlig alkohol), vilket kan vara mycket farligt. Metanolförgiftning kan göra att man blir blind eller dör.

Förgiftningen börjar med att man får svårt att se och andas. Man får huvudvärk, yrsel, illamående och ont i magen. När metanolen bryts ner i kroppen bildas myrsyra, som är livsfarlig. Man kan klara sig om man snabbt får behandling på sjukhus.

Alkoholer som bränsle och lösningsmedel Både metanol och etanol kan användas som motorbränsle. Till exempel är E85 ett fordonsbränsle med 85 procent etanol och 15 procent bensin.

Eftersom etanolen framställs från växter (ofta sockerrör) är etanolen ett förnybart bränsle till skillnad mot bensin som är icke-förnybart.

Metanol och etanol fungerar också som lösningsmedel för färg och andra ämnen. Alkoholer kan lösa upp fett, och etanol används därför ofta som rengöringsmedel.

308

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

Alkohol – festligt eller farligt? Över hela världen (också i Sverige) är det vanligaste rusmedlet alkohol. En stor del av den vuxna svenska befolkningen använder alkohol regelbundet. Hela 85 procent av befolkningen beräknas någon gång på ett år ha använt alkohol. Att dricka alkohol i samband med fest är en ritual som är vanlig i Sverige och i andra länder där alkohol är lagligt. Alkoholdrycker som vin och öl fungerar också som måltidsdrycker.

Alkohol, etanol, är giftig. Dricker man för mycket blir man berusad beroende på att etanolen påverkar hjärnan. Den som dricker alkohol ofta och mycket riskerar att bli beroende. Den som blir beroende kan ha svårt att sluta dricka och kallas alkoholist. Dock klarar många av att bli nyktra alkoholister.

Över hela världen är det vanligaste rusmedlet alkohol.

Alkoholer med flera OH-grupper Alkoholer som innehåller två OH-grupper kallas tvåvärda och de som innehåller tre OH-grupper kallas trevärda. Bland dessa speciella alkoholer finns glykol som är tvåvärd och glycerol som är trevärd. Glykol används bland annat som frostskyddsmedel i kylsystem i fordon och för framställning av polyestrar.

Glycerol används vid framställning av kosmetika och polyestrar. Den används också vid tillverkning av nitroglycerin, ett sprängämne.

Nitroglycerin och Nobel

OH OH H C C

H

H H Modell av glykol som är en tvåvärd alkohol.

OH OH OH H C C C

H

H H H Modell av glycerol som är en trevärd alkohol.

Nitroglycerin är en kemisk förening som exploderar lätt. I ren form är nitroglycerin en oljig vätska. Det är ett mycket känsligt sprängämne som måste hanteras varsamt.

Nitroglycerin finns inte naturligt utan bildas genom en kemisk reaktion mellan glycerol och salpetersyra. Det framställdes för första gången av en italiensk kemist i mitten på 1800-talet.

När ren nitroglycerin användes som sprängmedel skedde många olyckor.

Det var Alfred Nobel som kom på att nitroglycerin blev mindre farligt om NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

309

det blandades med jordarten kiselgur. Kiselgur är ett sjösediment som bildats under lång tid av skal från kiselalger.

Nobels uppfinning kom att kallas dynamit. Det blev ett framgångsrikt sprängmedel som används än i dag. Det gjorde också att Alfred Nobel blev mycket rik. 1901 instiftade han Nobelpriset.

Nitroglycerin används också som ett läkemedel. Det kan vidga blodkärlen då man drabbas av kärlkramp.

–

O N

+

O O CH H2C CH2 O O N O + O N+ O – O

Alfred Nobel uppfann dynamiten och skrev i sitt testamente hur Nobelprisen skulle finansieras och delas ut. Här en bild på Nobelprismedaljen med Alfred Nobels porträtt ingraverat.

–

Nitroglycerin tillverkas av glycerol och salpetersyra. De tre kolatomerna kommer från glycerol.

Sammanfattning @ Alkoholer är en grupp kemiska ämnen som innehåller minst en OH-grupp (hydroxylgrupp), alltså en syreatom, O, som är hopbunden med en väteatom, H. @ Metanol, CH3OH, är den alkohol som har enklast struktur.

Metanol kallas också träsprit och är mycket giftig. @ Etanol, CH3CH2OH, är den alkohol som finns i alkoholhaltiga drycker som öl och vin. Etanol används också som bränsle i till exempel bilar.

310

@ Beroende på antalet OH-grupper i molekylen kallas alkoholer för envärda, tvåvärda eller trevärda. @ Nitroglycerin är ett sprängämne som tillverkas av alkoholen glycerol och salpetersyra.

Nitroglycerin ingår i dynamit som uppfanns av Alfred Nobel.

Uppfinningen gjorde Alfred Nobel rik, och hans förmögenhet ligger till grund för Nobelprisen.

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

KAPITEL 6

Kolets kemi Alkoholer Instuderingsfrågor

Aktivitet: E85

1. Vad heter den atomgrupp som ingår i alkoholer?

Förklara

2. Hur namnger man alkoholer?

3. Vad kallas denna reaktion: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 4. Vilken alkohol kallas träsprit?

5. Vad innehåller bränslet E85?

Förklara vad E85 är och varför det är ett mer miljövänligt drivmedel till bilar jämfört med bensin.

Använd dessa begrepp i din förklaring: bensin, etanol, fossilt bränsle och förnybart bränsle.

6. Ge exempel på en tvåvärd och en trevärd alkohol.

7. Vem uppfatt dynamit?

8. Vilka användningsområden har nitroglycerin?

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

311

LABORATION

Bygg koffein Syfte

Utförande

Koffein finns i till exempel kaffe och te. Koffein är en organisk molekyl. Det innebär att kolatomer är viktiga byggstenar i koffeinmolekylen.

Syftet med denna laboration är att undersöka hur koffeinmolekylen, C8H10N4O2, är uppbyggd, hur atomerna sitter ihop.

1. Lukta på kaffebönorna eller smaka på lite kaffe för att få en känsla för laborationen.

Materiel

2. Bygg ihop koffeinmolekylen. a. svarta kulor är kol, C b. röda kulor är syre, O c. vita kulor är väte, H d. blå kulor är kväve, N.

– kaffe

Riskbedöming

– kaffebönor

Laborationen är inte riskfylld.

– molekylbyggsats.

O C

CH3 N C N CH C C N O N

H3C

CH3

Koffein.

Hela kaffebönor och malda kaffebönor.

312

NE KEMI 7– 9 –––– 6. KOLETS KEMI

KAPITEL 7

Matmolekyler

Bilden: Proteiner, fetter och kolhydrater – maten innehåller en mängd olika ämnen.

Vad finns i maten?

Vad händer om vi bara äter en sorts mat? På lite sikt blir vi antagligen sjuka. Det beror på att vi människor behöver få i oss en blandning av olika näringsämnen varje dag för att täcka vårt behov.

Proteiner, fetter och kolhydrater – maten innehåller en mängd olika ämnen. Här kommer vi att bekanta oss närmare med ett antal av dem.

Ord och begrepp Anabolism är uppbyggande ämnesomsättning, till exempel när aminosyror byggs ihop till nya proteiner.

Cellandning är cellens sätt att få energi. I cellandningen reagerar glukos med syre till koldioxid och vatten.

Energi är förmågan hos ett föremål att utföra ett arbete i fysisk mening.

Kost är den blandning av olika livsmedel som man äter och dricker varje dag.

Näringsämnen är energi och byggstenar som organismer behöver för att leva, växa och fortplanta sig.

Organism är en encellig eller flercellig levande varelse.

Fetter är en grupp kemiska ämnen som ger mycket energi om man äter dem.

Proteiner är stora molekyler som är av avgörande betydelse för allt liv. De är kedjor av aminosyror.

Katabolism är nedbrytande ämnesomsättning, till exempel när proteiner bryts ner till aminosyror.

Ämnesomsättning är alla de biokemiska reaktioner som pågår i organismer. Ett annat ord för ämnesomsättning är metabolism.

Kemisk energi är den form av energi som finns i kemiska bindningar.

Kolhydrater, eller sockerarter, är en grupp kemiska ämnen. Många av kolhydraterna, till exempel glukos, ger snabbt energi om man äter dem.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. | Kolhydrater, proteiner och fetter samt deras funktioner i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

317

Näring De viktigaste näringsämnena De viktigaste ämnena som maten och drycken innehåller och som vi behöver är: – kolhydrater – fetter – proteiner – vitaminer och mineralämnen. djur

växter

energi

näringsämnen plus syre

solljus

byggstenar

näringsämnen

näringsämnen plus koldioxid och vatten

Näring är energi och byggstenar.

Djur och växter får energi och byggstenar på olika sätt.

När du blir hungrig äter du, när du blir törstig dricker du. Men varför blir du hungrig och törstig? Jo, det beror på att cellerna i din kropp behöver näring och vatten.

Näring är energi och byggstenar som organismer behöver för att leva, växa och fortplanta sig. Och precis som andra djur får människan näring genom att äta och dricka. Dessutom behöver djur andas in syre, O2, men syre brukar inte räknas som näringsämne. Vatten är lika livsnödvändigt som syre men inte heller vatten brukar räknas som näringsämne.

Man kan säga att organismer behöver näringsämnen dels som energi, dels som byggstenar. Vissa näringsämnen, till exempel kolhydrater och fetter, behövs främst för att organismer ska få energi. Genom cellandning använder djur, växter och andra organismer den kemiska energi som finns i näringsämnena.

Andra näringsämnen, till exempel proteiner och vissa fettsyror, används främst som byggstenar för att organismen ska kunna växa, bygga upp och reparera vävnader. Dessutom behövs vissa näringsämnen, till exempel vitaminer, i små mängder för att speciella funktioner i celler ska fungera.

CHNOPS CHNOPS är ett bra ”ord” att lära sig. Bokstäverna är de kemiska symbolerna för de vanligaste atomerna i de organiska molekyler som bygger upp människor och andra organismer. Därför är de också de vanligaste atomerna i den näring som vi äter och dricker. ”CHNOPS-atomerna” är byggstenar i kroppen, men de finns inte som enstaka atomer utan sitter ihop i molekyler, till exempel DNA, proteiner, kolhydrater, fetter och vitaminer.

Ett exempel på näringsämnen är kolhydrater. Kolhydrater består av kol, C, väte, H, och syre, O, alltså C, H och O i CHNOPS. När vi äter kolhydrater får vi i oss byggstenar i form av atomer.

En kolhydratmolekyl innehåller också kemisk energi. Den kemiska energin finns i de kemiska bindningar som finns mellan atomerna och håller ihop molekylen.

CHNOPS = atomer i matmolekyler

318

Kemisk symbol

Grundämne

C

kol

H

väte

N

kväve

O

syre

P

fosfor

S

svavel

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Tänk dig att du äter en portion pasta. När du äter pasta så ingår du i kolatomens kretslopp. Det beror på att du äter kolatomer som finns i pastan. Pasta görs av växten vete. Vete växer genom att hämta koldioxid, CO2, från luften och vatten, H2O, från marken.

Ökar man 70 gram i vikt om man äter 70 gram?

Kroppen använder den kemiska energi som finns i mat och dryck.

Ämnesomsättningen Ämnesomsättning, eller metabolism, kallas det när kroppens celler bryter ner ämnen som finns i maten och använder energin och materialet från ämnena för att bygga upp nya celler och organ. Ämnesomsättningen kan delas in i två delar. Den första delen kallas katabolism och innebär att kroppen bryter ner ämnen som proteiner och kolhydrater till små molekyler, till exempel glukos, C6H12O6.

För att bryta ner stora molekyler till små behöver kroppen använda lagrad kemisk energi. Men de små molekylerna innehåller kemisk energi som kroppen tar upp via cellandningen.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Vi tänker oss att du äter en portion pasta på 70 gram. Efter det ger du dig ut och springer.

Om du är ute och springer och kroppen jobbar hårt kanske du förbränner alla 70 gram kolhydrater som du åt. Det är i cellernas cellandning som kolhydraterna förbränns.

I cellandningen bildas koldioxid och vatten. Du andas ut koldioxiden till luften igen. Vattnet som bildas i cellandningen svettas eller andas du ut. Från luften kan växter ta upp koldioxid igen. Då har kolatomen gått ett varv i kolets kretslopp. Ökade din kroppsvikt något efter att du åt pastaportionen på 70 gram? Nej, eftersom du förbrände hela portionen pasta genom att springa så ökade kroppsvikten inte. De 70 gram pasta som du åt omvandlades till 70 gram koldioxid och vatten som du andades ut.

Om du däremot inte hade behövt använda all energin i pastan för att springa så hade de kolhydrater som blev över lagrats som fett i kroppen. Om du behövde till exempel 50 gram pasta till cellandningen så hade resten, det vill säga 20 gram, stannat kvar i kroppen. Då hade du gått upp 20 gram i vikt.

319

Metabolism = katabolism + anabolism Ämnesomsättningen (metabolismen) består av två delar: – Katabolism är nedbrytande ämnesomsättning, till exempel när proteiner bryts ner till aminosyror.

– Anabolism är uppbyggande ämnesomsättning, till exempel när aminosyror byggs ihop till nya proteiner.

Katabolismens resultat är att kroppen får: 1. molekyler, som den kan använda för att bygga upp celler och organ 2. tillskott av energi, som den kan använda i den andra delen av ämnesomsättningen – anabolismen.

Den andra delen av ämnesomsättningen kallas anabolism och innebär att kroppen med hjälp av energi och molekyler från katabolismen bygger upp stora molekyler, celler och organ.

Växter, alger och vissa bakterier kan genom fotosyntesen använda solljusets energi i sin ämnesomsättning. Djur och svampar måste däremot bryta ner organiska ämnen, till exempel fett eller proteiner, för att få energi.

Sammanfattning @ Vi människor behöver få i oss en blandning av olika näringsämnen varje dag för att täcka vårt behov. @ Näring är energi och byggstenar som organismer behöver för att leva, växa och fortplanta sig. @ Förutom näringsämnen behöver vi männskor syre och vatten, men dessa molekyler brukar inte räknas som näring. @ De viktigaste ämnena som maten och drycken innehåller och som vi behöver är: – kolhydrater – fetter – proteiner

@ När du äter pasta så ingår du i kolatomens kretslopp. Det beror på att du äter kolatomer som finns i pastan. Pasta görs av växten vete. Vete växer bland annat genom att hämta koldioxid, CO2, från luften. @ Ämnesomsättningen (metabolismen) består av två delar: – Katabolism är nedbrytande ämnesomsättning, till exempel när proteiner bryts ner till aminosyror.

– Anabolism är uppbyggande ämnesomsättning, till exempel när aminosyror byggs ihop till nya proteiner.

– vitaminer och mineralämnen. @ CHNOPS är ett bra ”ord” att lära sig. Bokstäverna är de kemiska symbolerna för de vanligaste atomerna i människor och andra organismer.

320

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

KAPITEL 7

Matmolekyler Vad finns i maten?

Instuderingsfrågor 1. Vad menas med näring?

2. Ge minst tre exempel på näringsämnen.

3. Vad kallas ämnesomsättning med ett annat ord?

4. Vilka två delar består ämnesomsättningen av?

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Aktivitet: Metabolism, anabolism och katabolism Beskriva Beskriv vad de tre begreppen metabolism, anabolism och katabolism innebär. Ge ett exempel på anabolism och ett exempel på katabolism.

321

Bilden: I bröd finns mycket kolhydrater, till exempel stärkelse.

Kolhydrater Kolhydrater är en grupp ämnen av vilka många finns i livsmedel.

De består av grundämnena kol, C, väte, H, och syre, O. Allt som vi kallar för socker är kolhydrater: vanligt socker (sackaros), fruktsocker (fruktos), druvsocker (glukos), mjölksocker (laktos) och så vidare. Men även stärkelse och cellulosa är kolhydrater.

Ord och begrepp Cellulosa är en polysackarid och den viktigaste beståndsdelen i cellväggarna i alla växter.

Monosackarider är små kolhydrater som består av en enda ring av fem eller sex kolatomer och en syreatom.

Disackarider består av två hopbundna delar av monosackarider.

Oligosackarider består av 4–10 hopbundna delar av monosackarider.

Fruktos, eller fruktsocker, är en monosackarid som finns i bland annat frukter.

Polysackarider består av minst 11 hopbundna delar av monosackarider.

Glukos är en typ av socker som också kallas druvsocker. Molekylen har formeln C6H12O6.

Sackaros, eller rörsocker, är den disackarid som vi kallar ”vanligt socker”.

Glykogen är en polysackarid som är näringslager hos djur.

Socker kan betyda antingen kolhydraten sackaros eller alla kolhydrater som smakar sött.

Kolhydrater är en grupp kemiska ämnen som är uppbyggda av en, två eller flera sockermolekyler. Många av dessa ämnen, till exempel glukos, ger snabbt energi om vi äter dem.

Kostfibrer är polysackarider och vedämne från växter i maten som inte kan brytas ner av enzymer i mag–tarmkanalen.

Sockerarter är ett samlingsnamn på monosackarider och disackarider.

Stärkelse är en polysackarid som är näringslager hos växter.

Trisackarider består av tre hopbundna delar av monosackarider.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. | Kolhydrater, proteiner och fetter samt deras funktioner i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

323

Kolhydrater på jordgubbar.

Kolhydrater, socker och sockerarter Namnet kolhydrater Namnet kolhydrater kommer av att många kolhydrater har en summaformel som kan delas upp i ett antal kolatomer (kol- i ordet kolhydrat) och ett antal ”vattenenheter” (-hydrat i ordet kolhydrat).

Orddelen ”hydrat” har med vatten att göra men det finns inget riktigt vatten i kolhydratmolekyler. Till exempel har glukos summaformeln C6H12O6 som kan ses som ”sex kolatomer och sex vattenenheter” och skrivas C6(H2O)6. Men glukos innehåller alltså inget vatten.

324

Kolhydrater har stor biologisk betydelse. DNA och RNA är uppbyggda av bland annat delar av kolhydrater. Växter använder ljus för att bilda glukos av koldioxid och vatten under fotosyntesen.

Kolhydrater är en viktig del av födan för människan och andra djur.

Det hårda ytterskelettet hos insekter och kräftdjur består av kolhydraten kitin. Bomullstyg och papper består av kolhydraten cellulosa.

Tyvärr används flera ord för att beteckna de olika typerna av kolhydrater. Men ta det lugnt – vi reder ut det hela.

Kolhydrater Kolhydrater omfattar allt från små molekyler som monosackariden glukos till polysackariden cellulosa.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Titta på bilderna nedan. Mono i monosackarid betyder ’en’. I en monosackarid finns bara en ring.

Poly i polysackarid betyder ’många’. I en polysackarid finns många, ofta tusentals, ringar.

Från monosackarider till polysackarider Vi grupperar kolhydrater efter hur många delar av monosackarider som finns i molekylerna.

– Monosackarider är grunden för alla kolhydrater. Monosackarider består oftast av en ring med fem eller sex kolatomer samt en syreatom. Exempel: glukos.

– Disackarider består av 2 hopbundna delar av monosackarider. Exempel: sackaros (rörsocker, ”vanligt socker”).

– Trisackarider består av 3 hopbundna delar av monosackarider.

En glukosmolekyl (C6H12O6) har en ringstruktur med fem kolatomer och en syreatom.

Glukos är en monosackarid.

monosackarid

disackarid

polysackarid

– Oligosackarider består av 4–10 hopbundna delar av monosackarider.

– Polysackarider består av minst 11 hopbundna delar av monosackarider. Exempel: stärkelse, cellulosa och glykogen.

Monosackarider är grunden för alla kolhydrater. Glukos är ett exempel på en monosackarid. Mjölksocker (laktos) är en disackarid. Stärkelse, glykogen och cellulosa är tre vanliga polysackarider.

Socker ”Det är gott med mycket socker på jordgubbar” kanske du tycker. Men vad betyder ordet ”socker” i det här sammanhanget? Jo, det är kolhydraten sackaros som är det socker som vi använder som strösocker.

Men ordet socker används också som allmän beteckning för alla kolhydratmolekyler som smakar sött, till exempel glukos.

Ordet socker används alltså på två sätt: 1. som namn på kolhydraten sackaros 2. som beteckning för alla kolhydrater som smakar sött.

Sockerarter Sockerarter är ett samlingsnamn på monosackarider och disackarider. Sockerarter smakar sött och kallas också sackarider. I innehållsförteckningar på livsmedel står hur mycket sockerarter som finns i livsmedlet. De flesta människor mår bra av att äta mindre mängd sockerarter.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

325

Några vanliga kolhydrater Sackaros, glukos och fruktos Sackaros Sackaros, ”vanligt socker”, är en disackarid och består av två hopbundna sockerrester. Det socker vi köper i Sverige kommer från sockerbetor.

Sockerbetor har en stor rotknöl som lagrar näring för att övervintra, på samma sätt som morötter. Näringen i sockerbetor består av mellan 15 och 20 procent socker.

I varma delar av världen framställs sackaros från sockerrör. Därför kallas sackaros även rörsocker. Sockerrör är ett kraftigt, flera meter högt gräs som innehåller mycket socker inuti stråna.

Sackaros: glukosrest till vänster och fruktosrest till höger.

Glukos

Sackaros är en disackarid. Glukosrest till vänster och fruktosrest till höger. Bilden är väldigt förenklad och en del atomer visas inte.

Glukos, C6H12O6, finns i blod och växtsafter. När vi mäter blodsockerhalten så är det mängden glukos som vi mäter. Men framför allt är glukos byggsten i polysackariderna cellulosa, stärkelse och glykogen.

Glukos bildas i fotosyntesen. Djur får i sig glukos genom att äta växter.

Växterna innehåller stärkelse som djur kan bryta ner till glukosmolekyler till cellandningen.

Glukos: ser du ringen av en syreatom och fem kolatomer?

326

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Fruktos En sackarosmolekyl består av två sammankopplade rester av sockermolekyler, en glukosrest och en fruktosrest.

I en sackarosmolekyl finns alltså en rest av monosackariden fruktos.

Fruktos kallas även fruktsocker och finns som monosackarid i frukter och i honung. Fruktos är inte nyttigare än glukos.

Cellulosa, stärkelse och glykogen

Honung innehåller mycket fruktos.

Cellulosa, stärkelse och glykogen är polysackarider som består av tusentals ihopkopplade glukosdelar.

Cellulosa

Stärkelse (två sorters molekyler)

Glykogen

finns i

växter

växter

djur

grenar

nej

nej

ja, lite

spiral

förgrenad

ja, mycket

struktur

form

I cellulosa ligger raka kedjor av glukosdelar tätt packade. I stärkelse och glykogen är de stora molekylerna mycket lösare packade.

Cellulosa Cellulosa är det vanligaste organiska ämnet i naturen och det ämne som växternas cellväggar är uppbyggda av.

Cellulosa gör växterna styva och stadiga. Växternas fibrer består nästan helt av cellulosa och kan användas av människan på många sätt.

Av fibrerna hos bomull gör man tråd och garn som kan bli bomullskläder.

Av träfibrer framställs pappersmassa som sedan blir papper. Kostfibrer är de växtfibrer som finns i maten.

Stärkelse Stärkelse är det näst vanligaste organiska ämnet i naturen. Stärkelse bildas framför allt i kloroplaster. Ämnet fungerar som en näringsreserv i växter och lagras i till exempel frön och rötter.

Glykogen Även människor och andra djur lagrar kolhydrater som näringsreserv, men inte som stärkelse. I stället lagras kolhydrater i form av ämnet glykogen i musklerna och levern.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

327

Vissa livsmedel innehåller långsamma kolhydrater.

Kolhydrater och kroppen Kroppen får mest energi från fett och kolhydrater. I Sverige och i andra rika länder får vi ofta i oss mer energi än vad kroppen gör av med. Vi kan lätt få intrycket att kolhydrater är dåliga för hälsan. Det pratas mycket om kost som innehåller så lite kolhydrater som möjligt. Ibland används det engelska uttrycket low carb. Men kolhydrater är en viktig del av kosten och inget man behöver välja bort. Däremot är det bra att välja rätt sorts kolhydrater. Rätt sorts kolhydrater finns i till exempel fullkornsbröd, grönsaker och frukt men inte i ljust bröd, läsk, godis och kakor.

328

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Kolhydrater och matspjälkning Du får i dig kolhydrater från mat och dryck. För att cellerna ska kunna använda energin i kolhydraterna måste kolhydraterna brytas ner till monosackarider. Det är ju monosackariden glukos som används i cellandningen: glukos + syre p koldioxid + vatten + energi Kroppens egna enzymer bryter ner stärkelse i munnen, magen och tunntarmen. I tunntarmen har stärkelsen blivit enskilda glukosmolekyler som kan tas upp av blodet och transporteras till alla celler i kroppen så att cellerna kan cellandas.

Kolhydrater används i cellandningen, och så länge cellerna behöver energi så används de kolhydrater som vi äter i just cellandning. Men vad händer om vi äter mer kolhydrater än vad som behövs för cellandning?

Jo, kroppen har fiffiga sätt att spara överskott av kolhydrater. Det finns två sätt för att lagra kolhydrater för framtida behov: 1. korttidslagring som glykogen i muskelceller och i leverceller 2. långtidslagring som fett i fettceller.

När vi pratar om kolhydratuppladdning inför en fysisk prestation, till exempel att äta mycket pasta dagen före ett långdistanslopp, är det glykogenlagren i muskelcellerna som vi vill fylla på. sackaros

stärkelse

cellulosa

I mun, mage och tarm bryter kroppens enzymer ner kolhydrater av olika längd till monosackarider. Sackaros går väldigt snabbt att dela till monosackarider. Monosackariderna tas upp av blodet. Det sker i tunntarmens vägg. I cellulosa sitter glukosdelarna ihop på ett annat sätt jämfört med i stärkelse. Därför kan kroppens enzymer inte bryta ner cellulosa till monosackarider. Eftersom cellulosa inte bryts ner fungerar cellulosa som kostfibrer.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

329

blodsockerhalt

livsmedel med snabb blodsockerhöjande effekt livsmedel med långsam blodsockerhöjande effekt fastenivå

måltid

tid

Begreppen snabba kolhydrater respektive långsamma kolhydrater beskriver hur snabbt kolhydraterna i ett livsmedel påverkar blodsockerhalten. Den heldragna linjen visar blodsockerhalten när vi fastar, det vill säga när kroppen inte längre tar upp näring från tarmen, vilket är från och med tre till sex timmar efter senaste måltid.

Snabba och långsamma kolhydrater Fullkornsprodukter Flingor, pasta och annat som tillverkats av fullkornsmjöl kallas för fullkornsprodukter. Fullkornsmjöl mals av hela spannmålskornet, inte bara kärnan.

330

Till snabba kolhydrater räknas monosackarider (till exempel glukos) och disackarider (till exempel sackaros). Men också polysackariden stärkelse i livsmedel som ljust bröd och potatis räknas som snabb kolhydrat. Å andra sidan är samma stärkelse långsam kolhydrat i kokt pasta, fullkornspasta och i fullkornsbröd. Egentligen är det alltså bättre att prata om livsmedel med snabb eller långsam blodsockerhöjande effekt.

Nordiska näringsrekommendationer säger att omkring hälften av vår energi bör komma från kolhydrater. Men då menar vi inte det vanliga sockret (sackaros) som finns i till exempel strösocker, sockerbitar, läsk, godis och kakor. Sackaros och annat socker finns också i många livsmedel som du kanske inte tänker på som särskilt söta, såsom fruktyoghurt, flingor, naturgodis och en del färdigrätter och restaurangmat.

Tillsatt socker är socker som inte finns naturligt i råvarorna i livsmedlet. Man tillsätter socker av olika skäl, till exempel smak, konsistens eller som konserveringsmedel. I livsmedel kan socker tillsättas som ingrediens under flera beteckningar, till exempel sackaros, glukos, fruktos, maltos, dextros, invertsocker, honung, HFCS (high fructose corn syrup) eller isoglukos.

Tillsatt socker ger energi men inga andra näringsämnen. Därför bör mindre än 10 procent av det dagliga energiintaget komma från tillsatt socker. Ett enkelt sätt att äta mindre tillsatt socker är att välja nyckelhålsmärkta livsmedel.

Ju snabbare till exempel polysackarider bryts ner till monosackarider, desto snabbare höjs blodsockerhalten. Det är bra för kroppen om blodsockerhalten är så jämn som möjligt. Kolhydrater i grönsaker, frukt och fullkornsbröd ger en ganska jämn blodsockerhalt. Däremot ger kolhydrater från godis och läsk stora snabba förändringar i blodsockerhalten. Man blir snabbt hungrig igen efter att ha ätit snabba kolhydrater.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Fibrer Du har säkert hört att det är bra att äta mycket fibrer. Med fibrer menar man då kostfibrer. Kostfibrer består till stor del av kolhydrater som kroppen inte kan bryta ner till mindre molekyler och ta upp som näring.

Vad ska vi då med kostfibrer till? Jo, kostfibrer är bra för tarmen eftersom de minskar risken för att man blir förstoppad, det vill säga ”hård i magen”. Det beror på att kostfibrer binder vätska, vilket gör att maten rör sig lättare genom tarmen och får tarmarna att röra sig mer. Kostfibrer får dig också att känna dig mätt, vilket minskar risken för att du äter mer än du behöver.

I Sverige behöver de flesta vuxna äta mer kostfibrer än vi gör. Men äter man väldigt mycket fibrer kan man få magproblem. Det är bra att tänka på om du är vegetarian och äter väldigt mycket frukt och grönsaker. Då är det inte säkert att du dessutom måste välja fullkornsprodukter.

Kostfibrer = fibrer Kostfibrer (eller bara fibrer) är bland annat kolhydraten cellulosa och vedämne från växter i maten som inte kan brytas ner av enzymer i mag–tarmkanalen. Vedämne är en brunaktig blandning av flera ämnen. Kostfibrerna hamnar därför i helt skick i tjocktarmen där bakterier kan bryta ner dem i viss utsträckning. I tjocktarmen tas ingen näring upp av kroppen, bara vatten.

Varför är det då ändå bra att äta mat med kostfibrer?

– För den som har trög mage är det bra att äta mycket fibrer och att dricka tillräckligt med vatten.

– Man håller sig mätt längre på fiberrika livsmedel jämfört med fiberfattiga livsmedel.

– Man behöver ofta tugga fiberrika livsmedel ganska mycket. Det gör att salivproduktionen ökar vilket är bra för tänderna.

– Fiberrik mat bidrar till att hålla blodfettnivåerna låga.

– Mat med mycket fibrer gör också att blodsockerhalten stiger långsamt jämfört med mat med lite fibrer.

I frukt finns mycket kostfibrer.

Nyttiga eller onyttiga?

Så är kolhydrater nyttiga eller onyttiga? Ja, det beror alltså på vilka kolhydrater vi pratar om. De flesta behöver äta mer långsamma kolhydrater och kostfibrer i form av frukt, grönsaker och fullkornsprodukter.

Kroppens celler använder glukos som energikälla, men vi behöver inte äta glukos eftersom till exempel stärkelse bryts ner till glukos i kroppen.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

331

Vi ska inte äta för mycket av tillsatt socker i form av snabba kolhydrater som finns i kakor, glass, godis och läsk. Men för friska personer är det ingen fara att äta sådana godsaker någon gång i veckan.

Sammanfattning @ Kolhydrater är en grupp ämnen av vilka många finns i livsmedel.

De består av grundämnena kol, C, väte, H, och syre, O. @ Allt som vi kallar för socker är kolhydrater, till exempel vanligt socker (sackaros), fruktsocker (fruktos) och druvsocker (glukos). @ Kolhydrater har stor biologisk betydelse. DNA och RNA är uppbyggda av bland annat delar av kolhydrater. @ Namnet kolhydrater kommer av att många kolhydrater har en summaformel som kan delas upp i ett antal kolatomer och ett antal ”vattenenheter”, som C6H12O6 = C6(H2O)6. @ Kolhydrater är allt från små molekyler som glukos till jättemolekyler som cellulosa. @ Exempel på monosackarider är glukos och fruktos.

Exempel på disackarider är sackaros.

Exempel på polysackarider är cellulosa, stärkelse och glykogen.

332

@ Sockerarter är ett samlingsnamn på monosackarider och disackarider. De smakar sött. @ Sackaros, ”vanligt socker”, är en disackarid och består av en glukosrest och en fruktosrest. @ I Sverige producerar vi sackaros från sockerbetor. I varma delar av världen produceras sackaros från sockerrör. @ Cellulosa, stärkelse och glykogen är polysackarider som är uppbyggda av tusentals glukosrester. @ Cellulosa är den vanligaste organiska molekylen i naturen.

Växternas cellvägg består av cellulosa. @ Stärkelse är den näst vanligaste organiska molekylen i naturen.

Växter använder stärkelse som upplagsnäring (näringsreserv). @ Glykogen är upplagsnäring hos djur och finns i lever och muskler. @ Kroppen får mest energi från fett och kolhydrater.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

KAPITEL 7

Matmolekyler Kolhydrater Instuderingsfrågor

Aktivitet: Nyttiga eller onyttiga?

1. Vilka grundämnen ingår i kolhydrater?

Ta ställning

2. Hur kan vi skriva summaformeln för en kolhydrat med fem kolatomer?

Är kolhydrater nyttiga eller onyttiga?

Arbeta enskilt eller i smågrupper. Ta reda på fakta som talar för att kolhydrater är nyttiga. Ta också reda på fakta som talar för att kolhydrater är onyttiga.

3. Hur många sockerrester finns i en disackarid?

4. Vad heter vårt vanliga socker och hur är det uppbyggt?

5. Varifrån kommer det socker som vi använder i hemmet?

Bedöm faktakällorna källkritiskt.

Ta ställning till om kolhydrater är nyttiga eller onyttiga.

6. Vilken summaformel har glukos?

7. Vad heter den näringsreserv av kolhydrater som finns hos a. växter? b. människor?

8. Vilken monosackarid bygger upp både stärkelse, glykogen och cellulosa?

9. Vi kan bryta ner stärkelse men inte cellulosa. Varför kan det ändå vara bra att äta cellulosa till exempel i form av kostfibrer?

10. Vad innebär begreppet snabba kolhydrater?

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

333

Bilden: Smör och margarin är i fast form i rumstemperatur och innehåller en ganska stor andel mättat fett.

Fetter och andra lipider Vi behöver fetter för att överleva. Varje cell är en liten behållare som omges av fettämnen, lipider. Signaler susar blixtsnabbt i nerverna tack vare att nervcellerna är isolerade av lipider. Men vad är fetter egentligen rent kemiskt?

Ord och begrepp Dubbelbindning är när två elektronpar (totalt fyra elektroner) binder samman två atomer i en molekyl.

Lipider är ett samlingsnamn på en stor grupp ämnen som består av fetter och fettliknande ämnen, och de kommer från växter eller djur.

Enkelbindning är när ett elektronpar (totalt två elektroner) binder samman två atomer i en molekyl.

Mättad fettsyra är en fettsyra som innehåller endast enkelbindningar mellan kolatomer i kolkedjan.

Fetter, eller triglycerider, är en grupp kemiska ämnen som ger mycket energi om man äter dem. Fetter är kemiska föreningar mellan alkoholen glycerol och fettsyror.

Fettsyror är organiska syror som ingår i fetter.

Fosfolipid är en sorts lipid som innehåller fosfor, P, och bygger upp cellmembranen.

Glycerol är en alkohol med tre OH-grupper, det vill säga en trevärd alkohol, med formeln HO-CH2CH(OH)CH2-OH. Kolesterol är en blandning av olika lipider som finns i blodet.

Mättat fett är ett fett med mest mättade fettsyror (egentligen rester av fettsyror).

Olja är en benämning på feta, flytande ämnen av flera slag, till exempel matolja och råolja.

Omättad fettsyra är en fettsyra som innehåller minst en dubbelbindning mellan kolatomer i kolkedjan.

Omättat fett är ett fett med omättade fettsyror (egentligen rester av fettsyror).

Transfetter är en sorts fetter som innehåller transfettsyror.

Vegetabilisk innebär att något kommer från växter.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. | Kolhydrater, proteiner och fetter samt deras funktioner i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

335

Lipider är livsviktiga och har många funktioner. Fetter är en vanlig typ av lipider. Sälar, som den här grönlandssälen, har underhudsfett eller späck som minskar värmeförluster till vattnet och gör kroppen mer strömlinjeformad.

Lipider Lipider är ett samlingsnamn på en stor grupp ämnen. Gruppen lipider består av fetter och fettliknande ämnen, och de kommer från växter eller djur. Det som är gemensamt för alla lipider är att de är lösliga i till exempel bensin men olösliga i vatten.

Fetter är de vanligaste lipiderna. Även steroider och vaxer är lipider.

Kolesterol är en blandning av olika lipider som finns i blodet. Cellmembran är uppbyggda av en sorts lipid som innehåller fosfor, P, och kallas därför fosfolipid.

Fetter Fetter är ämnen som finns i växter och djur som upplagsnäring och byggstenar i vissa celler. Fetter kan vara fasta eller flytande. De flytande 336

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

fetterna kallas oljor. Fetter är tillsammans med kolhydrater och proteiner viktiga näringsämnen för oss människor och andra djur.

Fetter är kemiska föreningar mellan alkoholen glycerol och fettsyror. Fetter består av stora molekyler där glycerol har bundit till sig tre fettsyror. Fetter kallas därför också triglycerider.

Ett fett kan innehålla olika fettsyror. Om fettsyrorna innehåller en eller flera dubbelbindningar mellan kolatomerna i molekylen kallas de omättade. Har de inga dubbelbindningar säger man att de är mättade.

Olika typer av fetter skiljer sig därför åt beroende på vilka fettsyror som ingår. De fasta fetterna innehåller mest mättade fettsyror. De flytande fetterna innehåller mest omättade (enkelomättade och fleromättade) fettsyror.

H

O

H

C

O O

H

C

O

H

C

O

O

H glycerol

fettsyror

En fettmolekyl består av rester av tre fettsyror som är bundna till en rest av en glycerolmolekyl. Här är ett förenklat sätt att rita en fettmolekyl. I fettsyrorna ritas bara bindningarna mellan kolatomerna ut (kolatomerna sitter i ”vecken”).

Fettsyror I en fettmolekyl finns tre rester av fettsyror. I olika fetter finns olika fettsyrarester. Ju fler dubbelbindningar det finns i fettsyraresterna, desto lägre smältpunkt får fettet. I flytande fetter, till exempel olivolja, finns det alltså många dubbelbindningar i fettsyraresterna. Att fettet får låg smältpunkt beror på att fettmolekylerna inte kan packas så tätt eftersom varje dubbelbindning ger en knyck på kolkedjan.

O

stearinsyra smältpunkt 69 ᵒC

HO

oljesyra smältpunkt 13 ᵒC

HO O

linolsyra smältpunkt -5 ᵒC linolensyra smältpunkt -11 ᵒC

O

O

HO

HO

Ju fler dubbelbindningar som finns i fettsyror, desto lägre blir smältpunkten.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

337

Det är bra för oss att få i oss så mycket som möjligt av vårt fett från fet fisk, nötter, frön och vegetabiliska oljor.

Mättat fett Mättat fett är ett fett som innehåller mest mättade fettsyror, till exempel stearinsyra. Fettsyrorna i ett mättat fett har nästan inga dubbelbindningar. De mättade fetterna är oftast fasta, till exempel kokosfett.

Animaliskt fett (i till exempel kött och smör) består också mest av mättat fett och är därför fast. För att göra smör mjukare blandar man det ibland med en vegetabilisk olja.

Mättat fett anses vara mindre nyttigt för oss människor. Det anses öka risken för hjärt- och kärlsjukdomar. Därför bör vi inte äta för mycket mättat fett.

Omättat fett Omättat fett är fett som innehåller omättade fettsyror. Alla naturliga fetter innehåller både mättat och omättat fett. De flesta vegetabiliska fetterna (fetter från växter) innehåller en stor del omättat fett. Då en stor del är omättat blir fettet en flytande olja, till exempel rapsolja och olivolja. Kokosfett är ett undantag bland de vegetabiliska fetterna eftersom kokosfett innehåller väldigt lite omättat fett och därför är ett fast fett.

338

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Fett i kroppen Fett löser sig inte i vatten så kroppen måste hantera fett i maten på ett speciellt sätt.

1. Magsäcken bearbetar fettet till små fettdroppar som hamnar i tolvfingertarmen där galla från gallblåsan gör att de små fettdropparna blir stabila.

2. I tolvfingertarmen attackerar enzymer från bukspottkörteln fettmolekylerna och delar dem i glycerol och fettsyror: fett p glycerol + fettsyror 3. Fettsyrorna tas upp i tunntarmens vägg. Inne i tarmcellerna byggs fettmolekylerna ihop igen. Dessutom paketeras fettmolekylerna med speciella proteiner som kan transportera fettmolekyler i blodet.

4. Fett- och proteinpaketen åker ut i blodet och lämnar av fettmolekylerna i fettceller.

5. När kroppen behöver extra energi används den kemiska energin i fettsyror från fettcellerna. Fettsyror och kolhydrater är de mest använda energikällorna i kroppen.

tunga

spottkörtlar matstrupe

lever gallblåsa tolvfingertarm

magsäck mjälte bukspottkörtel

tunntarm

grovtarm

blindtarmens maskformiga bihang

ändtarm

Människans matspjälkningskanal.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Till Jens: i den här bilden kan nog en del av benen med fördel beskäras bort

339

Fett i maten Fett är ett livsmedel som tidvis haft dåligt rykte. Men precis som kolhydrater så är fett bra för kroppen om vi väljer nyttiga fetter och äter lagom mängder.

Fett ger energi och spelar stor roll för hur maten smakar. Många smakämnen löser sig i fett och smakerna känns därför tydligare om det finns fett i maträtten. Dessutom är flera viktiga vitaminer fettlösliga.

Kroppen behöver alltså fett för att kunna använda sig av fettlösliga vitaminer.

Fett är energirikt, precis som kolhydrater och det betyder att den som äter stora mängder riskerar att gå upp i vikt. Men fett är också mättande och minskar därför risken att äta för mycket – om du inte kombinerar fett med socker eftersom socker ökar aptiten. De nordiska näringsrekommendationerna säger att 25–40 procent av vår energi bör komma från fett. I Sverige får vi i snitt 35 procent av energin från fett. mättade fettsyror

kokosfett

enkelomättade fettsyror

mjölkfett

fleromättade fettsyror

ister

omega-3-fettsyror (en typ av fleromättade fettsyror)

palmolja späck bomullsfröolja jordnötsolja vetegroddolja sesamolja sojaolja olivolja majsolja druvkärnolja valnötsolja solrosolja safflorolja mandelolja linolja rapsolja 0

20

40

60

80

100 %

Andel mättade, enkelomättade och fleromättade fettsyror i fetter som används i mat.

Omega-3-fettsyror är fleromättade fettsyror men är speciellt markerade eftersom de är särskilt intressanta. Omega-3-fettsyror verkar nämligen kunna bidra till skydd mot hjärt– kärlsjukdomar.

340

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Forskning har ändrat synen på fett Det har länge varit en vanlig uppfattning bland läkare och forskare i västvärlden att vi bör äta mager mat och att vi framför allt ska undvika fett från djur, animaliskt fett. Man har ansett att animaliskt fett ökar risken för hjärt–kärlsjukdomar. Men nyare forskning har gjort bilden mer komplicerad. För det första verkar det inte finnas en stark koppling mellan mängden fett i kosten och risken för sjukdomar. För det andra är inte alla forskare ense om hur ohälsosamt animaliskt fett är.

Efter att ha vägt samman många forskningsstudier rekommenderar nordiska myndigheter att vi försöker få i oss så mycket som möjligt av vårt fett från fet fisk, nötter, frön och vegetabiliska oljor.

Chips och kakor innehåller ofta transfetter.

Transfetter Dock finns det en typ av fetter som forskare är ense om att vi bör äta så lite av som möjligt. Den gruppen kallas transfetter eftersom de innehåller transfettsyror. Transfetter påminner om mättade fetter men verkar vara ännu mer ohälsosamma. Det finns en liten mängd transfetter naturligt i mjölkprodukter och i nöt- och lammkött. Transfetter finns ofta i högre halter i industritillverkade livsmedel om fettet har härdats, det vill säga behandlats på ett sätt som gör det hållbart. Om du läser innehållsförteckningen på exempelvis kakor, kex och chips kan du ofta hitta härdat fett.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

341

Sedan hälsoeffekterna av transfetter blev kända har livsmedelstillverkare minskat användningen av den här typen av fett. I dag får de flesta av oss förmodligen inte i oss mer transfetter än vi tål – och det mesta kommer från kött och mejeriprodukter.

Sammanfattning @ Fetter är tillsammans med kolhydrater och proteiner viktiga näringsämnen.

@ Fettsyror och kolhydrater är de mest använda energikällorna i kroppen.

@ Fetter är kemiska föreningar mellan alkoholen glycerol och fettsyror.

@ Fett är kroppens långtidslager för energi. Fett lagras i specialiserade celler som kallas fettceller.

@ Fetter är stora molekyler där glycerol har bundit till sig tre fettsyror. Fetter kallas därför också triglycerider.

@ Fett är energirikt, precis som kolhydrater, och det betyder att den som äter stora mängder riskerar att gå upp i vikt. Men fett är också mättande och minskar därför risken att äta för mycket.

@ Om fettsyrorna innehåller en eller flera dubbelbindningar mellan kolatomerna i molekylen kallas de omättade. Har de inga dubbelbindningar så är de mättade. @ Fasta fetter innehåller mest mättade fettsyror. @ Flytande fetter innehåller mest omättade (enkelomättade och fleromättade) fettsyror. @ I flytande fetter, till exempel olivolja, finns det många dubbelbindningar i fettsyraresterna.

@ Det är bra för oss att få i oss så mycket som möjligt av vårt fett från fet fisk, nötter, frön och vegetabiliska oljor. @ Gruppen lipider består av fetter och fettliknande ämnen. Lipider kommer från växter eller djur och går inte att lösa i vatten. @ Cellmembran är uppbyggda av en sorts lipid som innehåller fosfor, P, och kallas därför fosfolipid.

@ Oljor får låga smältpunkter eftersom fettmolekylerna inte kan packas så tätt. Det beror på att varje dubbelbindning ger en knyck på kolkedjan.

342

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

KAPITEL 7

Matmolekyler Fetter och andra lipider Instuderingsfrågor

Aktivitet: Nyttigt eller onyttigt?

1. Vad kallas flytande fetter?

Ta ställning

2. Hur många molekyler behövs för att tillverka en molekyl av en triglycerid?

Är fett nyttigt eller onyttigt? Arbeta två och två. Ta reda på fakta som talar för att fett är nyttigt. Ta också reda på fakta som talar för att fett är onyttigt.

3. Vad menas med att ett fett är mättat?

4. Vilka av följande fetter är vegetabiliska: smör, rapsolja och kokosfett?

5. Är de animaliska fetterna i regel fasta eller flytande i rumstemperatur?

Bedöm faktakällorna källkritiskt.

Ta ställning till om fett är nyttigt eller onyttigt.

6. Var i kroppen finns fosfolipider?

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

343

Bilden: I fisk finns mycket proteiner.

Proteiner och aminosyror Utan proteiner hade kroppen slutat att fungera. Proteiner finns i alla celler men muskelceller, hår och naglar består av nästan bara proteiner. Proteiner styr alla kemiska reaktioner i kroppen. Genom att äta till exempel bönor, linser, ost, kött eller fisk får du i dig proteiner.

Ord och begrepp Aminosyror är de delar som bygger upp proteiner. En aminosyra består av en kolatom som binder en aminogrupp, -NH2, en karboxylsyragrupp, -COOH, samt en sidokedja.

Antikropp kallas ett protein som bildas av kroppens immunförsvar för att sättas in mot främmande ämnen, främst smittämnen.

DNA är det kemiska ämne som gener består av.

Enzymer är proteiner som hjälper till när kemiska reaktioner ska ske i kroppen. Enzymer katalyserar alltså kemiska reaktioner.

Proteiner är stora molekyler som är av avgörande betydelse för allt liv. De är kedjor av aminosyror.

Receptorproteiner är proteiner som binder vissa ämnen och förmedlar signaler.

Sinnesceller i näsan har receptorproteiner som känner igen olika doftmolekyler.

Reglerande proteiner är proteiner som samordnar och styr vad cellerna och organen i kroppen gör. Hormoner är exempel på reglerande proteiner.

Essentiella aminosyror är aminosyror som vi måste få i oss med kosten.

Strukturproteiner är proteiner som bygger upp delar av organismer och håller samman celler. Ett exempel är keratin som finns i hud, naglar och hår.

Gen är en ritning för ett protein. Arvsmassan består av gener. Gener består av ämnet DNA.

Transportproteiner är proteiner som transporterar ämnen inom cellen och mellan celler.

Gluten är ett protein som finns i sädeskorn och mjöl från framför allt vete, råg och korn men inte i exempelvis havre, majs och ris.

Urinämne är ett ämne som bildas i kroppen så att kroppen kan göra sig av med överskott av kväve, N.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. | Kolhydrater, proteiner och fetter samt deras funktioner i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

345

Muskelceller innehåller mycket proteiner.

Proteiner i kroppen Proteiner är stora molekyler som behövs för allt liv.

Proteinmolekyler är långa kedjor av aminosyror. Vilken ordning aminosyrorna ska sitta i bestäms av generna i DNA. Varje gen är en ritning för ett protein.

Proteiner består alltså av aminosyrarester. Om vi äter en varierad kost kan kroppen själv tillverka nästan alla aminosyror. Men det finns några aminosyror som man måste få i sig via kosten eftersom kroppen inte själv kan tillverka dem. De kallas för essentiella aminosyror.

346

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

När vi äter proteinrika livsmedel som fisk, kött och ägg delar kroppen proteinerna till aminosyror som sedan används för att bygga nya proteiner. Som näring är proteiner alltså främst byggstenar men kroppen kan även använda proteiner som energikälla. Dock är kolhydrater och fett kroppens främsta energikällor.

Särskilt när vi växer behöver vi få i oss alla olika ämnen som kroppen använder när den bildar nya celler. Förr kallades proteiner för äggviteämnen.

Det finns många typer av proteiner. Olika proteiner har olika funktioner.

– Enzymer katalyserar kemiska reaktioner. Det innebär att de snabbar på reaktionerna. Ett exempel är amylas som finns i saliv och bukspott och som bryter ner stärkelse till sockerarter så att kroppen kan ta upp dem.

– Kontraktila proteiner gör att cellen och organismen kan röra sig.

Två exempel är aktin och myosin som finns i muskler.

– Försvarsproteiner försvarar organismen mot bakterier och virus.

Ett exempel är antikroppar som immunsystemet använder för att hitta sådant som det behöver försvara kroppen mot, till exempel sjukdomsframkallande virus.

– Reglerande proteiner samordnar och styr vad cellerna och organen i kroppen gör. Hormoner är exempel på reglerande proteiner.

– Transportproteiner transporterar ämnen inom cellen och mellan celler. Ett exempel är albumin som transporterar fettsyror med blodet till kroppens alla celler.

– Receptorproteiner binder vissa ämnen och förmedlar signaler.

Sinnesceller i näsan har receptorproteiner som känner igen olika doftmolekyler.

– Strukturproteiner bygger upp delar av organismer och håller samman celler. Ett exempel är keratin som finns i hud, naglar och hår.

Proteiner i maten Protein finns det gott om i ärtväxter som ärtor, linser och bönor, i kött, fisk, ägg och mjölkprodukter. Det finns också protein i bröd och pasta.

När du äter proteiner bryter din kropp ner dem till aminosyror.

Sedan används de till att bygga nya proteiner som kroppen behöver.

Proteiner har en mängd roller i kroppen, både som byggmaterial och för att starta och driva olika processer som matsmältning, sömn, humör och sexualitet.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

347

Linser.

Bönor.

Ärtor.

Lax.

Ägg.

Nötkött.

Ost.

Fläsk.

Kyckling.

Det är inte svårt att få i sig det protein vi behöver. De flesta av oss äter snarast för mycket. Det gäller inte minst kött. Kött är animaliskt protein. Till animaliskt protein räknas även ägg, fisk, skaldjur och mjölkprodukter. Animaliskt protein innehåller alla de essentiella aminosyrorna. Äter du bara vegetarisk mat är det viktigt att du vet vilka livsmedel som du behöver kombinera för att få i dig allt du behöver. Ärtväxter och nötter innehåller alla essentiella aminosyror medan många andra växtdelar saknar en eller flera av dessa aminosyror. Men det gäller för alla 348

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

– att äta bara ett fåtal livsmedel är inte nyttigt för någon och det är väldigt viktigt för alla att få i sig grönsaker och frukt.

1 NH₂ His

Ser Gln

Gly Thr Phe

Thr Ser

Gln

Ala

Arg

Arg Ser Asp Leu Tyr

Lys

Ser

Tyr

Asp

29 Asp Phe Val Gln Trp Leu Met Asn Thr COOH

Celiaki (glutenintolerans) Celiaki är en sjukdom där tarmludden i tunntarmen skadas.

Därför kan man inte tillgodogöra sig allt som man äter. Sjukdomen kallas också glutenintolerans eftersom det är gluten som framkallar sjukdomen. Gluten finns i sädeskorn och mjöl från framför allt vete, råg och korn men inte i exempelvis havre, majs och ris.

Man kan misstänka att ett barn har sjukdomen om barnet är löst i magen, har stor buk och inte växer tillräckligt fort. Om man har celiaki måste man hela livet äta glutenfri kost och se till att man inte får brist på viktiga näringsämnen. Om man äter mat utan gluten kan tarmslemhinnan bli normal igen.

Proteinet glukagon. Glukagon är ett hormon som signalerar att glykogen ska brytas ner till glukosmolekyler. Aminosyra nummer 1 är histidin (betecknas His) och aminosyra nummer 29 är treonin (Thr). Alla aminosyror har internationella beteckningar med tre bokstäver. Proteiner har en aminoände (visas i bilden med NH2) och en syraände (visas i bilden med COOH).

Proteiner består av aminosyror Aminosyror är viktiga kemiska föreningar som bygger upp proteiner.

En aminosyra består mest av kol, C, väte, H, syre, O, och kväve, N. Jämför med kolhydrater och fett som består av kol, väte och syre.

Det finns många sorters aminosyror men det är bara 20 som finns i proteiner. Av de 20 aminosyrorna kan människans kropp tillverka tio själv. Resten är alltså essentiella aminosyror.

Man får i sig aminosyror genom att äta proteinrika livsmedel som ärtor, bönor, fisk, kött och ägg. Kroppen bryter ner proteinerna till aminosyror som sedan används för att bygga nya proteiner. När protein bryts ner bildas också urinämne. Urinämne hamnar i urinen. Urinämne är kroppens sätt att göra sig av med överskott av kväve, N. Aminosyrorna byggs ihop i långa kedjor till proteiner. Vilken ordning aminosyrorna ska sitta i bestäms av generna i DNA. En aminosyra är uppbyggd av en aminogrupp, -NH2, en karboxylsyragrupp, -COOH, och en sidokedja (som brukar skrivas -R). När aminosyrorna kopplas ihop till ett protein binds syragruppen i en aminosyra till aminogruppen i nästa aminosyra. Olika aminosyror har olika sidokedjor.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

H

H

O

N C C H

R

OH

Allmän formel för en aminosyra.

Aminosyror består av en kolatom som binder en aminogrupp, -NH2, en karboxylsyragrupp, -COOH, en väteatom, H, och en sidokedja, -R. Olika aminosyror har olika sidokedjor. Det är därför vi använder beteckningen R för att kunna beskriva vilken aminosyra som helst.

349

Aminosyrorna binds till varandra med en kemisk bindning som kallas peptidbindning.

H O

H O

H O

N C C N C C N C C H R1

H

R2

H

R3

Peptidbindning. Aminosyror byggs ihop till proteiner med hjälp av peptidbindningar.

Peptidbindningen är markerad på två ställen i bilden.

Sammanfattning @ Utan proteiner hade kroppen slutat att fungera. Proteiner finns i alla celler men muskelceller, hår och naglar består av nästan bara proteiner. @ Proteiner som kallas enzymer styr alla kemiska reaktioner i kroppen från cellandning till hur nya proteiner byggs ihop. @ Proteinmolekyler är långa kedjor av aminosyror. Vilken ordning aminosyrorna ska sitta i bestäms av generna i DNA. Varje gen är en ritning för ett protein. @ Det finns flera sorters proteiner, till exempel enzymer, kontraktila proteiner, försvarsproteiner, reglerande proteiner, transportproteiner och strukturproteiner.

350

@ Kroppen bryter ner proteinerna till aminosyror, som sedan används för att bygga nya proteiner. När protein bryts ner bildas också urinämne. Urinämne hamnar i urinen. Urinämne är kroppens sätt att göra sig av med överskott av kväve, N. @ Aminosyror kan användas som energikälla i kroppen, men kolhydrater och fett är effektivare som energikällor för kroppen. @ Essentiella aminosyror måste vi få i oss med maten eftersom kroppen inte själv kan tillverka dem. Animaliskt protein samt ärtväxter och nötter innehåller alla essentiella aminosyror.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

KAPITEL 7

Matmolekyler Proteiner och aminosyror Instuderingsfrågor

Aktivitet: För eller emot proteinshakes?

1. Vad heter de byggstenar som bygger upp proteiner?

Ta ställning

2. Ge minst tre exempel på proteiners olika funktioner.

3. Vilket grundämne ingår i aminosyror men inte i kolhydrater och fetter?

4. Vad heter de två grupper som finns i aminosyrorna på olika sidor om sidokedjan?

Är det bra för träningsresultatet att dricka en proteinshake före träning eller ej?

Arbeta enskilt eller i smågrupper. Ta reda på fakta om proteinshakes och träning.

Bedöm faktakällorna källkritiskt.

Ta ställning till om det är bra för träningsresultatet att dricka en proteinshake före träning eller ej.

5. Vad är viktigt att känna till för den som äter vegetarisk kost?

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

351

Bilden: Färskpressad apelsinjuice innehåller mycket C-vitaminer.

Mineralnäringsämnen och vitaminer Äter du kosttillskott med vitaminer? Det enda kosttillskott som vi i Sverige normalt behöver äta är vitamin D under årets mörka månader. Men vad är vitaminer och mineralnäringsämnen egentligen? Och varför behövs de?

Ord och begrepp Anemi, eller ”blodbrist”, är när det finns för lite hemoglobin i blodet.

Organiska föreningar är kemiska föreningar som alla innehåller grundämnet kol.

Hemoglobin är ett transportprotein i blodets röda blodkroppar vilket transporterar syre, O2.

Spårämnen är mineralnäringsämnen som vi behöver särskilt lite av, till exempel järn, Fe, jod, I, och zink, Zn.

Kosttillskott är sådant som vi äter för att komplettera vår vanliga kost.

Mineralnäringsämnen kallas grundämnen som finns i naturen och som är nödvändiga för levande organismer. Olika växter och djur behöver olika mineralämnen.

Vitaminer är en grupp ämnen som är livsnödvändiga för människor men som bara behövs i små mängder.

Oorganiska föreningar är kemiska föreningar som inte innehåller kol, C. Till exempel är natriumfluorid, NaF, en oorganisk förening.

Dock räknas vissa små molekyler, till exempel koldioxid, CO2, och joner som karbonatjonen, CO32-, till oorganiska föreningar trots att de innehåller kolatomer, C.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Vatten som lösningsmedel och transportör av ämnen, till exempel i mark, växter och människokroppen. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. | Kolhydrater, proteiner och fetter samt deras funktioner i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

353

Mineralnäringsämnen Äta alger?

Tror du att vi kommer att äta mer alger i framtiden? Redan i dag äter man alger i Japan, Korea och Kina men även i Europa. Alger har högt innehåll av mineralnäringsämnen och vitaminer.

Alger är en del av kosten i till exempel Japan. Många japaner har bakterier i tarmsystemet som är särskilt bra på att bryta ner alger.

Behöver vi vitamintillskott?

Med allsidigt sammansatt mat får vi i oss sig tillräckligt av alla vitaminer utom möjligen vitamin D under årets mörka månader.

Många människor äter ändå multivitamintabletter ”för säkerhets skull”, men multivitamintabletter gör oss inte friskare.

Veganer kan dock behöva äta tillskott med vitamin B12.

Mineralnäringsämnen kallas grundämnen som finns i naturen och som är nödvändiga för levande organismer. Olika växter och djur behöver olika mineralnäringsämnen.

För människan är omkring 20 mineralnäringsämnen livsnödvändiga.

Det rör sig om mycket små mängder, mindre än ett gram om dagen och oftast mycket mindre än så.

Det mineralnäringsämne som vi behöver mest av är kalcium, Ca, som ingår i skelettet och tänderna. Din kropp består till 1–2 procent av kalcium. Andra ämnen som vi behöver relativt mycket av är fosfor, P, kalium, K, natrium, Na, och magnesium, Mg. Ämnen som vi behöver särskilt lite av kallas spårämnen. Järn, Fe, jod, I, zink, Zn, och selen, Se, är spårämnen. Om vi äter normalt av all sorts mat får vi i oss tillräckligt av alla mineralnäringsämnen.

Vitaminer Vitaminer räknas inte som mineralnäringsämnen. Det beror på att vitaminer är uppbyggda av en kedja av kolatomer. Vitaminer är alltså organiska ämnen. Mineralnäringsämnen däremot är oorganiska ämnen.

Vitaminer är en grupp ämnen som är livsnödvändiga för människor men som bara behövs i små mängder. För att ett ämne ska vara ett vitamin ska kroppen inte kunna bilda det själv i tillräckligt stor mängd. Vi måste alltså få i oss vitaminer med maten.

Vitaminer behövs ofta för att enzymer i kroppen ska fungera.

Enzymer katalyserar olika kemiska reaktioner i kroppen. Enzymerna styr alltså vilka reaktioner som sker i kroppen.

Om man får för lite av ett vitamin blir man till slut sjuk och i värsta fall dör man. Förr kunde till exempel personer på långa sjöresor få för lite C-vitamin därför att det inte fanns färska frukter eller grönsaker ombord. Då drabbades de av sjukdomen skörbjugg. Skörbjugg gör att vävnader och blodkärl i kroppen blir ömtåligare och lätt går sönder så att det börjar blöda. Skörbjugg är ett typiskt symtom på brist på C-vitamin.

Många sjömän dog av skörbjugg.

Människan behöver 13 vitaminer. De brukar delas in i två grupper: – fettlösliga vitaminer och – vattenlösliga vitaminer.

Fettlösliga vitaminer Vitaminer som finns lösta i fett är A-vitamin, D-vitamin, E-vitamin och K-vitamin. Du kan lära dig ”ordet” ADEK som minnesregel för de 354

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

fettlösliga vitaminerna. De behövs till exempel för synen, skelettet och för att blodet ska kunna koagulera (stelna) om man får ett sår. Fettlösliga vitaminer finns i bland annat fet fisk och vegetabiliska oljor, till exempel olivolja. För att få i sig fettlösliga vitaminer behöver man äta en del fett, man kan alltså inte hålla sig frisk på en fettfri kost.

Vattenlösliga vitaminer Vitaminer som finns lösta i vatten är alla B-vitaminer och C-vitamin.

Det finns flera varianter av B-vitaminer och vi får i oss dem till exempel med kött, fullkornsbröd och baljväxter. C-vitamin finns i frukt och grönsaker och allra mest i citrusfrukter.

De vattenlösliga vitaminerna behövs framför allt för att vi ska kunna använda energin i maten och kunna bygga upp olika molekyler som behövs i kroppen, till exempel aminosyror.

C-vitamin.

Spenat är rikt på mineralet järn, Fe. C-vitamin hjälper dig att ta upp järn från mat och dryck.

Järn och C-vitamin Den totala mängden järn, Fe, i kroppen hos en vuxen människa är 3–5 gram. Det mesta järnet finns i blodets hemoglobin där järnet binder syre. Varje dag förlorar vi lite järn via de hudceller som dör samt via avföring.

Kvinnor förlorar även järn via menstruationen. Därför behöver vi fylla på med järn. Om vi får i oss för lite järn drabbas vi av järnbrist och i värsta fall anemi. Nytt järn får vi via maten. I bröd och köttprodukter samt bruna bönor, spenat och gröna ärtor finns gott om järn.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

355

Järn är ett mineralnäringsämne. Det finns en koppling mellan C-vitamin och järn. C-vitamin hjälper nämligen kroppen att ta upp järn från maten. I citrusfrukter, nypon, paprika och svarta vinbär finns gott om C-vitamin. C-vitamin kallas också askorbinsyra.

Sammanfattning @ Mineralnäringsämne kallas grundämnen som finns i naturen och som är nödvändiga för organismer.

@ Fettlösliga vitaminer behövs till exempel för synen, skelettet och för att blodet ska kunna koagulera (stelna) om man får ett sår.

@ Det mineralnäringsämne som vi behöver mest av är kalcium, Ca, som ingår i skelettet och tänderna.

@ Fettlösliga vitaminer finns bland annat i fet fisk och vegetabiliska oljor, till exempel olivolja.

@ Ämnen som vi behöver särskilt lite av kallas spårämnen. Järn, Fe, jod, I, zink, Zn, och selen, Se, är spårämnen.

@ De vattenlösliga vitaminerna är alla B-vitaminer och C-vitamin.

@ Om vi äter normalt av all sorts mat får vi i oss tillräckligt av alla mineralnäringsämnen.

@ B-vitaminer finns i till exempel kött, fullkornsbröd och baljväxter. @ C-vitamin finns i frukt och grönsaker och allra mest i citrusfrukter.

@ Vitaminer är organiska ämnen som kroppen behöver men inte kan tillverka själv i tillräckligt stor mängd. Vi måste alltså få i oss vitaminer med maten.

@ Vattenlösliga vitaminer behövs framför allt för att vi ska kunna använda energin i maten och kunna bygga upp olika molekyler som behövs i kroppen.

@ Människan behöver 13 vitaminer.

De brukar delas in i två grupper: – fettlösliga vitaminer och – vattenlösliga vitaminer.

@ C-vitamin hjälper kroppen att ta upp järn från maten.

@ Man kan lära sig ”ordet” ADEK som minnesregel för de fettlösliga vitaminerna.

356

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

KAPITEL 7

Matmolekyler Mineralnäringsämnen och vitaminer Instuderingsfrågor

Aktivitet: A, D, E och K

1. Järn är ett mineralämne. Ge minst två exempel på livsmedel som innehåller mycket järn, Fe.

Ta reda på mer

2. Vilket vitamin behövs för att kroppen ska kunna ta upp järn från maten?

3. Vad är mineralnäringsämnen i kosten?

4. Vilket mineralnäringsämne behöver vi mest av? Svara med namn och kemiskt tecken.

Varför behöver vi vitamin A och var finns vitamin A? Ta reda på fakta och besvara samma frågor för vitaminerna D, E och K. Tänk på att värdera faktakällorna källkritiskt.

5. Kan kroppen själv bilda vitaminer?

6. Är vitaminerna A, D, E och K fettlösliga eller vattenlösliga?

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

357

Bilden: Glass smakar sött och har hård konsistens när den är kall.

Smak och konsistens Glass smakar sött och har en hård konsistens när den är väldigt kall och allt mjukare konsistens desto varmare den blir. Men hur kommer det sig att vi känner den söta smaken?

Här får du lära dig mer om hur vi känner smak och vad konsistens är.

Ord och begrepp Konsistens är grad och typ av fasthet hos ett ämne (oftast livsmedel) som varken är fullständigt hårt och fast eller lättflytande.

Till exempel har kola seg konsistens.

Smaklök är smakorgan hos ryggradsdjur.

Människan har smaklökar på tungan medan fiskar har smaklökar även i huden på kroppen.

Smakreceptorer är receptorproteiner som binder till molekyler vilka ger smakupplevelser.

Smaksinne är det sinne som gör att människor och andra djur kan känna smak.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. | Kolhydrater, proteiner och fetter samt deras funktioner i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

359

Mikroskopbild av tunga i genomskärning. På tungans yta finns papiller. I papillerna finns smaklökar med smaksinnesceller.

Smak Umami Den femte grundsmaken, umami, upptäcktes redan 1908 men kunskapen spreds inte till läroböcker förrän långt senare. Umami är ett japanskt ord, och smaken kan närmast liknas vid buljong. Smakämnet som ger smaken umami är aminosyran glutamat som finns i bland annat kött, skaldjur och lagrad ost. Natriumglutamat används också som smakförstärkande krydda och ger ”köttsmak”.

Hur någonting smakar känner vi med vårt smaksinne. På tungan finns smaklökar. Smaklökarna innehåller smakceller som via smaknerver skickar nervsignaler till hjärnan. Smakcellerna kan egentligen urskilja bara fem smaker: – sött – salt – surt – beskt – umami.

Mycket av det vi kallar smak är i själva verket luktupplevelser och i någon mån känselintryck. Om du är ordentligt förkyld och täppt i näsan känner du nästan ingen smak eftersom doftmolekyler från maten inte når fram till luktcellerna högt upp i näshålan.

Aminosyran glutamat smakar umami.

papill

tunga

smaklök med smaksinnesceller

På tungan finns papiller. I papillerna finns smaklökar med smaksinnesceller. Smaksinnesceller aktiveras av olika molekyler och joner. Till exempel reagerar vissa smaksinnesceller på salt medan andra reagerar på socker.

360

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Så känner vi smak Om du stoppar en sockerbit i munnen händer följande.

1. Sockermolekyler blandas med saliven och tar sig in genom små hål i smaklökarna.

2. En sockermolekyl binder, som nyckeln i ett lås, till ett speciellt protein (smakreceptor) på en smakcell i smaklöken.

3. Smakcellen sätter igång nervsignaler som går till hjärnan.

4. Hjärnan bearbetar nervsignalerna och vi blir medvetna om att vi har socker i munnen. Hjärnan får också information från känseln om att sockerbiten var hård och från luktsinnet om att sockerbiten inte luktade något. Alla sinnesintrycken bidrar till smakupplevelsen av sockerbiten.

Inga bevis för smakområden

Känner man smaker på olika delar av tungan? Nej, receptorer för de olika smakerna finns på hela tungan.

Det finns en segsliten missuppfattning om smaksinnet, nämligen att det skulle finnas olika områden på tungan som känner de olika smakerna särskilt bra: sött vid tungspetsen, salt längs kanterna på tungans främre halva, surt längs sidorna av tungans bakre del och beskt mitt på tungans bakersta del.

Det finns inga vetenskapliga bevis för att det skulle finnas smakområden på tungan. Om det finns skillnader mellan olika områden på tungan vad gäller känslighet för olika smaker så är dessa skillnader mycket små. Det är lätt att undersöka detta själv genom att trycka en sockerbit mot mittpartiet på tungan (där man alltså inte kan känna sött enligt tanken om smakområden).

Konsistens Med konsistens menas grad och typ av fasthet hos livsmedel som varken är fullständigt hårda och fasta eller lättflytande. En kola har till exempel en seg konsistens och gelé har geléartad konsistens. Även konsistensen på mat kan påverka hur vi tycker att den smakar. Är något slemmigt kan det upplevas som en negativ smak medan något mört som nästan smälter i munnen kan upplevas som en positiv smak.

Vad beror konsistensen på? Ett ämnes konsistens beror på ämnets kemiska och fysikaliska egenskaper. Kemiskt kan ämnen vara uppNE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Kolan är seg.

361

byggda av atomer, joner eller molekyler. Ju hårdare bundna joner, atomer eller molekyler är till varandra, desto fastare blir konsistensen.

Smältpunkt är en fysikalisk egenskap. Om ämnets smältpunkt är högre än kroppstemperatur (37 °C) är ämnet i fast form i munnen och känns hårt.

Sammanfattning @ Hur någonting smakar känner vi med vårt smaksinne. Tungans smaklökar innehåller smakceller med receptorer för smakmolekyler. Smakcellerna skickar nervsignaler till hjärnan och kan urskilja fem smaker: – sött – salt – surt – beskt – umami. @ Mycket av det vi kallar smak är i själva verket luktupplevelser och i någon mån känselintryck.

362

@ Det finns inga vetenskapliga belägg för smakområden på tungan. @ Med konsistens menas grad och typ av fasthet hos livsmedel som varken är fullständigt hårda och fasta eller lättflytande.

En kola har till exempel en seg konsistens och gelé har geléartad konsistens. @ Konsistens beror på ämnets kemiska och fysikaliska egenskaper.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

KAPITEL 7

Matmolekyler Smak och konsistens Instuderingsfrågor

Aktivitet: Kockarnas bästa tips

1. Vilka smaker kan vi känna?

Ta reda på mer

2. Mycket av det vi kallar smak har egentligen med ett annat sinne att göra, vilket?

Jobba parvis. Ta reda på allmänna tips som kockar ger för att lyckas med smak och konsistens i köket. Hitta 3–5 tips som ni tycker är bra. Hitta bilder som passar till tipsen. Skriv en eller två meningar om varje tips.

3. Hur kan man beskriva smaken umami?

4. Vilken molekyl är det som ger smaken umami?

5. Beskriv med egna ord hur vi känner smak av till exempel en sockermolekyl.

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

Håll en muntlig presentation i 2–5 minuter för klassen. Ge återkoppling på varandras presentationer med metoden ”Two Stars and a Wish”, det vill säga berätta två positiva saker om presentationen och ge ett förslag på möjlig förbättring.

363

LABORATION

Koldioxid från cellandningen Syfte

Utförande

Vi får i oss kolhydrater till exempel i form av stärkelse i pasta, ris och potatis. I kroppen bryts stärkelsen ner till glukos.

Kroppens celler använder den kemiska energin i glukos. I cellandningen får cellerna energi. Då bildas koldioxid som hamnar i blodet och transporteras till lungorna. Därför innehåller utandningsluft ganska mycket koldioxdid som cellerna alltså har bildat vid cellandningen.

Syftet med den här laborationen är att undersöka vad som händer när vi blåser utandningsluft i en svagt basisk lösning med BTB (bromtymolblått).

Ordformel för cellandning:

1. Ta på skyddsglasögon.

glukos + syre → vatten + koldioxid + energi Materiel – BTB – E-kolvar med svagt basiskt vatten (ofta fungerar det med kranvatten eftersom det finns kalk löst i vattnet som gör lösningen svagt basisk)

2. Häll svagt basiskt vatten i två E-kolvar.

3. Tillsätt BTB i båda E-kolvarna. Anteckna färgen.

4. Blås luft i den ena E-kolven. Håll gärna handen över E-kolvens mynning när du blåser så att det inte stänker.

5. Blås tills lösningen ändrar färg. Anteckna färgen.

Uppgifter 1. Skriv en kemisk reaktionsformel för cellandning.

2. Förklara varför lösningen blir surare när man blåser utandningsluft i den.

Riskbedöming Laborationen är inte riskfylld. Använd dock skyddsglasögon så att inte lösningen med BTB stänker i ögonen. Skölj försiktigt med vatten i flera minuter om lösningen med BTB skulle hamna i ögonen.

– sugrör.

Indikatorn BTB.

364

NE KEMI 7– 9 –––– 7. MATMOLEKYLER

KAPITEL 8

Kemisk energi

Bilden: Fotosyntesen är en kemisk reaktion som kräver ständig tillförsel av energi. Energin kommer från solen.

Energi i fotosyntes och förbränning Känner du dig energisk i dag? Hur du känner dig beror såklart på många saker: om solen skiner, om du är förkyld eller kanske rentav kär? Men en sak är säker, om du är mätt så är det lättare att vara glad jämfört med om du är hungrig. Mätt blir du av att äta mat och i mat finns kemisk energi.

I det här avsnittet ska vi titta närmare på kemisk energi. Från början kommer energin i maten från solen. Hur går det till?

Ord och begrepp Kemisk energi är en energityp som finns i kemiska bindningar.

Fotosyntes är när koldioxid och vatten (med hjälp av ljusenergi) reagerar och bildar glukos och syre. Poängen med fotosyntesen är att växter och andra fotosyntetiserande organismer bildar sin egen näring.

Cellandning är en sorts förbränning som sker i cellerna. Bränslet glukos reagerar med syre till koldioxid och vatten. Energi ”blir över” som kan användas. Poängen med cellandning är att människor och andra organismer får energi för att kunna leva, växa och föröka sig.

Förbränning eller förbränningsreaktion innebär att något brännbart ämne (ett bränsle) förenar sig med syre så att koldioxid och vatten bildas. Energi ”blir över” som kan användas.

Förbränningsmotor är en motor där ett bränsle förbränns inuti motorn. Många motorer i bilar, båtar, mopeder och flygplan är förbränningsmotorer.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

369

I en brasa omvandlas kemisk energi i ved till framför allt ljusenergi och värmeenergi genom förbränning.

Energi i bindningar Kemisk energi Kemisk energi finns i kemiska bindningar. För att bryta kemiska bindningar måste man tillföra energi. När kemiska bindningar bildas avges energi till omgivningen.

Veden brinner och det blir varmt och ljust. Var kommer värmen och ljuset ifrån? Svaret på frågan är att det är kemisk energi som omvandlas till värme och ljusenergi. Men var finns den kemiska energin mer exakt? Jo, den kemiska energin finns i kemiska bindningar.

Kemiska bindningar innehåller energi, det vill säga att kemisk energi finns i kemiska bindningar. För att bryta kemiska bindningar måste man tillföra energi. När kemiska bindningar bildas så avges energi.

För att bryta till exempel en kovalent bindning måste man tillföra energi.

Det är i kemiska bindningar som kemisk energi finns. I en vattenmolekyl finns två kemiska bindningar.

Växtceller i mikroskop. I växternas celler finns kloroplaster. Kloroplasterna är gröna eftersom de innehåller det gröna färgämnet klorofyll. Det är klorofyll i kloroplasterna som gör att växter är gröna. Lägg märke till att det bara är kloroplasterna i cellerna som är gröna.

370

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

Energi i reaktioner Fotosyntes Fotosyntesen är kanske den viktigaste kemiska reaktionen på jorden.

I fotosyntesen omvandlas ljusenergi från solen till kemisk energi som finns i kemiska bindningar.

Fotosyntesen sker i kloroplaster.

Poängen med fotosyntesen är att växter och andra fotosyntetiserande organismer bildar sin egen näring från koldioxid, vatten och solljus.

Växter håller alltså inte på med fotosyntes för att vara snälla och ge mat till människor och andra djur. Växter använder fotosyntes för att själva leva.

Vid fotosyntesen används energin i solljuset för att bygga om koldioxid och vatten till glukos.

Reaktionsformel för fotosyntes: koldioxid + vatten + ljusenergi p glukos + syre 6CO2 + 6H2O + ljusenergi p C6H12O6 + 6O2 I formeln skriver vi in energi till vänster om reaktionspilen för att visa att energin tas upp i reaktionen.

Energin från solljuset hamnar i de kemiska bindningarna i glukos, C6H12O6, och syre, O2.

Exempel: Energi i reaktionsformel Skriv en reaktionsformel för när en vätemolekyl delas så att två väteatomer bildas.

Skriv in ordet ”energi” i reaktionsformeln på rätt sida om reaktionspilen.

Lösning Vätemolekylen skrivs H2 eller H-H och en väteatom H. Strecket i H-H är en kovalent bindning.

För att bryta kemiska bindningar måste man tillföra energi. Därför ska energi stå till vänster om reaktionspilen.

Reaktionsformeln blir H-H + energi → H + H eller (om man vill skriva mer kortfattat): H2 + energi → 2H Svar: H-H + energi → H + H eller H2 + energi → 2H.

ljusenergi från solen

koldioxid från luften 6CO2

glukos i växten C6H12O6

syre från växten 6O2

vatten från marken 6H2O

Fotosyntes. Med hjälp av ljusenergi från solen bygger växter ihop koldioxid, CO2, från luften och vatten, H2O, från marken till glukos, C6H12O6. I fotosyntesen bildas också syre, O2, mest som en restprodukt.

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

371

Cellandning Poängen med cellandning är att människor och andra organismer får energi för att kunna leva, växa och föröka sig.

Vid cellandning utnyttjas energin i energirika molekyler som kolhydrater, fetter eller proteiner. Men för enkelhetens skull brukar vi skriva cellandningen som en reaktion mellan glukos, C6H12O6, och syre, O2.

Då blir reaktionen för cellandning i princip ”fotosyntesen baklänges”.

Men det finns en viktig skillnad. I fotosyntesen är energin lika med ljusenergi från solen. I cellandningen är ”energi” olika energiformer som värmeenergi, rörelseenergi, kemisk energi med mera.

Reaktionsformel för cellandning: glukos + syre p koldioxid + vatten + energi C6H12O6 + 6O2 p 6CO2 + 6H2O + energi I formeln skriver vi in energi till höger om reaktionspilen för att visa att energin avges i reaktionen.

Cellandningen sker i cellens mitokondrier.

Reaktion: cellandning (en sorts förbränning) Reaktanter

Produkter

glukos och syre

koldioxid och vatten

blodkärl röd blodkropp

Cellandning. Cellerna får energi när glukos, C6H12O6, och syre, O2, reagerar med varandra. Vatten, H2O, och koldioxid, CO2, bildas.

Glukos och syre har mer kemisk energi än vatten och koldioxid.

Därför blir det energi över i reaktionen. Den energin kan cellerna använda för att leva.

glukos

+

syre

vatten koldioxid

kemisk + energi

+

cell

Titta på tabellen Tre gaser i andningen. Syre, O2, och koldioxid, CO2, deltar i cellandningen. Syrehalten i inandningsluft är fem procentenheter högre än i utandningsluft. Den procentuella förändringen är 24 procent.

Vi kan alltså ta upp cirka 24 procent av den syremängd som hamnar i lungorna. För koldioxid blir det större förändring, cirka 10 000 procent.

372

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

Tre gaser i andningen Gas

Inandningsluft (%)

Utandningsluft (%)

Vad har hänt?

syrgas, O2

21

16

En del av syrgasen i inandningsluften har passerat lungblåsornas membran och tagits upp av blodet och transporterats ut i kroppen. Syre används i cellandningen.

koldioxid, CO2

0,03

4

Koldioxid bildas vid cellandningen och tas upp av blodet. Koldioxiden lämnar blodet, passerar lungblåsornas membran och avges via utandningsluften.

kvävgas, N2

78

78

Halten kvävgas ändras inte eftersom kroppen inte använder kvävgas.

Förbränningar Dina celler håller på med förbränning för fullt hela tiden. Förbränningen kallas för cellandning. Om cellerna inte får bränsle och syre så dör man.

Förbränningsreaktion och förbränning är samma sak.

Reaktion: förbränning Reaktanter

Produkter

bränsle och syre

koldioxid och vatten

Förbränning innebär att något brännbart ämne (ett bränsle) förenar sig med syre, O2. Det vi kallar eld är ett slags förbränning, sådan som sker med öppen låga. Brännbara ämnen innehåller ofta grundämnena kol och väte. Syret kommer i regel från luften, som delvis består av syre.

Man kan skriva en ordformel för förbränning så här:

Vedeldning Vedeldning är människans äldsta sätt att värma bostäder och att laga sin mat. Modernare bränslen, som etanol, C2H5OH, kan vi tillverka av avfall från trä (lignin).

Träkol tillverkas genom att torrdestillera trä. Det innebär att veden värms upp till 1 000 °C utan att få tillgång till syre. Förr gjorde vi träkol i kolmilor, men numera används stora metallugnar.

bränsle + syre p koldioxid + vatten + energi Det krävs energi för att starta en förbränning. Vi tar en brasa som exempel. Veden i brasan måste tändas, till exempel med en tändsticka.

Hettan som tände tändstickan uppstod i sin tur när tändstickans tändsats gneds mot plånet på asken. Men mycket värme frigörs när något brinner.

Brinnande föremål kan därför tända andra föremål, och elden sprider sig.

Vi människor är beroende av förbränningsreaktioner på olika sätt.

Man kan se cellandningen som en långsam mycket välkontrollerad förbränningsreaktion. Vi säger ju också till exempel att vi ”bränner fett”.

Men vi använder förbränningsreaktioner även i många andra sammanhang, till exempel i förbränningsmotorer.

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

373

Raps har oljerika frön som man kan pressa ut rapsolja från.

Rapsolja kan användas i matlagning och för att driva vissa förbränningsmotorer.

Förbränningsmotorer driver bilar, många tåg, fartyg och flygplan. De finns också i små kraftstationer. Men många av dessa motorer drivs med fossila bränslen och släpper ut gaser som inte är bra för miljön. Till exempel släpper motorerna ut koldioxid, CO2, som förstärker växthuseffekten.

Därför letar man efter andra flytande bränslen och efter andra motorer. Till exempel kan vissa dieselmotorer drivas med biodiesel gjord på rapsolja och en del motorer kan drivas med etanol som vi kan framställa från växter, särskilt sockerrör.

I många bilar sitter elmotorer i stället för förbränningsmotorer. Om elen kommer från förnybara energikällor minskar koldioxidutsläppen väldigt mycket.

Vi använder också förbränningsreaktioner för att värma våra hus och till varmvatten. Det som bränns kan vara ved, men ofta är det brännbart avfall från hushåll som förbränns i värmeverk som värmer vatten som i sin tur leds till bostäder via rör i marken. Det här systemet kallas fjärrvärme.

Sammanfattning @ Kemiska bindningar innehåller energi, det vill säga kemisk energi finns i kemiska bindningar. @ För att bryta kemiska bindningar måste vi tillföra energi. När kemiska bindningar bildas så avges energi.

@ En ordformel för cellandning är: glukos + syre → koldioxid + vatten + energi

@ Fotosyntes är när koldioxid och vatten (med hjälp av ljusenergi) reagerar och bildar glukos och syre. Poängen med fotosyntesen är att växter och andra fotosyntetiserande organismer bildar sin egen näring.

@ Förbränning, eller förbränningsreaktion, innebär att något brännbart ämne (ett bränsle) förenar sig med syre så att koldioxid och vatten bildas.

Energi ”blir över” som kan användas.

@ En ordformel för fotosyntes är: koldioxid + vatten + ljusenergi → glukos + syre

@ Förbränningsmotor är en motor där ett bränsle förbränns inuti motorn. Många bilmotorer är förbränningsmotorer som förbränner till exempel bensin eller biodiesel.

@ Cellandning är en sorts förbränning som sker i cellerna. Bränslet glukos reagerar med syre till koldioxid och vatten. Energi ”blir över” som kan användas.

374

@ Poängen med cellandning är att människor och andra organismer får energi för att kunna leva, växa och föröka sig.

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

KAPITEL 8

Kemisk energi Energi i fotosyntes och förbränning Instuderingsfrågor

Aktivitet: Fotosyntes kontra cellandning

1. Var finns den kemiska energin mer exakt?

Jämföra

2. Ska ordet ”avges” eller ”upptas” stå i luckan? a. När en bindning bryts ... energi från omgivningen. b. När kemiska bindningar bildas ... energi till omgivningen.

3. Vilken energiomvandling sker i fotosyntesen?

4. Vad är poängen med fotosyntesen?

5. Var hamnar energin från solljuset i fotosyntesen?

Syftet med övningen är att jämföra fotosyntes och cellandning med hjälp av ett Venndiagram. Ett Venndiagram består av minst två cirklar som delvis överlappar varandra. a. Gör ett Venndiagram på ett papper eller med hjälp av dator. Venndiagrammet ska ha två cirklar som delvis överlappar varandra. b. Skriv Fotosyntes över den ena cirkeln och Cellandning över den andra.

7. Vad är poängen med cellandning?

c. I överlappet skriver du saker som är lika för både fotosyntes och cellandning. I de två andra ytorna skriver du saker som är olika för fotosyntes och cellandning.

Fyll i Venndiagrammet.

8. Skriv en ordformel för cellandning och en reaktionsformel med kemiska tecken. Skriv in ordet energi i formlerna.

d. Kan du dra några slutsatser beträffande fotosyntes och cellandning utifrån Venndiagrammet?

6. Skriv en ordformel för fotosyntesen och en reaktionsformel med kemiska tecken. Skriv in ordet ljusenergi i formlerna.

9. Skriv en ordformel för förbränning.

10. Vilka ämnen är reaktanter i en förbränning?

11. Vilka ämnen är produkter i en förbränning?

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

375

Bilden: Att batteriet kan ge ström till mobilen beror på elektrokemi.

Elektrokemi Din mobil har ett batteri. Att batteriet kan ge ström till mobilen beror på elektrokemi. Batteriet i mobilen väger bara några gram men i en elbil kan batteriet väga flera hundra kilogram.

Forskning kring batterier är superhet och kanske är bra batterier en nyckel till en hållbar framtid. Vi vill kunna lagra energi och ha den med oss.

Att batterier fungerar beror alltså på elektrokemi och nu ska vi titta närmare på just elektrokemi.

Ord och begrepp Oxidation innebär att elektroner avges.

Reduktion innebär att elektroner tas upp.

Metallernas elektrokemiska spänningsserie är en lista som visar vilken metall som kan knycka elektroner från vilken. På ena sidan om väte finns ädla metaller, på den andra finns oädla metaller.

Elektrolys är när vi framkallar en kemisk reaktion genom att tillföra el.

Galvaniskt element är en anordning som ger elektrisk ström från en kemisk reaktion.

Ett vanligt batteri är ett galvaniskt element.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

377

Vad är elektrokemi?

Elektrokemi Elektrokemi är vetenskapen om samspelet mellan elektricitet och kemiska föreningar.

Oxidation och reduktion Oxidation innebär att elektroner avges.

Exempel på oxidation: Na → Na+ + e– Reduktion innebär att elektroner tas upp.

Exempel på reduktion: Cl2 + 2e– → 2Cl–

Elektrokemi handlar om kemiska reaktioner där elektroner rör sig från en atom eller jon till en annan atom eller jon. Om en elektron avges tas den alltid upp någon annanstans. Du kan alltså inte ha en liten hög av elektroner liggande på skolbänken.

Oxidation och reduktion är två viktiga ord inom elektrokemi. Oxidation är när elektroner avges och reduktion är när elektroner tas upp.

När natriumatomer, Na, och klormolekyler, Cl2, reagerar till natriumklorid, NaCl, är det en reduktions-oxidations-reaktion eller kortare redoxreaktion: 2Na + Cl2 + 2e– p 2Na+ + 2Cl– + 2e– Vi kan förkorta reaktionen till: 2Na + Cl2 p 2NaCl

Metallernas elektrokemiska spänningsserie En färglös lösning av silvernitrat färgas blå om du stoppar ner en bit koppar i den. Silverjoner i vatten, Ag+(aq) är färglösa men du kan se silvermetall, Ag(s), som på kopparspiralen i den högra E-kolven.

Om du stoppar ner en bit koppar, Cu(s), i en lösning av silvernitrat, AgNO3(aq), ser du efter en stund att det börjar hända saker. På kopparbiten hamnar ett fast, glittrigt ämne, samtidigt som lösningen börjar färgas blå.

Det som glittrar på kopparbiten är fast silver, Ag(s), och det som färgar lösningen blå är kopparjoner i vattenlösning, Cu²+(aq).

Hur kan detta komma sig? Jo, silverjonerna knycker elektroner från kopparatomerna. Då bildas det fast silver av silverjonerna, samtidigt som det bildas kopparjoner av kopparatomerna.

Vi kan skriva en reaktionsformel för ”elektronknyckandet” på det här sättet: 2Ag+(aq) + 2NO3–(aq) + Cu(s) p 2Ag(s) + 2NO3–(aq) + Cu²+(aq) Som du ser händer det ingenting alls med nitratjonerna. Sådana joner som ”står bredvid och bara tittar på” kallas åskådarjoner. Eftersom det inte händer något med nitratjonerna i reaktionen kan vi ta bort dem från reaktionsformeln:

2e2e2Ag+(aq) � Cu(s)

Ag+(aq) � Cu(s)

2Ag(s) � Cu2�(aq)

Silverjoner knycker elektroner från kopparatomer eftersom silver är en mer ädel metall än koppar.

Guld är ännu ädlare än silver och skulle kunna knycka elektroner från silver.

378

2Ag+(aq) + Cu(s) p 2Ag(s) + Cu²+(aq)

2Ag(s) � Cu2�(aq)

Vi kan dela upp reaktionen i en oxidationsformel och en reduktionsformel för att visa extra tydligt vad som händer med elektronerna: Oxidation (elektroner avges) Cu(s) p Cu2+(aq) + 2e– Reduktion (elektroner tas upp) 2Ag+(aq) + 2e– p 2Ag(s) NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

Silverjoner kan alltså knycka elektroner från kopparatomer. Men hur ska man veta vilken metall som kan knycka elektroner från vilken? Jo, det finns en lista som kallas metallernas elektrokemiska spänningsserie som visar vilken metall som kan knycka elektroner från vilken.

I den elektrokemiska spänningsserien har man sorterat metallerna efter hur ädla de är. En mer ädel metalljon kan alltid knycka elektroner från en mindre ädel metallatom. Den mindre ädla metallatomen omvandlas då till en metalljon med positiv laddning.

Förmåga att avge elektroner ökar i denna riktning.

Li K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au Mer ädel i denna riktning.

De metaller som kallas ädelmetaller står till höger om väte, H. Väte är ju ingen metall men finns med som jämförelse. Koppar, Cu, kvicksilver, Hg, silver, Ag, platina, Pt, och guld, Au, kallas ädelmetaller.

Ibland skrivs spänningsserien i omvänd riktning eller som en tabell.

På ena sidan om väte, H, finns alltid ädelmetallerna. På den andra sidan om väte finns de oädla metallerna.

katod (minuspol)

e-

positiv jon (katjon)

eströmkälla, till exempel batteri

elektrolyt (lösning med joner)

anod (pluspol)

negativ jon (anjon)

Elektrolys. Strömkällan pumpar elektroner mot katoden i elektrolyten. Katoden blir negativt laddad och därför dras de positiva jonerna i elektrolyten mot katoden. Vid katoden tar positiva joner emot elektroner. Vid katoden sker alltså en reduktion. Eftersom positiva joner vandrar mot katoden kallas positiva joner ofta katjoner. Negativa joner i elektrolyten vandrar mot anoden och lämnar ifrån sig elektroner som kan vandra mot strömkällan.

Negativa joner kallas därför anjoner. Vid anoden sker alltså en oxidation. Vid elektrolys sker alltså både en reduktion (elektroner tas upp) och en oxidation (elektroner avges), det vill säga en redoxreaktion.

Elektrolys Elektrolys är när vi framkallar en kemisk reaktion genom att tillföra el.

Elektrolys används när vi framställer olika ämnen som koppar, Cu, väte, H2, natriumhydroxid, NaOH, och klor, Cl2. Vi kan också använda NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

379

elektrolys för att förkroma eller förnickla metaller. Då bildas ett skyddande skikt av krom eller nickel på metallen.

Vid elektrolys används två elektroder, en anod och en katod. Polerna är kopplade till en spänningskälla, till exempel ett batteri, som driver strömmen över polerna. Mellan spänningskällan och de två elektroderna finns elkablar. I elkablarna vandrar elektroner.

Elektroderna är nersänkta i en lösning som kallas elektrolyt. Strömmen gör att joner transporteras till elektroderna genom den strömledande elektrolyten. Positiva joner vandrar mot den negativa elektroden och negativa joner vandrar mot den positiva elektroden. På så sätt får vi en sluten elektrisk krets där laddningar i form av elektroner vandrar i elkablarna och laddningar i form av joner vandrar i elektrolyten.

Vid den positiva polen sker en oxidation Vid den positiva polen (anoden) samlas elektroner upp från elektrolyten.

Elektronerna kommer från joner som har överskott på elektroner, det vill säga negativa joner. När elektronerna lämnar jonerna blir de mindre negativt laddade och neutrala atomer kan bildas. Vi säger att en oxidation sker när en jon eller en atom lämnar ifrån sig minst en elektron.

Vid den negativa polen sker en reduktion Vid den negativa polen (katoden) avges elektroner till elektrolyten från katoden. Elektroner tas upp av positivt laddade joner. När jonerna tar upp elektroner blir de mindre positivt laddade eller helt oladdade. Om de blir oladdade bildas atomer. Vi säger att en reduktion sker när en jon eller en atom tar upp minst en elektron. ekatod

H2(g)

e-

Saltsyra blir klorgas och vätgas Klorgas och vätgas bildas om man elektrolyserar saltsyra. Saltsyra är en lösning av vätejoner, H+, och kloridjoner, Cl–. Ur saltsyra kan man bilda väteatomer, H, och kloratomer, Cl, med hjälp av el. Flera delreaktioner sker.

Vid den positiva polen (anoden) sker en oxidation:

anod

Cl2(g)

Cl– p Cl + e– Vid den negativa polen (katoden) sker en reduktion:

HCl(aq)= H+(aq) � Cl-(aq)

Elektrolys av saltsyra, HCl(aq), ger vätgas, H2(g), och klorgas, Cl2(g).

H+ + e– p H Två väteatomer slår sig omedelbart ihop och bildar en vätemolekyl, H2 eller H-H, och två kloratomer bildar omedelbart en klormolekyl, Cl2 eller Cl-Cl. Om man skriver ut att väteatomerna och kloratomerna som bildas vid polerna slår sig ihop till vätemolekyler respektive klormolekyler får man totalreaktionen: 2HCl + elektrisk energi p H2 + Cl2

380

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

Klorgasen och vätgasen stiger upp ur saltsyralösningen och vi kan samla upp dem vid respektive elektrod – klorgas, Cl2(g), vid den positiva polen och vätgas, H2(g), vid den negativa polen.

Både katoden och anoden är i detta fall stavar av kol som är nersänkta i elektrolyten.

Exempel: Koppar och zink a. Reagerar Zn(s) med Cu2+(aq)?

I ett försök stoppade man ner en bit zink, Zn(s), i en lösning med kopparsulfat, CuSO4(aq).

I kopparsulfatlösningar finns kopparjoner, Cu2+(aq). Blev det någon reaktion? b. Reagerar Cu(s) med Zn2+(aq)?

I ett annat försök stoppade man ner en bit koppar, Cu(s), i en lösning av zinksulfat, ZnSO4(aq).

I zinkulfatlösningar finns zinkjoner, Zn2+(aq). Blev det någon reaktion?

Rödaktig koppar, Cu(s), bildas på en zinkstav som sänks ner i en lösning av kopparsulfat, CuSO4(aq). Vanliga batterier bygger på den här typen av reaktioner.

Galvaniska element Ett galvaniskt element är en anordning som ger elektrisk ström från en kemisk reaktion. Galvaniskt element kallas därför också elektrokemisk cell. Ett vanligt batteri är ett galvaniskt element.

Om du stoppar ner en bit zink, Zn(s), i en lösning av kopparsulfat, CuSO4(aq), kommer det att ske en reaktion mellan kopparjonerna, Cu2+, och zinkatomerna, Zn. Zinkatomerna, Zn, kommer att oxideras till zinkjoner, Zn2+, medan kopparjonerna, Cu2+, reduceras till kopparmetall, Cu. Om du gör experimentet kommer du att se att fast koppar, Cu(s), hamnar på zinkblecket, Zn(s).

Reaktionen beror på att koppar är mer ädel än zink och därför kan kopparjoner, Cu2+, knycka elektroner från zinkatomer, Zn. Vi kan skriva en oxidations- och en reduktionsreaktion för reaktionen och sammanföra det till en redoxreaktion: oxidation: Zn(s) p Zn2+(aq) + 2e– reduktion: Cu2+(aq) + 2e– p Cu(s)

Lösning a. Den elektrokemiska spänningsserien visar att koppar är mer ädel än zink. Därför kan kopparjoner, Cu2+, knycka elektroner från zinkatomer, Zn. Följande reaktion sker: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) b. Den elektrokemiska spänningsserien visar att koppar är mer ädel än zink. Därför kan zinkjoner, Zn2+, inte knycka elektroner från kopparatomer, Cu. Alltså sker ingen reaktion mellan zinkjonerna och kopparatomerna.

Svar a. Den elektrokemiska spänningsserien visar att koppar är mer ädel än zink.

Därför sker reaktionen: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s). b. Zinkjoner, Zn2+, kan inte reagera med kopparatomer, Cu, eftersom koppar är mer ädel än zink.

redoxreaktion: Cu2+(aq) + Zn(s) p Cu(s) + Zn2+(aq) Vi kan tvinga elektronerna att röra sig genom en elektrisk ledare och

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

381

låta elektronerna utföra ett arbete som är till nytta för oss, till exempel att låta en lampa lysa eller delar i en elektrisk motor att röra sig.

Elektronerna vandrar från minuspol till pluspol men vi säger att strömmen går från pluspol till minuspol, alltså i motsatt riktning. Det kan verka konstigt men beror på att vi använde begreppet elektrisk ström innan vi visste att strömmen är vandrande elektroner.

e-

esaltbrygga

zink Zn(s)

SO42�

koppar Cu(s)

2Na+

Zn2� lösning av Zn2�(aq)

Zn(s) Zn2�(aq) � 2eoxidation

Cu2� lösning av Cu2�(aq)

Cu2�(aq) � 2ereduktion

Cu(s)

Den här uppställningen som ger elektrisk ström är uppkallad efter uppfinnaren som var brittisk fysiker och hette John Frederic Daniell. Uppställningen kallas Daniells element.

Sammanfattning @ Oxidation innebär att elektroner avges. @ Reduktion innebär att elektroner tas upp. @ Metallernas elektrokemiska spänningsserie är en lista som visar vilken metall som kan knycka elektroner från vilken.

På ena sidan om väte finns ädla metaller, på den andra finns oädla metaller.

382

@ En metalljon av en ädlare metall kan knycka elektroner från en atom av en mer oädel metall. @ Elektrolys är när vi framkallar en kemisk reaktion genom att tillföra el. @ Galvaniskt element är en anordning som ger elektrisk ström från en kemisk reaktion. Ett vanligt batteri är ett galvaniskt element.

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

KAPITEL 8

Kemisk energi Elektrokemi Instuderingsfrågor

Aktivitet: Bränsleceller och vätgasbilar

1. Varför kan vi inte ha ett antal lösa elektroner i ett provrör?

Ta reda på mer

2. Vad är det för skillnad på oxidation och reduktion?

3. Beskriv vad metallernas elektrokemiska spänningsserie är.

4. Var finns ädla metaller i spänningsserien?

5. Vad är elektrolys?

6. Vad är ett galvaniskt element?

7. Vad är redox en förkortning för?

8. Vad är en åskådarjon?

9. Ordna följande sju metaller efter hur ädla de är: bly, silver, natrium, koppar, järn, zink, aluminium. Svara med metallernas kemiska tecken.

Ta reda på fakta om bränsleceller som drivs med vätgas. a. Hur tillverkas den mesta vätgasen?

Hur kan vätgasen tillverkas på ett miljömässigt hållbart sätt? b. Vilken reaktion sker i en elektrokemisk cell som drivs med vätgas, det vill säga en bränslecell? c. Vilken produkt bildas i bränslecellen som drivs med vätgas? d. Hur många vätgasbilar finns i Sverige? e. Hur många vätgasbilar finns i världen? Var? Bedöm faktakällorna källkritiskt.

10. I den elektrokemiska spänningsserien finns en icke-metall med, vilken? Varför står den med?

11. Vid elektrolys används begreppen anod, katod och elektrolyt. Förklara dessa begrepp.

12. Varför kallas positiva joner katjoner och negativa joner anjoner?

13. Vid vilken av de två elektroderna vid elektrolys sker en oxidation och vid vilken sker en reduktion?

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

383

LABORATION

Syrehalt och förbränning Syfte

Frågor

Syftet med denna laboration är att undersöka hur syrgas påverkar förbränning.

Ordformel för förbränning:

1. Varför börjar den glödande trästickan att brinna?

bränsle + syre → vatten + koldioxid + energi Materiel – syrgastub – E-kolv – stearinljus

2. Vad är smartast att göra om det brinner lite i en stol i ett rum?

3. Vad är smartast att göra om det brinner jättemycket i ett rum som du är ensam i?

Riskbedöming Laborationen är inte riskfylld.

– tändstickor – trästicka.

Utförande 1. Fyll E-kolven med syrgas.

2. Tänd stearinljuset med tändsticka.

3. Håll trästickan i ljuslågan tills trästickan börjar glöda.

4. För ner den glödande trästickan i E-kolven med syrgas. Anteckna vad som händer.

384

Stearinljus.

NE KEMI 7– 9 –––– 8. KEMISK ENERGI

KAPITEL 9

Produkters livscykler

Bilden: I en cykel finns mycket stål. Stål är en legering mellan järn, Fe, och kol, C.

Metaller Vilka metaller har du använt i dag? Du vaknade kanske i morse av att mobilen ringde. I mobilen finns mängder av olika metaller. Du gick upp och klädde på dig. I dina kläder finns nog knappar eller blixtlås av metaller.

I ditt hus finns metaller i elkablar, byggmaterial med mera. Du åt frukost och använde kanske en kniv, gaffel eller sked av metall. Och så vidare, och så vidare …

Det är näst intill omöjligt att tänka sig ett liv utan metaller. Men vi behöver använda metallerna på ett hållbart sätt.

Ord och begrepp Bergart är en typ av stenmaterial i jordskorpan.

Mineral är ämnen som bygger upp bergarter.

Legering är en fast lösning där minst ett ämne är en metall.

Tungmetall är en metall som väger mer än 5 000 kilogram per kubikmeter (5 kilogram per liter). De flesta metaller är tungmetaller.

Malm är en bergart eller ett mineral som finns i naturen och som innehåller så mycket av en eller flera metaller att det är lönsamt att bryta.

Ädel metall är en metall som ogärna reagerar kemiskt med andra ämnen.

Metaller är en stor grupp av grundämnen som leder elektricitet och värme bra.

De flesta grundämnena är metaller.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Några produkters livscykler och påverkan på miljön. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

389

Moderna byggnader av bland annat metall i Tokyo. I byggnader finns en hel del stål.

Stål är en legering mellan järn, Fe, och kol, C.

Metaller och legeringar Legeringar En legering är en blandning av minst en metall och olika legeringsämnen (som oftast själva är metaller). Legeringar är lösningar i fast form. Till exempel är guldsmycken ofta gjorda av en legering mellan guld, Au, och koppar, Cu. Rent guld blir för mjukt för att användas till smycken.

Oftast är legeringar metaller som får små tillsatser som ändrar metallernas egenskaper. Till exempel blir järn, Fe, med mycket kol, C, krom, Cr, och nickel, Ni, i rostfritt stål. Koppar, Cu, med tenn, Sn, i blir brons.

390

Metaller är en stor grupp av grundämnen som leder elektricitet och värme bra. De har också den typiska metallglansen. De finns i en rad olika föreningar, bland annat i bergarter. Om en bergart eller ett mineral innehåller så mycket av en metall att det lönar sig att bryta den kallas den malm.

Metallföreningar kan ha många olika egenskaper. Men rena metaller har vissa saker gemensamma: de glänser och de leder värme och elektricitet bra. Många metaller har stor betydelse för oss. Vi kan tillverka elektronik, verktyg och maskiner och bygga broar och skyskrapor av dem.

Hade vi inga metaller skulle vi leva i stenåldern.

Vi kan dela in metallerna i grupper med olika egenskaper, till exempel järnmetallerna järn, Fe, kobolt, Co, och nickel, Ni. Ädla metaller är guld, Au, silver, Ag, och platina, Pt, och en del andra metaller som är sällsynta och som vi sällan hör talas om.

Tungmetaller är koppar, zink, kvicksilver, bly, kadmium, uran och flera andra. Många tungmetaller är giftiga. Andra viktiga metaller är aluminium, magnesium, krom, titan och tenn.

En lång rad metaller är viktiga i legeringar, till exempel legeringen stål som är en blandning av järn, Fe, och kol, C. NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

Malm Malm är en bergart eller ett mineral som finns i naturen och som innehåller så mycket av en eller flera metaller att det är lönsamt att bryta. Järnmalm är alltså mineral eller sten som innehåller så mycket järn att det lönar sig att med olika metoder skilja järnet från stenen och på så sätt framställa metallen järn.

Ofta bryts malm i gruvor under jorden. Det finns även så kallade dagbrott som liknar stora grustag där malmen bryts ovan jord. I Sverige bryts bland annat järnmalm i gruvor i Kiruna och Malmberget och kopparmalm i ett dagbrott utanför Gällivare. En ansamling av malm kallas för malmkropp. Man kan tro att en malmkropp alltid går rakt (lodrätt) flera kilometer ner i marken. I Kiruna är det inte så. Där kan malmkroppen liknas vid en gigantisk brödskiva som lutar snett ner under stadskärnan.

Gruvor innebär ofta stora ingrepp i miljön. Det är en utmaning för gruvindustrin att bryta till exempel metaller på ett hållbart sätt.

Brytning av järnmalm i Kiruna.

Användning av metaller Metaller används till mängder av olika saker. Stål som tillverkas av järnmalm finns i till exempel byggnader, maskiner och verktyg. Koppar, Cu, används till exempel för att leda elektricitet. Koppar tillsammans med guld, Au, kan du även hitta i din mobiltelefon. Zink, Zn, kan användas NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

391

En återvinningscentral i Stockholm.

som rostskydd och i mediciner. Bly, Pb, finns i bilbatterier i bilar med förbränningsmotorer och i skyddsutrustning för hantering av radioaktiva ämnen.

I en mobil finns metallerna guld, Au, silver, Ag, palladium, Pd, platina, Pt, aluminium, Al, och koppar, Cu. Dessutom finns flera metaller från gruppen sällsynta jordartsmetaller. Som namnet visar är sällsynta jordartsmetaller besvärliga att framställa.

Metaller är dock en ändlig resurs och det gör återvinning viktig för att få en hållbar användning. I dag återvinns en hel del metaller.

I Sverige återvinns mer än hälften av alla förpackningar av metall.

Sammanfattning @ Metaller är en stor grupp av grundämnen som leder elektricitet och värme bra. De har också den typiska metallglansen. @ En legering är en blandning av minst en metall och olika legeringsämnen (som oftast själva är metaller). Stål är en viktig legering.

@ För att vår användning av metaller ska vara hållbar måste framställningen – från gruva till färdig produkt – vara hållbar.

Det är också bra att återanvända metallföremål och återvinna metaller.

@ Malm är en bergart eller ett mineral som finns i naturen och som innehåller så mycket av en eller flera metaller att det är lönsamt att bryta.

392

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

KAPITEL 9

Produkters livscykler Metaller Instuderingsfrågor

Aktivitet: Gruvor och miljön

1. Hur definieras malm?

Ta reda på mer

2. Vilka två metaller förutom järn ingår i järnmetallerna?

Ta reda på hur gruvor påverkar miljön och vad den som äger gruvan kan göra för att minska risken att miljön skadas av gruvdriften.

3. Vad är en legering?

4. Var i Sverige finns stora järnmalmsgruvor?

5. Kopparmalm bryts i dagbrott i Aitik vid Gällivare. Vad menas med dagbrott?

6. Varför är det viktigt att återvinna metaller?

Välj antingen att skriva om en viss gruva eller en viss metall.

Besvara följande frågor: a. Vilken metall är det som framställs? b. Vad används den metallen till? c. Var i världen finns gruvan eller gruvorna? d. Hur påverkar gruvan eller gruvorna miljön? e. Vad gör man (eller borde göra) för att minska miljöpåverkan av gruvan eller gruvorna?

Använd minst tre källor när du söker på nätet.

Bedöm faktakällorna källkritiskt.

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

393

Bilden: Mobiltelefonen är en skattkista – den innehåller bland annat guld.

Mobiltelefon I din mobiltelefon finns många värdefulla metaller, till exempel guld, Au, och platina, Pt. Om vi återvinner gamla mobiltelefoner så räcker jordens naturresurser längre och vi bidrar till en hållbar utveckling.

Ord och begrepp Asteroid är en himlakropp som går i en bana runt solen mellan planeterna Mars och Jupiter.

Deponering av avfall är att lägga avfall på hög på en soptipp utan att återvinna avfallet.

Himlakropp är ett större, naturligt föremål som rör sig i rymden, till exempel planeter och stjärnor.

Hållbar utveckling innebär att ett samhälle fungerar socialt, ekonomiskt och ekologiskt på ett sådant sätt att tillgångarna räcker för människor även i framtiden.

Naturresurser, eller naturtillgångar, är allt i naturen som efterfrågas av människan.

Skrot är rester av vissa material, främst metaller men även sådant som gummi och plast.

Solcell är en ljuskänslig elektronisk komponent som omvandlar solstrålning till el. Återanvändning är när man på nytt använder förbrukade varor eller förpackningar på samma sätt som tidigare. Återvinning är när man använder gammalt material för att tillverka nya saker.

Metaller är en stor grupp av grundämnen som leder elektricitet och värme bra.

De flesta grundämnena är metaller.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Några produkters livscykler och påverkan på miljön. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

395

Mobilen och metaller Asteroidbrytning – en framtida källa till metaller?

Med asteroidbrytning menas processen att utvinna råvaror från asteroider och andra småplaneter, inklusive jordnära objekt.

De flesta av dessa himlakroppar består av sten men en del innehåller också is, H2O(s). Vissa asteroider har järnhaltiga material eller andra metaller på ytan och kan bli intressanta för gruvdrift i framtiden. En del asteroider tros vara rika på många av de sällsynta metaller som används i mobiltelefoner och andra elektroniska produkter. Det innebär i så fall att om de sällsynta metallerna tar slut på jorden så kan vi ta hjälp av objekt i rymden.

Det här är än så länge ingen verklighet. Flera företag och stater har dock forskningsprojekt igång både då det gäller själva den praktiska brytningen samt om det är ekonomiskt lönsamt.

En vanlig mobiltelefon innehåller ungefär 60 olika ämnen. Metaller som används är till exempel guld, Au, silver, Ag, koppar, Cu, kobolt, Co, och palladium, Pd. Det är inte så stora mängder av varje metall i en mobil. Mängden guld brukar ligga på 20–25 milligram. Mängden palladium ligger på cirka 10 milligram. Men om man tänker att det säljs över en miljard mobiltelefoner i världen per år så förstår man att det blir stora mängder metall som används.

Många av metallerna i en mobiltelefon är väldigt dyra och finns bara i begränsad mängd. Eftersom många av oss behandlar våra mobiltelefoner som en slit- och slängvara slutar de som avfall, liksom metallerna som de innehåller. Men det är ett mycket värdefullt avfall: ett ton kretskort innehåller 250 gram guld, Au. Jämför det med att ett ton mineralmalm från en mycket produktiv guldgruva högst ger 5 gram guld.

Att återvinna guldet och andra ämnen från mobiltelefoner är alltså ett viktigt steg mot en hållbar användning av resurser.

Många av metallerna i en mobiltelefon är väldigt dyra och finns bara i begränsad mängd.

396

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

Skrot Skrot är rester av vissa material, främst metaller men även sådant som gummi och plast. När en bil eller någon annan produkt har använts färdigt blir den skrot.

Dessutom blir det en del skrot när man tillverkar bilen, till exempel spill när man svarvar och borrar.

Mycket av skrotet kan återvinnas. Det skrot som inte kan vare sig återvinnas eller förstöras går till deponering, det vill säga det förvaras på en avfallsanläggning.

Skräp i rika länder blir råvaror i fattiga länder. Sluminvånarna i Mumbai i Indien ser på västvärldens sopor som en resurs. Metall och plastsopor förädlas i små fabriker i slummen och blir till nya produkter.

Återvinning av elektronikskrot De senaste årtiondena har den tekniska utvecklingen varit snabb samtidigt som fler och fler människor på jorden har fått det bättre ekonomiskt ställt. Det är förstås något positivt. Men just att vi blir fler och fler och att tekniken utvecklas så snabbt betyder också att vi konsumerar och helt enkelt slänger mer saker. Elektronikskrot är den typ av avfall som växer snabbast i världen.

Det är inte bara mobiltelefoner som innehåller dyra och sällsynta ämnen som olika metaller. Sällsynta ämnen finns i de flesta andra elektronikprodukter. Exempel är gallium, Ga, som används i LED-lampor, mikrochips och tunnfilmssolceller. Inom de närmaste årtiondena kommer antagligen behovet av gallium att vara fem till sex gånger så stort som i dag. Gallium är en sällsynt metall och finns bara i kemiska föreningar vilket gör utvinningen komplicerad och dyr.

I de flesta fall är återvinning ett effektivare och billigare alternativ än nyproduktion. Vid återvinning används oftast bara en bråkdel av den energi som behövs för att utvinna sällsynta metaller som gallium.

En hel del miljöfarligt avfall, som elektronikskrot, skickas från rika länder till fattiga länder eftersom det är billigare än att ta hand om NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

I LED-lampor finns den sällsynta metallen gallium.

397

skrotet i det egna landet. Det ställer dock till det i en del fattiga länder eftersom elektronikskrotet bara dumpas på öppna soptippar där farliga ämnen lätt kan ta sig ut i miljön. Många människor riskerar även sina liv genom att leta efter material som går att återvinna på soptipparna.

Sammanfattning @ En mobil innehåller ungefär 60 olika ämnen, till exempel guld, Au, silver, Ag, koppar, Cu, kobolt, Co, och palladium, Pd. @ Sällsynta ämnen finns i de flesta elektronikprodukter. Exempel är gallium, Ga, som används i LED-lampor, mikrochips och tunnfilmssolceller.

@ En hel del miljöfarligt avfall, som elektronikskrot, skickas från rika länder till fattiga länder. Det är billigare än att ta hand om skrotet i det rika landet. I en del fattiga länder dumpas skrotet på öppna soptippar där farliga ämnen lätt kan spridas i miljön.

@ Elektronikskrot är den typ av avfall som växer snabbast i världen. @ Mycket av skrotet kan återvinnas.

Det skrot som inte kan vare sig återvinnas eller förstöras går till deponering, det vill säga det förvaras på en avfallsanläggning.

398

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

KAPITEL 9

Produkters livscykler Mobiltelefon Instuderingsfrågor

Diskussion

1. I mobiler finns det både guld och silver.

Vilka kemiska symboler har dessa grundämnen?

Börja diskussionen genom att gå laget runt så att alla får säga något. Diskutera under överenskommen tid, till exempel 10 minuter. Tänk på att:

2. Vilken typ av avfall ökar mest i världen?

3. Varför är återvinning av till exempel gallium ett bättre alternativ än nyproduktion?

Aktivitet: Export av elektronikskrot Diskutera Är det bra eller dåligt att rika länder exporterar elektronikskrot till fattiga länder?

Det är frågan som ni i gruppen ska diskutera. Börja med att läsa igenom hela instruktionen nedan.

Förberedelser Här behövs penna och papper eller dator.

Läraren delar in klassen i grupper om 3–4 personer, till exempel genom lottning. Bestäm hur lång tid diskussionen ska ta.

Gruppen utser en person som fördelar ordet och ser till att alla får säga något.

Gruppen utser också en person som har koll på tiden.

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

– låta alla vara med i samtalet – respektera allas rätt att uttrycka sina åsikten – ställa följdfrågor till varandra – bemöta varandras argument sakligt, vänligt och utan personangrepp.

Sammanfattning och reflektion Gruppen utser en person som skriver en sammanfattning av diskussionen i tre punkter.

Hur fungerade diskussionen? Prata under några minuter i gruppen om de tre frågeställningarna: a. Hur fungerade det? b. Var det kul? c. Vad kan vi göra bättre i nästa diskussion?

Skriv svar till de tre frågeställningarna.

Lämna in sammanfattningen och svaren till de tre frågeställningarna på papper eller via dator till läraren.

399

Bilden: Papper är bra till mycket men en båt av papper flyter inte så länge.

Papper Hur mycket papper har du använt i dag? Toalettpapper, skrivpapper, pappersförpackningar med mera – till allt papper behöver vi trä som råvara.

Trä kommer från skog. Just skog är en av de viktigaste naturresurserna i Sverige. Tror du att vi någonsin kommer att ha ett papperslöst samhälle?

Ord och begrepp Cellulosa är den viktigaste beståndsdelen i cellväggarna i alla växter och det vanligaste organiska ämnet i naturen. Cellulosa är en lång kedja av glukosdelar.

Linne är ett tyg vävt av lingarn.

Papper är en tunn filt av fibrer av cellulosa.

Pappersmassa består till största delen av cellulosafibrer och är en råvara som används för att tillverka olika slags papper.

Råvara är något som finns i naturen och som vi kan bearbeta så att den förändras och får mer värdefulla egenskaper.

Trä är ved från träd.

Träslag är trä som kommer från olika träd.

Ved är en del av växtens stam.

Vira är en finmaskig duk för filtrering.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Några produkters livscykler och påverkan på miljön. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

401

Råvaran är trä Trä och träslag Trä används i hus, i möbler, till bränsle, till pappersmassa med mera. Vi gör också träkol och tjära av trä.

Trä är i förhållande till sin vikt ett ganska starkt material. Till exempel finns ett 154 meter högt buddhistiskt tempel med träkonstruktion i Changzhou i Kina.

Trä från olika trädarter kallas träslag. Träslagen har olika egenskaper och används därför på olika sätt.

Gran och tall används bland annat till att bygga med och till pappersmassa.

Ek är hårdare än gran och tall. Därför görs golv, möbler och båtar av ek.

Av bok gör vi möbler och leksaker. Bok används också till pappersmassa.

Det lättaste träslaget av alla är balsa, men det har låg hållfasthet och är ganska mjukt.

Exempel på ett tungt och hårt träslag är ebenholts. Ebenholts används i dyrbara möbler och i musikinstrument.

I Sverige finns mycket skog. Cirka 70 procent av landytan är täckt av skog. Både barrträd och lövträd används till pappersmassa. Barrträden gran och tall ger en pappersmassa med långa starka fibrer. Därför är pappersmassa av gran och tall bra när papperet behöver vara extra starkt.

Kartong och wellpapp måste vara starkt och görs därför av pappersmassa från gran och tall.

Till vitt skrivpapper används pappersmassa med korta fibrer från lövträden björk, bok och asp.

Sara kulturhus i Skellefteå är ett av Europas högsta trähus. Huset är cirka 80 meter högt och har 20 våningar.

402

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

Skog har huggits ner och stockarna har förvandlats till träflis på pappersbruket.

Papper och pappersmassa Papper är en tunn filt av fibrer av cellulosa. Nästan allt papper tillverkas i väldiga maskiner. Pappersmassa består till största delen av cellulosafibrer och är en råvara som används för att tillverka olika slags papper. Den färdiga pappersmassan är en tjock ”gröt” av cellulosafibrer som är uppslammade i vatten. Men ofta pressas massan ihop, torkas och packas i balar innan den skickas till ett pappersbruk. Där löses den upp igen.

Vi framställer pappersmassa mest av ved, men det går också att göra pappersmassa från halm, bomull eller linne. Vi använder ofta också returpapper. Återvinning av tidningar och annat papper spar energi och träråvara vilket är bra för miljön.

De två främsta metoderna för framställning av pappersmassa är den mekaniska och den kemiska. I båda metoderna måste man först ta bort barken på trädstockarna. Stockarna krossas sedan till flis.

Pappersmassa blandas med vatten till en smet, och man tillsätter ämnen som ska göra papperet bättre, bland annat lim.

Sedan får smeten flyta ut på en stor duk, en vira, av metalltråd. Det mesta av vattnet rinner ut genom duken, som skakar i sidled, så att fibrerna filtas ihop. Det fuktiga papperet torkas sedan mellan heta valsar av metall.

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

403

Cellulosa

Stärkelse (två sorters molekyler)

Glykogen

finns i

växter

växter

djur

grenar

nej

nej

ja, lite

spiral

förgrenad

ja, mycket

struktur

form

I cellulosa ligger raka kedjor av glukosdelar tätt packade. Därför är cellulosafibrerna i papper ganska starka. I stärkelse och glykogen är de stora molekylerna mycket lösare packade. Det hade varit svårt att göra wellpapp av stärkelse eller glykogen.

Mekanisk pappersmassa Mekanisk pappersmassa får vi genom att mala träflisen i en sorts kvarn.

Då lossnar cellulosafibrerna och kan slammas upp i vatten. Denna metod ger ett högt utbyte så att nästan allt material från veden blir till pappersmassa. Papper som tillverkas av mekanisk pappersmassa blir inte så starkt och kan inte blekas så det blir helt vitt. Det gulnar också med tiden. Mekanisk pappersmassa görs främst av gran. Den används till bland annat tidningspapper och kartong. pappersmassa vatten

kaolin, lera, krita lim

vatten

pappersmassa

färdigt papper

silning rivning

malning

övervira undervira torkgrupp

vatten i retur

torkparti

pressparti

Pappersmaskiner av den här typen används för tillverkning av papper. Pappersmassan bearbetas till papper i pappersmaskinens olika delar.

404

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

Kemisk pappersmassa av barrträd kan bli starkt papper som wellpapp.

Kemisk pappersmassa Kemisk pappersmassa får vi genom att koka träflisen i en lösning tillsammans med kemikalier. I sulfitprocessen används en sur lösning.

I sulfatprocessen används en basisk (alkalisk) lösning. Kokningen gör att det lignin (vedämne) som håller ihop cellulosafibrerna i träet löses upp. I Sverige är sulfatprocessen viktigast. Den kan användas för alla träslag.

Efter kokning och tvättning får vi ut en pappersmassa som består av mycket rena cellulosafibrer.

I de kemiska processerna blir ungefär hälften av träet till pappersmassa.

Kemisk pappersmassa av ved från gran och tall har långa starka fibrer och passar bra till starkt papper i wellpapp och kartong. Kemisk pappersmassa från lövträd har korta fibrer men går att göra vit. Därför passar den bra till vitt skrivpapper som inte behöver vara så starkt.

Papperets historia Papper tillverkades i Kina redan omkring år 100 efter Kristus.

Man lät blöt lumpmassa (lump är gamla textiler som man delat i små bitar) fastna på spända silkestrådar i en träram och sedan torka till papper. Kinesiska krigsfångar förde tekniken till Samarkand i Centralasien i mitten av 700-talet. Samarkand var länge centrum för tillverkning av papper. I Europa startade framställning av papper på 1200-talet och i Sverige på 1500-talet.

Papperets kretslopp Precis som många andra ämnen och material så återvinns papper. I Sverige återvinner vi 95 procent av alla tidningar, tidskrifter, reklamblad och kataloger.

Pappersförpackningar kan vi återvinna sju gånger innan de måste brännas. Den begränsade livslängden beror på att fibrerna i papperet blir lite kortare för varje gång som papperet återvinns. Därmed blir papperet mindre och mindre hållbart.

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

Här skapas papper på gammalt kinesiskt vis med ram. Ramen kallas för vira.

405

Det insamlade materialet måste rensas och sorteras. Returpapper utgör ungefär hälften av all fiberråvara i pappersindustrin. Främst används returpapper för att tillverka hushållspapper, toalettpapper, wellpapp och tidningspapper.

Sammanfattning @ Vi använder trä i hus, i möbler, till bränsle, till pappersmassa med mera. @ Trä från olika trädarter kallas träslag. Träslagen har olika egenskaper och används därför på olika sätt. @ Papper är en tunn filt av fibrer av cellulosa. @ Pappersmassa består mest av cellulosafibrer.

406

@ Vi gör mekanisk pappersmassa främst av gran och använder denna pappersmassa till tidningspapper och kartong. @ Vi tillverkar kemisk pappersmassa genom att koka träflis i en lösning med olika kemikalier. @ Kemisk pappersmassa från lövträd kan bli riktigt vit. Därför passar pappersmassa från lövträd bra till vitt skrivpapper.

@ Vi tillverkar mekanisk pappersmassa genom att mala träflis i en kvarn.

@ Kemisk pappersmassa av ved från gran och tall har långa starka fibrer och passar bra till starkt papper i wellpapp och kartong.

@ Papper av mekanisk pappersmassa blir inte så starkt och kan inte blekas så att det blir helt vitt.

@ Vi kan återvinna pappersförpackningar sju gånger innan de måste brännas.

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

KAPITEL 9

Produkters livscykler Papper Instuderingsfrågor 1. Vilka träd används till pappersmassa som ska bli wellpapp? Varför?

2. Varför passar ek till att göra golv?

3. Vilket kolhydrat ingår till största delen i pappersmassa?

4. Ge exempel på en fördel och en nackdel med mekanisk pappersmassa.

5. Varför kan vi återvinna pappersförpackningar högst sju gånger?

Aktivitet: Det papperslösa samhället Diskutera När datorerna började bli vanliga i samhället var det många som trodde att vi skulle få ett ”papperslöst samhälle”.

Vad beror det på att vi fortfarande använder rätt mycket papper?

Det är frågan som ni i gruppen ska diskutera. Börja med att läsa igenom hela instruktionen nedan.

Förberedelser Här behövs penna och papper eller dator.

Läraren delar in klassen i grupper om 3–4 personer, till exempel genom lottning. Bestäm hur lång tid diskussionen ska ta.

Gruppen utser en person som fördelar ordet och ser till att alla får säga något.

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

Gruppen utser också en person som har koll på tiden.

Diskussion Börja diskussionen genom att gå laget runt så att alla får säga något. Diskutera under överenskommen tid, till exempel 10 minuter.

Tänk på att: – låta alla vara med i samtalet – respektera allas rätt att uttrycka sina åsikten – ställa följdfrågor till varandra – bemöta varandras argument sakligt, vänligt och utan personangrepp.

Sammanfattning och reflektion Gruppen utser en person som skriver en sammanfattning av diskussionen i tre punkter.

Hur fungerade diskussionen? Prata under några minuter i gruppen om de tre frågeställningarna: a. Hur fungerade det? b. Var det kul? c. Vad kan vi göra bättre i nästa diskussion?

Skriv svar till de tre frågeställningarna. Lämna in sammanfattningen och svaren till de tre frågeställningarna på papper eller via dator till läraren.

407

Bilden: Lever vi i plaståldern?

Plaster Perioder i människans historia har fått namn efter olika material: stenåldern, kopparåldern, bronsåldern och järnåldern. Kanske lever vi i plaståldern? Under en dag kommer du i kontakt med mängder av plast.

Kanske är tallrikarna i skolmatsalen av plast, mobilens skal är av plast, din tandborste är av plast och så vidare. Här ska vi titta närmare på plaster.

Ord och begrepp 1 mikrometer är 10-6 meter = 0,001 millimeter.

Monomer kallas den molekyl som i stort antal bygger upp jättemolekyler, polymerer.

1 nanometer är 10-9 meter = 0,000001 millimeter.

Plast är ett material som någon gång under tillverkningen varit mjukt och formbart.

Energiåtervinning innebär att vi tar vara på energi som är över och som annars inte skulle ha använts. Ofta handlar det om att återvinna energi i saker genom att elda upp dem och använda värmeenergin till exempel till att värma hus.

Polyeten är en mycket vanlig plast som består av många likadana enheter, eten.

Eten är molekylen H2C=CH2.

Termoplaster är plaster som blir formbara när man värmer upp dem. När plasten kallnar stelnar den.

Härdplaster är de starkaste plasterna och tillverkas av två eller flera ämnen som blandas.

Mikroplaster är mycket små plastpartiklar i mikrometer- och nanometerområdet.

Miljögift är ett fettlösligt ämne som är särskilt skadligt för miljön.

Polymer är ett material som består av ett stort antal molekyler (monomerer) som är hopbundna med varandra.

Återanvändning är när vi på nytt använder förbrukade varor eller förpackningar på samma sätt som tidigare. Återvinning är när vi använder gammalt material för att tillverka nya saker.

Ur kursplanen för Kemi 7–9 (Lgr22) Materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen, molekyl- och jonföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar. | Kolatomens egenskaper och kretslopp i naturen, i samhället och i människokroppen. | Utveckling av produkter och material, till exempel läkemedel, funktionskläder och batterier. | Några produkters livscykler och påverkan på miljön. KÄLLA: SKOLVERKET

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

409

Väldigt många förpackningar är av plast.

Plast finns överallt Oerhört många av de saker som vi använder till vardags är tillverkade av plast, från strumpor och tandborstar till kameror och stora båtar. Ändå fanns det nästan inga plaster så sent som i mitten av 1900-talet. Nästan allting fick tillverkas av metall, trä, keramik (”porslin”) eller glas. I ett hem omkring 1940 fanns det bara plast i telefonen och inuti radion, i gummistövlar och elkablar och kanske i en del av knapparna i syskrinet.

Plast är ett material som någon gång under tillverkningen har varit mjukt och formbart. Ordet plastisk betyder formbar. En del plaster är sedan när de väl används hårda och spröda. Vilka egenskaper en plast har beror på den kemiska sammansättningen.

Termoplaster och härdplaster Det finns två slags plaster: – Termoplaster blir formbara när man värmer upp dem (termo betyder ’värme’). När plasten kallnar stelnar den. Två exempel är PVC 410

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

och PET som används i återvinningsbara PET-flaskor. Termoplaster är återvinningsbara.

– Härdplaster tillverkas av två eller flera ämnen som blandas. De starkaste plasterna är härdplaster, till exempel epoxi, akrylat och polyuretan. Härdplaster används i bland annat bilar, båtar och flygplan. Härdplaster går inte att återvinna som plaster.

Polymer Polymer är ett material som består av ett stort antal molekyler som är hopbundna med varandra. Poly betyder ’många’ och mer betyder ’enhet’ eller ’del’ efter grekiska ord. Polymer betyder alltså ’många enheter’.

De enskilda molekylerna som bundits ihop till en polymer kallas för monomerer efter mono som betyder ’en’. Enheterna är oftast någon typ av organiska molekyler. De finns ofta naturligt, men de kan också vara syntetiska (konstgjorda).

Det finns många typer av organiska ämnen som kan bilda polymerer.

De organiska molekylerna består mest av kol, C, och väte, H. Exempel på organiska polymerer som förekommer naturligt är naturgummi, cellulosa och stärkelse.

Syntetiska polymerer framställs av människan. De kan vara uppbyggda av kol, C, eller kisel, Si. De används mest i plaster, i syntetfiber (som nylon och polyester) och som bindemedel i målarfärger.

Plaster kan vara starka material.

Därför kan de passa för att skydda elkablar.

Plaster kan vara starka Det som gör plaster hållbara är att atomerna i dem hänger samman i mycket långa kedjor av tiotusentals eller hundratusentals atomer. Många av dessa atomer är kolatomer.

Kol, C, har förmågan att förena sig med många andra slags atomer. Ett exempel på detta är kolvätet eten. När eten binder ihop sig till långa molekylkedjor bildas polyeten. Det är en polymer och ingår i de vanligaste plastmaterialen. Polyeten används i plastpåsar, plaströr, elkablar och leksaker. polyeten

eten H

H

C C

C C H

H H

H

H H

Polyeten består av många likadana enheter. En sådan molekyl kallas polymer. Polyeten är en polymer av eten. Eten är monomer i polyeten. Etenmonomeren visas i det grå fältet i bilden. I verkligheten består varje kedja av tusentals etenmonomerer.

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

411

Tillverkning av plast Det finns plaster i naturen, till exempel naturgummi (latex). Men nästan all plast vi har omkring oss är konstgjord. De flesta plaster tillverkas av ämnen som vi utvinner ur fossil olja (petroleum) eller ibland ur trä eller säd.

Plaster kan formas till många saker. När vi tillverkar föremål av plast kan vi exempelvis gjuta eller pressa i formar. Tunna plasttrådar tillverkas genom att flytande plast sprutas ut genom fina hål. Exempel på sådana plasttrådar är nylon eller polyesterfibrerna i en fleecetröja.

Bioplaster

Muggar av komposterbar bioplast.

Bioplaster är plaster som tillverkas från förnybara råvaror som kommer från växter eller djur. Många bioplaster är nedbrytbara.

Kemister har lyckats tillverka bioplaster av många olika förnybara råvaror. Cellulosa från bomullsavfall och stärkelse från korn eller majs används som råvaror till olika plaster. Även proteiner från till exempel vete (proteinet gluten), fisk, fjädrar och soja har använts som råvara till bioplaster. Tyvärr är bioplaster betydligt dyrare att tillverka jämfört med vanliga plaster från fossil olja.

Sedan plaster började tillverkas har fossila material varit de viktigaste råvarorna. Före första världskriget (1914–1918) var stenkol den viktigaste råvaran. Efter första världskriget blev fossil olja den viktigaste råvaran.

Oljan var billig och fanns i stor mängd. Men på 1970-talet uppstod en oljekris. Då blev oljan väldigt dyr och vi blev intresserade av att göra plaster av andra råvaror. Senare har vi blivit intresserade av att tillverka plaster av icke-fossila råvaror för att minska den negativa påverkan på klimatet från fossila material.

Om vi tar upp mer fossil olja från marken ökar temperaturen på jorden. Ofta förbränns nämligen det som vi tillverkar av den fossila oljan och då bildas växthusgasen koldioxid, CO2, i den här reaktionen: bränsle (till exempel plaster) + syre p koldioxid + vatten Om vi däremot tillverkar plaster med växter som råvara minskar mängden koldioxid, CO2, i luften. Minskningen beror på att växterna tar upp koldioxid via fotosyntesen: koldioxid + vatten + solljus p glukos + syre Den första bioplasten upptäcktes av den franske biologen Maurice Lemoigne på 1920-talet. Han arbetade med en sorts bakterier när han upptäckte att de bildade ett material som liknade plast.

Maurice Lemoigne forskade fram den kemiska strukturen och det visade sig att plasten var poly-3-hydroxibutyrat (PHB). Tyvärr föll hans upptäckt i glömska under många år eftersom det var så billigt att till-

412

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

verka plaster av olja. I dag finns ett stort intresse för PHB eftersom den liknar vanliga plaster så mycket. Dessutom bryts PHB ner i naturen.

För att tillverka bioplasten PHB behöver bakterierna näring med mycket kolhydrater. Dadlar innehåller mycket kolhydrater och kan bli billig och bra näring för dessa bakterier.

Haven fylls av plast

Plast som skräp är hälsovådligt för djuren i havet.

Plaster som avfall Vi kan återvinna mjuka och hårda plastförpackningar olika många gånger beroende på vilken plast det gäller. PET-plast kan vi till exempel återvinna hur många gånger som helst.

Ungefär 10 procent av hushållsavfall består av plast. Därtill kommer plastavfall från industri och jordbruk. De vanligaste sätten att ta hand om plastavfallet är: – Återanvändning av plastprodukter, till exempel PET-flaskor, NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

Varje minut fylls haven på med motsvarande en sopbil plast. Det blir totalt cirka 10 miljoner ton årligen.

Plast som skräp är hälsovådligt för djuren i havet. Ungefär 90 procent av alla stormfåglar i Nordsjön har plast i magen. 80 procent av de trålfångade havskräftorna har plast i sig.

Det är lätt att dra slutsatsen att många andra marina djur också får i sig plast. Den synliga plasten är alltså ett stort problem. Det finns dock ett ännu större hot mot livet i havet – mikroplaster.

Mikroplaster är mycket små plastpartiklar i mikrometer- och nanometerområdet. 1 mikrometer är 10–6 meter = 0,001 millimeter och 1 nanometer är 10–9 meter.

Mikroplaster kommer från trafik, industri och hushåll.

Fiskyngel och andra djur äter mikroplaster som om det vore plankton, basfödan i den marina näringskedjan. Mikroplaster innehåller ingen näring och kan inte brytas ner i organismernas matspjälkning. Plasten kan dessutom innehålla miljögifter.

413

har stadigt ökat i omfattning. I EU-länder med pantsystem för PET-flaskor ligger återanvändningen på 90 procent.

– Återvinning. Det är enbart termoplaster som kan återvinnas och formas till nya plastprodukter.

– Energiåtervinning genom förbränning. Om vi eldar upp plastavfall av vissa sorter så ger det lika mycket energi vid förbränning som eldningsolja.

Varje år säljs hundratals miljoner PET-flaskor i Sverige och vi återvinner ungefär 90 procent.

– Biologisk nedbrytning. En del plaster är biologiskt nedbrytbara och kan brytas ner av bakterier och svampar. De flesta plaster påverkas dock inte av mikroorganismer i större utsträckning. Det kan ta flera hundra år att bryta ner en plastpåse som inte är tillverkad specifikt för att vara nedbrytbar.

Sammanfattning @ Oerhört många av de saker som vi använder till vardags är tillverkade av plast, från strumpor och tandborstar till kameror och stora båtar. @ Det finns plaster i naturen, till exempel naturgummi (latex). Men nästan all plast är konstgjord och tillverkas från petroleum (råolja).

@ Plaster är polymerer, det vill säga långa kedjor av enheter. Enheter i en polymer kallas monomerer.

@ Det finns två sorters plaster: termoplaster och härdplaster.

Termoplaster är återvinningsbara men det är inte härdplaster.

@ Bioplaster är plaster som tillverkas från förnybara råvaror som kommer från växter eller djur.

Många bioplaster är nedbrytbara.

@ Termoplaster blir formbara när vi värmer upp dem. När plasten kallnar stelnar den. Två exempel på termoplaster är PVC och PET.

@ Återanvändning av plastprodukter, till exempel PET-flaskor, har stadigt ökat. I EU-länder med pantsystem för PET-flaskor ligger återanvändningen på 90 procent.

@ Härdplaster tillverkas av två eller flera ämnen som blandas. De starkaste plasterna är härdplaster. Härdplaster används i bland annat bilar, båtar och flygplan. Epoxi, akrylat och polyuretan är exempel på härdplaster.

414

@ Det som gör plaster hållbara är att atomerna i dem hänger samman i mycket långa kedjor av tiotusentals eller hundratusentals atomer. Många av dessa atomer är kolatomer, C.

@ Mikroplaster skapar miljöproblem i hav, bland annat eftersom fiskyngel och andra organismer äter mikroplasterna.

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

KAPITEL 9

Produkters livscykler Plaster Instuderingsfrågor

Aktivitet: Bioplaster

1. Vad betyder ordet plastisk?

Ta reda på mer

2. Det finns två slags plaster, vilka?

Till vad används bioplaster? Vilken typ av bioplast används till vad? Sök gärna på det engelska ordet bioplastics på nätet.

3. Förklara orden monomer och polymer.

4. Vad är skillnaden mellan återanvändning och återvinning?

5. Vad är bioplaster?

Tänk på att värdera faktakällorna källkritiskt.

6. Vilka organismer står för den största delen av biologisk nedbrytning?

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

415

LABORATION

Bioplast av majsstärkelse Majskolv och majsstärkelse.

Syfte

Utförande

Stärkelse är långa mer eller mindre grenade kedjor av glukosdelar. Grenarna på glukoskedjorna gör att kedjorna inte kan packas så tätt.

Mellan glukoskedjorna finns bindningar som blir starkare ju tätare kedjorna packas. Vätejoner från en syra, till exempel ättiksyra i vinäger, gör att grenarna på glukoskedjorna kapas av. Då kan glukoskedjorna packas tätare och bindningarna mellan kedjorna blir starkare.

För att plaster inte ska bli för hårda och sköra används kemikalier som kallas mjukgörare. Mjukgöraren glycerol gör att plasten kan binda vatten. Därmed hindras glukoskedjorna från att bilda kristaller och plasten blir mjukare. Syftet med denna laboration är testa att tillverka en bioplast.

1. Mät upp majsstärkelse, vatten, vitvinsvinäger och glycerol.

Materiel – 150 ml vatten – 5 ml glycerol, HOCH2CH(OH)CH2OH – 25 g majsstärkelse – 5 ml vitvinsvinäger (vinäger innehåller ättiksyra, CH3COOH) eller ättiksyralösning, 8 procent – några droppar hushållsfärg, till exempel grön – värmeplatta – 250 ml glasbägare

2. Häll majsstärkelsen i glasbägaren.

3. Häll i vattnet lite i taget i glasbägaren och rör om samtidigt med glasstaven så att alla klumpar löses upp.

4. Häll i vinäger.

5. Häll i glycerol och rör om.

6. Häll i ett par droppar hushållsfärg.

7. Värm på låg temperatur och rör om tills lösningen börjar tjockna.

8. Öka temperaturen på plattan successivt från låg till hög och fortsätt röra om.

9. Låt lösningen koka under omrörning tills den blir ganska genomskinlig.

10. Låt lösningen svalna lite och häll därefter upp den på tallrik eller liknande.

11. Låt din bioplast torka under ett par dagar.

Frågor 1. Vilken funktion har vinägern i laborationen?

2. Vilken funktion har glycerol i laborationen?

Riskbedöming Laborationen är inte riskfylld.

– glasstav att röra om med – något att hälla ut bioplasten på, till exempel aluminiumform för muffins, tallrik eller kristallisationsskål.

416

NE KEMI 7– 9 –––– 9. PRODUKTERS LIVSCYKLER

Register A absoluta nollpunkten 80 ackumulator 49, 52 akrylat 411 algblomning 255, 258 alkalimetall 97, 100 alkalisk 204 alkemist 62 alkohol 307 aminosyra 255, 345, 349 ammoniak 135, 159, 203, 255 ammoniumjon 255 ammoniumnitrat 207 anabolism 317, 320 anemi 353 anod 380 antibiotika 9 antikropp 345 argon 101, 154, 156 argonatom 93 aromatiska kolväten 297, 304 asteroid 395 atmosfären 135–136, 159, 165, 231 atom 15, 17, 43, 88, 109 atomkärna 87, 89 atommodell 87, 90 atomnummer 97–98 autopipett 61, 65 avdunstning 123, 187 A-vitamin 354 avloppsreningsverk 221 avloppsvatten 220–221 B bas 203, 207 basalt 240 basisk 187, 203–204 batteri 52, 377, 381 bergart 239–240, 389 bikarbonat 203 biodiesel 374 biogas 222 biologisk rening 219, 222 bioplaster 412 bioslam 219, 222 blandning 125 blyerts 281 bottendöd 258 brandsläckare 141 brom 101 brons 125

418

brunjord 245, 247 brännbart ämne 373 bränsle 141, 373 BTB 203, 205 butan 299 B-vitamin 355 byrett 61, 63, 65 C cancerogen 69 carat 284 celiaki 349 cellandning 109, 141, 289–291, 317, 369, 372 cellulosa 323, 326–327, 401, 404 CHNOPS 318 C-vitamin 355 D dagbrott 54, 391 dagvatten 219 Daniells element 382 degel 61, 65 degeltång 65 delokaliserad elektron 120 Demokritos 17 densitet 187 deponering 395 destillation 61–62, 123, 128, 307 destilleringskolv 64 diabas 240 diamant 281, 284 dieselmotor 374 disackarid 323, 326 DNA 9, 147, 255, 345–346, 349 dropprör 65 dubbelbindning 297, 300–302, 335 D-vitamin 354 dynamit 310 E E85 308 E-kolv 61, 64 elektrod 49, 51 elektrokemi 378 elektrokemisk cell 381 elektrokemisk spänningsserie 56 elektrolys 377, 379 elektrolyt 49, 51–52, 380 elektromagnetisk växelverkan 89

elektron 15, 87, 89, 109 elektronikskrot 397 elektronparbindning 110, 282 elektronskal 87, 89–90, 109 Empedokles 45 energi 317 energiåtervinning 409 enkelbindning 297, 300, 335 enzym 345, 347, 354 epoxi 411 essentiella aminosyror 345–346, 349 etan 297, 299, 301 etanol 307–308 eten 297, 301–302, 409 etyn 297, 303 E-vitamin 354 experiment 26, 43, 45 extremväder 171 F farosymboler 69, 71 fas 79, 81 fast form 79, 81 fasövergång 79, 82 felkälla 27, 33, 39 fetter 317, 335–336, 340 fettlöslig 193–194 fettlösliga vitaminer 354 fettmolekyl 337 fettsyra 335, 337 fibrer 331 filtrering 61–62, 127 fjärrvärme 374 flotation 49, 55 fluor 101 flygsand 246 flytande form 79, 81 flytande kväve 149 fosfolipid 335–336 fossila bränslen 165, 167, 289, 292 fotosyntes 109, 141, 249, 289–291, 369, 371 freon 159, 177 fruktos 323, 327 fruktsocker 323 fryspunkt 83, 211, 213 fullkornsbröd 328 fullkornsprodukter 330 fytoplankton 255 fällningsreaktion 211 fältspater 242

NE KEMI 7– 9 –––– REGISTER

förbränning 141, 289, 369, 373 förbränningsmotor 369, 374 förbränningsreaktion 369, 373 förnybara bränslen 165 förstärkt växthuseffekt 166 försurning 207, 261, 263, 265 försvarsproteiner 347 förutsägelse 97 förångning 49, 79, 82 G gallium 397 galvaniskt element 377, 381 gasform 79, 81 gasol 69, 298 gasolbrännare 69, 72 gen 345, 349 gips 211 glaciär 187 global uppvärmning 169, 172 glukos 289–290, 323, 326, 371 glutamat 360 gluten 345 glycerol 307, 309, 335, 337 glykogen 323, 326–327, 404 glykol 309 gnejs 241 grafen 281, 283 grafit 49, 53–54, 281, 283 granit 240 grundvatten 219 grundämne 15, 17, 87, 124, 281 grupp 98 guld 103 gödsel 245, 252 H halogen 97, 100 halvmetall 97, 103–104 handelsgödsel 245, 252 havsnivå 170 helium 101, 154–155 hemoglobin 353 heptan 299 heterogen blandning 125 hexan 299 hjärt-kärlsjukdomar 340 homogen blandning 125 hydroxidjon 187, 203, 205, 207 hypotes 33, 35 hållbar utveckling 395 härdplaster 409, 411 I icke-metall 97, 103 idisslare 165 indikator 203, 205

NE KEMI 7– 9 –––– REGISTER

indunstning 61–62, 123, 126 infiltration 187 IPCC 169 isotop 87, 90 J jod 101 jon 49, 87, 193, 211–212 jonbindning 117–118 jonförening 87, 91, 123–124, 211 jord 245–246 jordart 245–246 jorden 232 jordkärna 231, 233–234 jordmagnetism 234 jordmån 245, 247 jordskorpa 231, 233, 235 järn 354–356 järnmalm 391 järnmetall 390 K kalcium 354 kalciumkarbonat 211 kalium 100, 354 kalksten 240, 262, 265 kalkylprogram 33 karbonat 239 katabolism 317, 319 katod 380 kaustiksoda 211 kemi 9–10 kemikalie 43 kemisk bindning 117 kemisk energi 289, 317, 369–370 kemisk förening 15, 123–124 kemisk pappersmassa 405 kemisk reaktion 15, 19 kemisk reaktionsformel 19 kemisk rening 219, 222 kemisk symbol, se kemiskt tecken kemiskt tecken 15, 17 kemisk vittring 251 kiselgur 310 klassificera 123 klimat 159 klimatförändring 168 klimatkonvention 173 klor 101 kloratom 93 kloridjon 93 kloroplast 371 klämmare 61, 64 kobolt 49, 57 kokosfett 338 kokpunkt 79 koksalt 211

kol 281–282 kolatom 282, 290, 292 kolatomens långsamma kretslopp 292 Kolatomens snabba kretslopp 290 koldioxid 109, 135, 141, 143, 165, 167, 290, 371 koldioxidhalt 169 kolesterol 335–336 kolförening 285 kolhydrat 317, 323–324 kolsyra 203, 261 kolväten 297–298 kondensation 79, 82, 187 kondensationspunkt 79, 82 konserveringsmedel 211, 213 konsistens 359, 361 konstgödsel 150, 203, 245 kontinent 231, 235 kontraktila proteiner 347 kontrollgrupp 33 konvention 165 koppar 381 korallblekning 171 korrosion 49 kost 317 kostfibrer 323, 331 kosttillskott 353 kovalent bindning 109–110, 117, 119, 147, 281–282, 285 kretslopp 141, 187, 255 kristall 211–212 kristallationskolv 65 kristallform 212 krypton 154, 156 kvarts 239, 241–242 K-vitamin 354 kväve 147–148, 255 kvävebas 147 kvävedioxid 159–160, 255, 261 kvävefixerande bakterier 256 kvävefixering 255 kvävemolekyl 148 kvävemonoxid 255, 261 kväveoxid 257, 261, 263, 265 kvävets kretslopp 255–256 källa 23, 29 källkritik 23, 29 kärna 18, 89 L laboration 23–24, 26 laborationsrapport 25 lackmus 203–204 laser 153 latex 412 legering 123, 125, 389–390 Lemoigne, Maurice 412 lera 245–246

419

lever 196 linjediagram 38 linne 401 linolensyra 337 linolsyra 337 lipider 335–336 litium 49–50, 56, 100 litiumjonbatteri 50 litteraturrapport 28 ljusenergi 371 luft 135, 159 luftförorening 159–160 långsamma kolhydrater 330 lättlösliga salter 214 lösning 123, 125, 193 lösningsmedel 193 M magma 231, 239 magmatisk bergart 239–240 magnesium 354 magnet 231 magnetisk pol 231 malm 49, 389–391 malmkropp 391 manteln 231, 233 massa 87 materia 43, 79, 123 material 9 matspjälkning 329 medelvärde 33, 38 mekanisk pappersmassa 404 mekanisk rening 219, 222 mekanisk vittring 251 melanin 177 Mendelejev, Dmitrij 105 mesosfären 135, 137–138 metabolism 319 metall 97, 103, 123, 389–390, 395 metallbindning 120 metallernas elektrokemiska spänningsserie 377, 379 metallisk bindning 117, 119–120 metamorf bergart 239, 241 metan 135, 159, 165, 297–300 metanol 307–308 meteor 138 meteorit 231 metod 36 mikroorganism 219 mikroplaster 409 miljögift 114, 193, 195, 409 mineral 49, 211, 239, 241, 389 mineralnäringsämne 353–354 mitokondrier 372 mobiltelefon 396 molekyl 15, 18, 43, 109–110 molekylförening 123–124

420

monomer 409, 411 monosackarid 323, 325 mortel 61, 65 mätcylinder, se mätglas mätglas 61, 65 mätkolv 61, 64 mätning 35 mätpipett 61, 65 mättade kolväten 297, 300 mättad fettsyra 335 mättat fett 335, 338 mögelsvamp 211 N nanorör 285 natrium 100, 354 natriumfluorid 101 natriumklorid 193, 211–212 naturgas 298 naturgummi 411–412 naturgödsel 245, 252 naturlig växthuseffekt 167 naturresurs 395 naturtillgång 395 nedbrytare 245, 250, 289 nedbrytning 245, 250 neon 102, 154–155 neonrör 102 neutral 203 neutralisation 211, 215, 261 neutron 15, 18, 87, 89 nitratjon 255 nitroglycerin 307, 309 Nobel, Alfred 310 Nobelpris 50 norrsken 137 NPK-gödning 245, 248 nylon 411 näring 318 näringsämne 193, 245, 317–318 närsalt 198, 245 O observation 23, 33, 35 oktan 299 oligosackarid 323 olja 193, 298, 335 oljesyra 337 omega-3-fettsyror 340 omvandlad bergart 239 omättade kolväten 297, 301 omättat fett 335, 338 oorganiska föreningar 353 organiska föreningar 281, 353 organiska molekyler 286 organisk kemi 281 organism 289, 317

oxid 239 oxidation 141, 377–378, 380 ozon 135–136, 141, 159, 177–178 ozonhålet 178 ozonskiktet 177 P papper 401, 403 pappersbruk 403 pappersförpackning 405 pappersmassa 401–403 Parisavtalet 173 partikel 79 peleusboll 61, 66 penicillin 9 pentan 299 peptidbindning 350 period 98–99 periodiska systemet 97–98, 104 PET 411 petroleum 298, 412 PFAS 114 PFOS 114 pH 204 PHB 412 pH-meter 203 pH-skala 203 pH-värde 159, 203, 205, 261 pistill 61, 65 plast 409–410 platta 231 podsol 245, 247 pol 231 poly-3-hydroxibutyrat 412 polyester 411 polyeten 301, 409, 411 polymer 409, 411 polysackarid 323, 326–327 polyuretan 411 por 123 produkt 15 propan 299 protein 147, 255, 317, 345 proton 15, 18, 87, 89 provrör 65 PVC 410 R radon 154, 156 reaktant 15, 20 reaktionspil 19–20 receptorproteiner 345, 347 redoxreaktion 378 reduktion 377–378, 380 reglerande proteiner 345, 347 reningsverk 221 returpapper 406

NE KEMI 7– 9 –––– REGISTER

rundkolv 61, 64 rådata 33 råvara 401 S sackarid 325 sackaros 323, 326 salpetersyra 261 salt 91, 211–213 saltbildare 100 sandsten 240 sedimentation 289 sedimentär bergart 239–240 seismisk våg 231 separationsmetod 126 separationstratt 127 sidokedja 349 silikat 242 simulering 23, 25, 177 skiffer 240 skrot 395 skyddsglasögon 69, 72 slump 33, 36 smak 360 smaklök 359–360 smakreceptorer 359 smaksinne 359–360 smida 97 smog 159, 162 smältning 79, 82 smältpunkt 49, 79 snabba kolhydrater 330 socker 323, 325 sockerart 323, 325 solcell 395 solskydd 179 spårämne 353–354 stabil 97, 147 stark växelverkan 87, 89 stearinsyra 337 stelning 79, 83 stenkol 281, 285 stensalt 211 steroider 336 stratosfären 135, 137–138 strukturproteiner 345, 347 ström 49 stål 390 stärkelse 289, 323, 326–327, 404 sublimation 79, 83 sublimering 83 sugkolv 64 sulfid 239 sur 187, 203–204 sur nederbörd 159, 261, 263–264 svaveldioxid 159–162, 265 svavelsyra 261 svårlösliga salter 215

NE KEMI 7– 9 –––– REGISTER

syntes 281 syntetisk 411 syntetiskt ämne 281 syra 203, 206, 261 syre 141–142, 178, 290, 371 syreatom 112 syrets kretslopp 142 systematisk undersökning 33 säkerhetsregel 72 sällsynt jordartsmetall 392 sättkolv 64 sötvattensfisk 198 T Tellus 232 tensid 193–194 termisk expansion 169 termoplaster 409–410 termosfären 135, 137–138 torka 170 torrt nedfall 159, 161 transfetter 335, 341 transpiration 187 transportproteiner 345, 347 trefot 61 trevärda alkoholer 307 triglycerid 335, 337 trippelbindning 297, 300, 303 trisackarid 323 tropopausen 137 troposfären 135, 137 trä 401–402 träkol 281, 285, 373 träslag 401–402 tunga 360 tungmetall 389–390 tvål 193 tvåvärd alkohol 307 U ultraviolett strålning 178 umami 360 undersökningsbar fråga 33, 35 undersökningsmetod 35 urglas 61, 65 urin 196, 257 urinämne 257, 345, 349 urlakning 261 utsläppsrätt 174 UV-strålning 135–136, 177–178 V vakuol 193, 199 valenselektron 87, 92, 109, 153, 281 variabel 33, 36 vatten 187–188, 290, 371 vattenbrist 223

vattenlöslig 193–194 vattenlösligt vitamin 355 vattenmolekyl 112, 189 vattenrening 220 vattentorn 219, 221 vattenverk 219 vattenånga 187, 189 vattnets kretslopp 188 vax 336 ved 373, 401 vegetabilisk 335 vetenskaplig modell 97 vira 401, 403 vitamin 353–354 vittring 245, 251 vollpipett 61, 65–66 vulkan 231 vulkanisk bergart 239–240 vulkanutbrott 235 våtmark 257 vått nedfall 159, 161 vägsalt 211, 213 värme 79 värmeenergi 80 väte 99 väteatom 112 vätejon 187, 203, 205 vätemolekyl 110 växthuseffekt 141, 159, 165–166 växthusgas 141, 143, 159, 165, 167, 289 växtnäring 245, 252 växtplankton 255 Z zink 381 zooplankton 255 Å åskådarjon 378 återanvändning 395, 409 återvinning 395, 409 Ä ädelgas 97, 101, 109, 153–154 ädelgasstruktur 87, 92, 94, 109, 111, 153, 155 ädelmetall 379, 390 äggviteämnen 347 ämnesomsättning 289, 317, 319 Ö övergångsmetall 99, 104 övergödning 257 översvämning 171

421

Bildförteckning Omslag: Rawpixel Infografik och huvudillustratör: Erik Nylund 8 10 11 12 14 16 17:1 17:2 22 24 25 29 32 34 36 39 42 44 45 46 48 50:1 50:2 51 54:1 54:2 56 57:1 57:2 60 62 63 64 422

nikkytok/Shutterstock Simon Bergström/Mostphotos gabyjalbert/vtwinpixel/Getty Images Eye Of Science/Science Photo Library/IBL/TT Sebastian Duda/Shutterstock Zelenskaya/Shutterstock Tsuguliev/Shutterstock Georgios Kollidas/Shutterstock Dark_Side/Shutterstock Halfpoint/Shutterstock Ian Redding/Shutterstock Naumova Ekaterina/Shutterstock Bershadsky Yuri/Shutterstock smereka/Shutterstock Gyuszko-Photo/Shutterstock Ian 2010/Shutterstock Zakharova_Elena/Shutterstock stable/Shutterstock Panksvatouny/Shutterstock PRESSLAB/Shutterstock Yang Bo/China News Service/Getty Images Kyodo News/Getty Images Jonathan Cohen/Binghamton University/AP/TT Scharfsinn/Shutterstock RHJPhtotos/Shutterstock Boliden AB Cavan-Images/Shutterstock Guitar photographer/Shutterstock RHJPhtotos/Shutterstock Paul Steeger/Getty Images Rabatti-Domingie/AKG/TT Paul Sinner/Public Domain smereka/Shutterstock

66 68 72 74:1 74:2 74:3 74:4 78 82 86 88 90 96 99 100 101 102 103:1 103:2 105 108 114 116 122 124 125 126 127:1 127:2 128 134 136 137 140 146 148

Noiel/Shutterstock Shy Al Britanni/Getty Images Rabbitmindphoto/Shutterstock Yeti studio/Shutterstock tanuha2001/Shutterstock Davydenko Yuliia/Shutterstock pics five/Shutterstock Andrii Medvednikov/Shutterstock Artiom Photo/Shutterstock Lorenzo R/Shutterstock University of Sydney/Science Photo Library/TT Ulf Nilsen/TT jroballo/Getty Images ANON MUENPROM/Shutterstock ZGPhotography/Shutterstock fotografos/Shutterstock Stefan Holm/Shutterstock lapas77/Shutterstock pavelgr/Shutterstock Corbis-Bettmann/TT Photobank.kiev.ua/Shutterstock Stephan Morris/Shutterstock Angelaoblak/Shutterstock Anthony Bradshaw/Getty Images Emelie Lundman/Shutterstock exopixel/Shutterstock ranguin remi/Shutterstock Andrew Lambert Photography/Science Photo Library/TT Microgen/Shutterstock Andrew Lambert Photography/Science Photo Library/TT Miguel Silva villalva/Shutterstock Belish/Shutterstock AlbertoGonzalez/Shutterstock Dudarev Mikhail/Shutterstock Kristina Medvedeva/Shutterstock oticki/Shutterstock

149 152 154 155 156:1 156:2 158 161 162 164 167 168 170 171:1 171:2 172 176 178 179 182 186 188:1 188:2 192 194:1 194:2 197 198:1 198:2 199:1 199:2 202 204 205 206 207:1 207:2 210 212:1

Andrei Tchernov/iStock Vidic Bojan/Shutterstock Sven Hansche/Shutterstock Chireau/Shutterstock Ravelios/Shutterstock Artem Samokhvalov/Shutterstock VanderWolf Images/Shutterstock Anders Peter Photography/ Shutterstock testing/Shutterstock DimaBerlin/Shutterstock Anton Havelaar/Shutterstock MikeDotta/Shutterstock Romaine W/Shutterstock Ekaterina Pokrovsky/Shutterstock Ethan Daniels/Shutterstock Minerva Studio/Shutterstock studio23/Shutterstock NASA RuslanDashinsky/Getty Images wavebreakmedia/Shutterstock EZ2LA/Shutterstock Coy_Creek/Shutterstock Stuedal/Shutterstock Dirk M. de Boer/Shutterstock Africa Studio/Shutterstock imagedb.com/Shutterstock Sean Steininger/Shutterstock robert mcgillivray/Shutterstock narikan/Shutterstock OhEngine/Shutterstock Catherine Eckert/Shutterstock Lapina/Shutterstock Science Photo Library/TT Ruven Pinkhasov (CC BY-SA 4.0) James R.D. Scott/Getty Images Africa Studio/Shutterstock Andrè Maslennikov/IBL/TT GuilhermeMesquita/Shutterstock Power and Syred/Science

NE KEMI 7– 9 –––– REGISTER

212:2 213 215 218 220:1 220:2 221 222 223 226 230 232 233 238 240:1 240:2 241:1 241:2 244 246:1 246:2 247:1 247:2 248 250 251 252 254 257:1 257:2 258 260 262 268 270 271 272:1 272:2 276 280 282 283

284 285

Photo Library/IBL/TT Howard Sayer/Shutterstock Gudella/Mostphotos kakteen/Shutterstock Dennis Diatel/Shutterstock Mikhail Markovskiy/Shutterstock fotorath/Shutterstock ymgerman/Shutterstock africa924/Shutterstock Carolina Byrmo/Aftonbladet matkub2499/Shutterstock ImageBank4u/Shutterstock NASA zebra0209/Shutterstock Allen.G/Shutterstock Zebra-Studio/Shutterstock ginger_polina_bublik/Shutterstock Massimo Santi/Shutterstock bjphotographs/Shutterstock Lasse Johansson/Shutterstock Martin Steiner 77/Shutterstock Aleks Kvintet/Shutterstock michal812/Shutterstock Ievgenii Meyer/Shutterstock yuris/Shutterstock Juan Carlos L. Ruiz/Shutterstock Karlsson Photo/Shutterstock encierro/Shutterstock Real_life_photo/Shutterstock Lasse Johansson/Shutterstock Tupungato/Shutterstock Remus Kotsell/Getty Images Kumchai/Shutterstock Ultrasto/Shutterstock Milos Luzanin/Shutterstock Timofeev Vladimir/Shutterstock dabjola/Shutterstock Stella Photography/Shutterstock DimaBerlin/Shutterstock SlayStorm/Shutterstock Smithsonian VICUSCHKA/Shutterstock Andre Geim and Kostya Novoselov/Science Photo Lobrary/IBL/TT Bjoern Wylezich/Shutterstock G_O_S/Shutterstock

NE KEMI 7– 9 –––– BILDFÖRTECKNING

288 296 298 300 302 303 306 309 310 312 316 319 322 324 327 328 331 334 336 338 341:1 341:2 344 346 348:1 348:2 348:3 348:4 348:5 348:6 348:7 348:8 348:9 352 354 355 358 360 361:1 361:2 364 368 370 373

Cavan Images/Getty Images Speed Stock/Shutterstock Richard Peterson/Shutterstock Leonid Ikan/Shutterstock Labrador Photo Video/Shutterstock Nurul Akmal/Shutterstock Wenig Boese/Shutterstock Africa Studio/Shutterstock Paramonov Alexander/Shutterstock NIKCOA/Shutterstock Drazen Zigic/Shutterstock Jacek Chabraszewski/Shutterstock Natasha Breen/Shutterstock Gayvoronskaya_Yana/Shutterstock Sunflower Light Pro/Shutterstock Vibe Images/Shutterstock Africa Studio/Shutterstock itor/Shutterstock Dolores M. Harvey/Shutterstock Tina Larsson/Shutterstock Kwangmoozaa/Shutterstock Steve Cukrov/Shutterstock MariaKovaleva/Shutterstock Ben Gingell/Shutterstock Gorloff-KV/Shutterstock Ekaterina Lin/Shutterstock New Africa/Shutterstock Evgeny Karandaev/Shutterstock 18042011/Shutterstock Volodymyr Krasyuk/Shutterstock azure1/Shutterstock all_about_people/Shutterstock hsagencia/Shutterstock DenisMArt/Shutterstock Kongsak/Shutterstock Deyan Georgiev/Shutterstock Hamedgha/Shutterstock Mike Rosecope/Shutterstock granata68/Shutterstock Africa Studio/Shutterstock Teevit Lertchaturaporn/Shutterstock IvanovaEva/Shutterstock adriaticfoto/Shutterstock Shaiith/Shutterstock

374 376 378 381

384 388 390 391 392 394 396 397:1 397:2 400 402 403 405:1 405:2 408 410 411 412 413 414 416

Wirestock Creators/Shutterstock Zoomik/Shutterstock Andrew Lambert Photography/Science Photo Library/TT USTC Institute of Advanced Technology and Tsinghua University Press/Science Photo Library/TT giedre vaitekune/Shutterstock VanderWolf Images/Shutterstock Yury Zap/Shutterstock Fredric Alm/LKAB Alexanderstock23/Shutterstock Rob Crandall/Shutterstock Marc Calleja/Shutterstock JHMimaging/Shutterstock Naruedom Yaempongsa/ Shutterstock Olga Danylenko/Shutterstock Patrick Degerman/White Arkitekter Mark Winfrey/Shutterstock Odua Images/Shutterstock Pakenee Kittipinyowat/Shutterstock Mulad Images/Shutterstock Roman Rybaleov/Shutterstock Unkas Photo/Shutterstock MikeDotta/Shutterstock Fotos593/Shutterstock Fredrik Augustsson/Mostphotos NIKCOA/Shutterstock

423

Period (visar antal elektronskal)

Li

4

Be

7

6

5

Ca

K

4

Sr

38

Ba

56

Ra

88

francium radium

Fr

87

cesium barium

Cs

55

rubidium strontium

Rb

37

kalium kalcium

Sc

3

yttrium

Y

skandium 39

natrium magnesium 19 20 21

Mg

12

Na

11

litium beryllium

3

H

väte

2

3

2

1

1

1

5

Ti

Zr

Rf

V

Nb

Db

105

tantal

Ta

73

niob

41

vanadin

23

Tc

Ru

44

järn

Fe

26

8

Rh

45

kobolt

Co

27

9

Re

75

Os

76 77

Ir

tekne- rutenium rodium tium

43

mangan

Mn

25

7

Sg

106

Bh

107

Hs

108

Mt

109

volfram rhenium osmium iridium

W

74

molybden

Mo

42

krom

24

Cr

6

Ni

Pd

Ds

110

platina

Pt

78

palladium

46

11

Cu

Ag

Cd

48

zink

30

Zn

12

Rg

111

guld

Au

79

Cn

kvicksilver 112

Hg

80

Si

C

kol

14

6

14

Ge

N

P

As

33

fosfor

15

kväve

7

15

O

S

Se

34

svavel

16

syre

8

16

In

Tl

Nh

nihonium

113

tallium

81

Fl

flerovium

114

bly

Pb

82

tenn

Sn

Mc

Te

Lv

polonium 116

Po

84

tellur

F

Cl

Br

I

Ts

117

astat

At

85

jod

53

brom

35

klor

17

fluor

9

17

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

Og

118

radon

86

xenon

54

krypton

36

argon

18

neon

10

helium

2

18

mosko- liver- tenness oganesvium morium son

115

vismut

Bi

83

antimon

Sb

gallium germa- arsenik selen nium 51 49 50 52

Ga

alumikisel nium 31 32

Al

B

bor

13

5

13

silver kadmium indium

47

koppar

29

atomnummer

nickel

28

10

ruther- dubnium seabor- bohrium hassium meitne- darm- röntge- copergium rium stadtium nium nicium fordium

104

hafnium

Hf

72

zirkonium

40

titan

22

okända egenskaper

icke-metaller

halvmetaller

metaller

4

Grupp (ger ledning om antal valenselektroner)

Periodiska systemet

NE Kemi 7– 9 NE Kemi 7–9 täcker det centrala innehållet i kursplanen för kemi 7–9 (Lgr22). Boken innehåller kapitlen Vad är kemi?, Materia är partiklar, Luften, Vattnet, Jorden, Kolets kemi, Matmolekyler, Kemisk energi och Produkters livscykler.

Syftet är att väcka intresse för kemi som ämne genom vardagliga exempel och kopplingar till viktiga samhällsföreteelser. Boken ger eleven kunskaper om kemins begrepp och förklaringsmodeller, förmåga att använda kunskaperna för ett källkritiskt förhållningssätt samt förmåga att genomföra systematiska undersökningar i kemi.

Tillsammans med resurserna i NE:s digitala läromedel, som filmer, extramaterial, simuleringar, interaktiva visualiseringar, självrättande övningar, stödfunktioner och lättläst version av texten, har du stora möjligheter att anpassa undervisningen och lärandet utifrån varje elevs behov och förutsättningar.

ISBN 978-91-88423-77-1

9

789188

423771