9789151109329

Naturligtvis NATURKUNSKAP 2

KARL-NIKLAS HULT PETER OLSSON

INNEHÅLL

AMATERIA I MILJKÖ OCH SAMHÄLLE 6

A1 Egna vetenskapliga undersökningar 7

Testa dig själv 16

A2 Atomer 17

Testa dig själv 21

A3 Kemiska föreningar 22

Testa dig själv 31

Fördjupning – Polära och opolära molekyler 32

A4 Organisk kemi 33

Testa dig själv 42

Fördjupning – Organiska föreningar från alger 43

A5 Miljögifter 44

Testa dig själv 49

Fördjupning – DDT - från framgång till miljöhot 50

Sammanfattning 51

Uppgifter 52

BUNIVERSUM OCH MATERIANS UPPKOMST 54

B1 Vår plats i universum 55

Testa dig själv 60

B2 Vår världsbild förändras 61

Testa dig själv 65

Fördjupning – Paradigmskiften 66

B3 Stjärnor är grundämnesfabriker 67

Testa dig själv 73

Fördjupning – Spektralanalys 74

B4 Universums ursprung 75

Testa dig själv 80

B5 En planet med liv 81

Testa dig själv 87

Fördjupning – Sökandet efter intelligent liv på andra planeter 88

B6 Teknikutveckling 89

Testa dig själv 93

Sammanfattning 94

Uppgifter 96

C LIVET UTVECKLAS 98

C1 Livets uppkomst 99

Testa dig själv 104

C2 Evolutionsteorin 105

Testa dig själv 114

C3 Artbildning 115

Testa dig själv 121

Fördjupning – Massutdöenden 122

C4 Människans evolution 123

Testa dig själv 129

Fördjupning – Spår av neandertalare i vårt DNA 130

C5 Sjukdomarnas evolution 131

Testa dig själv 139

Sammanfattning 140

Uppgifter 141

DTRANSPORT OCH ÄMNESOMSÄTTNING 142

D1 Ämnestransport i celler 143

Testa dig själv 151

Fördjupning – Cellandningen 152

D2 Från cell till kropp 153

Testa dig själv 157

D3 Hjärt- och kärlsystemet 158

Testa dig själv 171

Fördjupning – Reglering av blodtrycket 172

D4 Andningssystemet 173

Testa dig själv 184

D5 Matspjälkningssystemet 185

Testa dig själv 197

Fördjupning – Dålig munhälsa 198

Fördjupning – Laktosintolerans och laktosfria produkter 199

D6 Utsöndringssystemet 200

Testa dig själv 205

Sammanfattning 206

Uppgifter 208

EFÖRSVAR OCH KOMMUNIKATION 210

E1 Blodet 211

Testa dig själv 216

Fördjupning – Blodets koagulation 217

Fördjupning – Lymfsystemet 218

E2 Immunförsvaret 219

Testa dig själv 229

Fördjupning – Allergier 230

Fördjupning – Virusinfektioner 232

E3 Hormonsystemet 233

Testa dig själv 244

Fördjupning – Hormonella preventivmedel 245

E4 Nervsystemet 246

Testa dig själv 258

E5 Psykisk hälsa 259

Testa dig själv 267

Sammanfattning 268

Uppgifter 270

Facit 272

Register 277

Bildförteckning 280

A

MATERIA I MILJÖ

OCH SAMHÄLLE

A1 Egna naturvetenskapliga undersökningar

A2 Atomer

A3 Kemiska föreningar

A4 Organisk kemi

A5 Miljögifter

A1 Egna vetenskapliga undersökningar

Diskutera

Varför kan det vara viktigt att kunna planera och utföra en egen vetenskaplig undersökning?

Att kunna planera och utföra egna vetenskapliga undersökningar är ett återkommande inslag i skolans naturvetenskapliga ämnen.

De läkemedel som säljs i Sverige måste ha godkänts av Läkemedelsverket eller Europeiska läkemedelsmyndigheten. Innan dess har läkemedlet genomgått en rad noggranna vetenskapliga tester.

Ett naturvetenskapligt arbetssätt

Det övergripande syftet med alla naturvetenskapliga undersökningar är att på olika sätt beskriva hur såväl vi själva som vår omvärld är uppbyggda och fungerar. För att göra det används den vetenskapliga metoden. Det är en systematisk process för att samla in och bearbeta data från observationer och experiment. En av styrkorna med den vetenskapliga metoden är att resultaten kan samlas in och analyseras på ett objektivt sätt utan att de påverkas av våra personliga åsikter och värderingar. På så sätt kan vi skapa tillförlitlig kunskap.

Att formulera frågeställningar och hypoteser

När vi gör egna undersökningar utgår de i regel från frågeställningar och hypoteser. Innan vi börjar skriva dem kan det vara en god idé att läsa in sig på ämnet som undersökningen ska handla om. På så sätt får vi reda på vad andra har undersökt och kommit fram till. Det gör att vi kan planera vår egen undersökning så att den fyller i eventuella kunskapsluckor inom ämnet.

En frågeställning är formulerad som en fråga, exempelvis om vad något beror på eller hur något fungerar. Är frågeställningen för generell kan den inte besvaras. Det måste också finnas något sätt att samla in mätbara data på. Det är därför bra att fundera på hur mätbara data ska samlas in redan då frågeställningen formuleras. I en naturvetenskaplig undersökning är det också vanligt att det finns en hypotes.

En hypotes är formulerad som ett påstående som förklarar hur något i världen fungerar. För att hypotesen ska vara

vetenskaplig måste den vara såväl testbar som falsifierbar. Det betyder att det måste gå att undersöka hypotesen i observationer och experiment. I experiment testas om en förutsägelse (ett förväntat resultat om vi utgår från att hypotesen stämmer) faktiskt inträffar. En hypotes är falsifierbar om det går att göra experiment som motbevisar hypotesen.

Exempel på en frågeställning

Hur påverkar koncentrationen av socker (sackaros) i en jästlösning mängden koldioxid som bildas i jäsningsprocessen?

Att svara på frågeställningar och testa hypoteser

Exempel på en hypotes

Om jäsningen påverkas av sockerhalten (sackaros) så kommer volymen koldioxid som bildas öka i takt med att sockerhalten ökar.

Det är viktigt att såväl frågeställningar som hypoteser är avgränsade och specifika. Är de för generella går de inte att besvara eller testa. I exemplet anges även en förutsägelse om vad det förväntade resultatet av undersökningen kommer att vara om hypotesen stämmer.

För att besvara frågeställningar och testa hypoteser behöver vi samla in mätbara data i olika experiment. Datan samlas in för två typer av variabler. Den oberoende variabeln är den som hypotesen påstår påverka något, medan den beroende variabeln är det som hypotesen påstår skulle påverkas. I exemplet ovan är sackaroshalten den oberoende variabeln och mängden koldioxid som produceras den beroende variabeln. Därefter letar vi efter mönster i datan, om det exempelvis bildats olika mycket koldioxid beroende på hur mycket socker det finns i jästlösningen. I experiment är det viktigt att undvika att andra variabler, förutom den man vill testa, påverkar försöket. Sådana variabler kallas för störvariabler. Det skulle i exemplet kunna vara att de olika jästlösningarna har olika temperatur, pH eller låtits reagera olika länge.

I ett naturligt experiment (observationsstudie) sker insamling av data utan att den oberoende variabeln manipuleras. Observationsstudier är exempelvis användbara då det av etiska eller tekniska skäl inte är lämpligt att utföra experiment. Genom att observera hur människor påverkas (naturlig variation) då de av misstag utsatts för radioaktivitet eller giftiga kemikalier kan vi få kunskap utan att behöva göra ett farligt och oetiskt experiment. Eftersom miljön inte kontrolleras noga finns eventuellt större effekt av störvariabler och det är svårt att dra slutsats om

orsakssamband. Enkätstudier och astronomiska observationer är exempel på naturliga experiment.

I ett kontrollerat experiment manipuleras den oberoende variabeln medvetet. I exemplet innebär det att vi skapar olika jästlösningar där koncentrationen av socker (sackaros) varierar. Kontrollerade experiment sker ofta i ett laboratorium där de kan kontrollera störvariablerna. Det gör det lättare att dra säkra slutsatser. En nackdel är att den kontrollerade miljön är onaturlig jämfört med naturen, där fler faktorer samverkar.

De grupper där vi tillsatt eller förändrat något kallas för försöksgrupper. Den grupp som inte utsatts för den oberoende variabeln kallas för kontrollgruppen. I ett experiment är det viktigt att alla mätningar sker noggrant och att rätt typ av mätutrustning används. På så sätt minskas osäkerheten. För att minska risken att resultaten enbart beror på slumpmässig variation är det också viktigt att experimentet utförs mer än en gång. Varje upprepning kallas för ett replikat. Ett försök kan antingen upprepas genom att vi gör flera parallella mätningar samtidigt eller genom att ett och samma försök upprepas flera gånger efter varandra.

Beroende variabel: Volymen koldioxid som bildas under jäsningen.

Kontrollerade variabler: Lösningens temperatur, volymen vatten och mängden jäst.

I försöket undersöks hur koldioxidproduktionen beror på mängden socker i lösningen. I försöket hålls temperaturen i lösningen konstant. Även mängden vatten och jäst hålls konstanta. Försöket pågår också bara under en viss bestämd tid. Koldioxiden som bildas under jäsningen samlas upp i ett vattenfyllt uppochnedvänt rör.

Jästceller

Oberoende variabel: Sockerhalten i lösningen.

Att analysera data och dra slutsatser

När resultaten samlats in ska de analyseras. Genom att presentera sina data i tabeller och diagram blir det lättare att kunna urskilja trender, korrelationer och skillnader mellan de olika grupperna.

Om den data som samlats in överensstämmer med hypotesens förutsägelse ger det stöd åt att hypotesen är sann. Anledningen till att man säger att det ”ger stöd åt” istället för ”bevisar” beror på att vi faktiskt inte kan lämna några garantier för att våra hypoteser är korrekta. Det kan vara så att vi inte varit tillräckligt noggranna eller så kan slumpen ha påverkat vårt resultat. Flera replikat ger ett starkare stöd för att hypotesen stämmer än om resultatet kommer från en enskild undersökning. Vi kan inte heller utesluta att en okänd störvariabel ligger bakom resultatet. Här är kontrollgruppen viktig för att stärka slutsatsen. Eftersom kontrollgruppen utsatts för experimentet på samma sätt som testgrupperna borde skillnaden mellan kontrollgruppen och testgruppernas resultat endast bero på förändringar av den oberoende variabeln.

I de fall som den insamlade datan motbevisar hypotesen säger vi att hypotesen ”förkastas”. Det betyder att vi behöver hitta en ny förklaringsmodell till det vi vill undersöka. För att testa den nya förklaringsmodellen behöver nya hypoteser formuleras. Bara för att en hypotes förkastas behöver det inte

I tabellen visas mätdata för kontrollgruppen och de fyra olika försöksgrupperna. Notera att det ska finnas tydliga rubriker i tabellen där enheterna på det som mäts ska anges inom parentes.

Volym koldioxid som bildas (ml)

Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5 Medel

alls betyda att undersökningen på något sätt varit bortkastad. Tvärtom kan motbevisade hypoteser sägas vara en viktig del av den vetenskapliga metoden. Det leder med tiden till att felaktiga förklaringar rensas bort och att vetenskapen utvecklas.

Frågeställning

Syftet med en undersökning preciseras genom att frågan ställs: Hur påverkar koncentrationen av socker (sackaros) i en jästlösning mängden koldioxid som bildas i jäsningsprocessen?

Hypotes

En hypotes formuleras: Om jäsningen påverkas av sockerhalten (sackaros) så kommer volymen koldioxid som bildas öka i takt med att sockerhalten ökar.

Hypotesen förkastas

Om förutsägelsen INTE inträffar kan hypotesen förkastas. Vi behöver hitta en ny förklaring.

Undersökningar

Hypotesen prövas genom att data samlas in från observationer eller experiment. I det här exemplet utförs ett experiment där olika mängder socker tillsätts jästlösningar i likadana E-kolvar. I en grupp tillsätts inget socker alls. Den utgör en kontrollgrupp.

Slutsatser

Resultaten analyseras för att avgöra om hypotesen kan förkastas eller inte.

Hypotesen stöds

Om förutsägelsen inträffar ger det stöd åt hypotesen.

Vetenskapliga teorier

Resultaten analyseras för att avgöra om hypotesen kan förkastas eller inte.

Hypoteser som har testats upprepade gånger och utvärderats av oberoende forskare kan med tiden upphöjas till vetenskapliga teorier. Till vetenskapliga teorier räknas endast de förklaringar som har den starkaste sannolikhetsgraden inom forskningen.

Att redovisa sin undersökning

Resultaten från en vetenskaplig undersökning kan redovisas på olika sätt, exempelvis med en poster, en muntlig redovisning eller en skri lig rapport. Oavsett i vilken form det här sker nns det delar som alltid bör nnas med. De är:

Titel

Det är viktigt att rapportens titel avspeglar innehållet i din undersökning.

Inledning

Här ger du nödvändig bakgrundsinformation som läsaren kan behöva känna till för att förstå din undersökning. Förklara svåra begrepp. Om din undersökning bygger på några speciella teorier bör de förklaras. Sätt gärna din undersökning i ett större sammanhang. Varför är det exempelvis viktigt att undersökningen görs? I inledningen ska också frågeställningen och eventuell hypotes finnas med.

Material och metod

Här beskriver du noggrant vilken utrustning som har använts samt hur experimentet utfördes. De som läser din beskrivning ska själva kunna upprepa experimentet.

Resultat

Här redovisar du resultatet av din undersökning. Använd gärna tabeller och diagram för att göra dina resultat lättöverskådliga. Om du har beräknat medelvärden kan de visas i diagrammet istället för alla mätdata. Tänk på att skriva förklarande tabell- och figurtexter i tabeller och diagram.

Diskussion

Här besvarar du din frågeställning eller utvärderar dina hypoteser genom att använda dig av dina resultat. Om det finns resultat som avviker eller gör att du inte kan dra någon säker slutsats kan du diskutera vad det kan tänkas bero på. Om du utgår från någon teori kan du också diskutera ifall dina slutsatser stödjer eller motsäger teorin. I diskussionen är det också vanligt att eventuella begränsningar och svagheter med försöket diskuteras. Du kan också ange förbättringsförslag till din undersökning samt föreslå hur undersökningen ska kunna utvecklas vidare.

Källförteckning

I alla vetenskapliga arbeten ska de källor som det refereras till i texten finnas angivna i form av en källförteckning. Det finns olika standardsätt för hur källförteckningen skrivs.

Säkerhet i laboratoriet

När naturvetenskapliga undersökningar planeras och utförs är det viktigt att utrustning och kemikalier används på ett säkert sätt. På så sätt kan risken för skada minskas. Ett sådant säkerhetstänkande kan också komma till användning i vardagslivet och i ett framtida yrkesliv. En del av säkerhetsarbetet handlar om att göra en riskbedömning innan vi påbörjar det praktiska arbetet. Detta gäller inte bara de laborationer där vi hanterar kemikalier och biologiskt material utan också i de fall vi samlar in svar via enkätundersökningar och intervjuer. I det praktiska arbetet, exempelvis i en laborationssal, finns vissa generella regler som måste följas. Det kan handla om att skolans säkerhetsföreskrifter måste följas och skyddsutrustning ska användas då läraren säger det. Det kan också vara att inga experiment får utföras utan lärarens tillstånd och det kan vara ett krav att närvara vid en säkerhetsgenomgång för att få vara med och delta. Utöver de generella reglerna kan det också finnas specifika regler som gäller vid arbete med kemikalier, öppen låga och biologiskt material.

Skadlig. Kan ge klåda och irritation på huden eller i ögonen. Kan ge allergi vid hudkontakt. Kan göra dig dåsig och yr.

Brandfarlig. Produkten är brandfarlig och kan brinna våldsamt. Den ska därför hållas borta från värme, gnistor och öppen låga.

Frätande. Farlig att få på huden, i ögonen eller i munnen.

Hälsofarlig. Produkten kan vara cancerframkallande, ge fosterskador och störa fortplantningen. Produkten är därför farlig att förtära.

Miljöfarlig. Produkten är farlig för vattenmiljön.

Giftigt. Produkten ger livshotande skador vid inandning, hudkontakt och förtäring.

För att förebygga skada och olyckor ska hälso- och brandfarliga produkter vara märkta med farosymboler.

Forskningsetik

När försök görs i skolan och när nya läkemedel testas behöver det funderas över om försöket får göras eller om det behövs tillstånd. I Sverige finns både lagar och en etikmyndighet som säkerställer att den forskning som görs på djur och människor inte orsakar onödigt lidande. När studier görs på människor är det en grundläggande etisk princip att deltagandet måste vara frivilligt. Försökspersonerna ska också ha lämnat ett informerat samtycke. Med det menas att de muntligt eller skriftligt ska ha godkänt att delta efter det att de fått utförligt information om vad ett deltagande innebär. Alla undersökningar som kan orsaka skada på den fysiska­ och psykiska hälsan behöver tillstånd från etikprövningsmyndigheten för att få utföras. Det gäller exempelvis försök med läkemedel. På motsvarande sätt behövs ett etiskt tillstånd om försöken utförs på ryggradsdjur och bläckfiskar. För att etikprövningsmyndigheten ska ge sitt godkännande behöver nyttan med studien överväga riskerna och lidandet den orsakar. Om det är möjligt ska i första hand alternativa metoder till djurförsök användas (3R­principen). Det kan exempelvis handla om att man inom medicinsk forskning testar olika typer av läkemedel på cellodlingar och vävnader istället för på försöksdjur. I skolmiljö kan försök istället göras på bakterier, jästceller och alger. 3R

Replace

Det innebär att du ersätter djurförsök med djurförsöksfria metoder.

Reduce

Det innebär att så få försöksdjur som möjligt ska användas.

Refine

Det innebär att försöksdjuren ska ha det så bra som möjligt.

Alla som arbetar med försöksdjur inom EU ska arbeta efter 3R-principen. Förkortningen står för replace (ersätta), reduce (minska) och refine (förfina). Det innebär att forskare inte får använda djurförsök om det finns en metod utan djur som kan ge samma resultat. Om djurförsök måste göras ska så få djur som möjligt användas och de ska inte behöva lida i onödan.

Försöket utförs på en cellkultur istället för på djur.

Forskare kan dela data och resultat med varandra.

Försöksdjuren hålls i en berikande miljö med inredning.

Det kan vara viktigt att notera att även enkätundersökningar och intervjuer behöver följa etiska riktlinjer. Till det hör att undersökningen inte får orsaka intrång i privatlivet eller röja känsliga personuppgifter. Svaren ska också i de fall där det är möjligt vara anonyma. I annat fall måste försökspersonerna ha gett ett informerat samtycke till att deras personuppgifter används.

Inom forskning är det inte heller tillåtet att plagiera, förfalska eller undanhålla resultat från sin forskning. Det räknas som forskningsfusk. Att plagiera kan innebära att man lämnar in någon annans arbete som sitt eget eller att man använder olika texter utan att namnge källorna. Forskare måste också ange var pengarna till forskningen kommit ifrån och om de har intressekonflikt, så att allmänheten kan bedöma om slutsatserna inte är vinklade.

TESTA DIG SJÄLV

1. Vad menas med att en hypotes måste vara falsifierbar?

2. Vilken är den beroende variabeln i hypotesen ”Luftföroreningarna bidrar till uppkomsten av astma”?

3. Vad kallas den grupp i ett experiment som inte utsatts för den oberoende variabeln i ett kontrollerat experiment?

4. Vad menas med ett kontrollerat experiment?

5. Vad betyder farosymbolen?

6. Vad menas med att plagiera inom forskningen?

A2 Atomer

Diskutera

Hur kan vi veta att våra kroppar och vår omvärld är uppbyggda av atomer?

Enligt atomteorin är omvärlden uppbyggd av små partiklar som kallas atomer.

Energin i kärnkraftverk kommer från kärnklyvning av stora atomkärnor, som uran. Processen kallas fission och är ett bevis på att atomkärnor, i motsats till vad Demokritos en gång trodde, inte alls är odelbara. I centrum av stjärnor sker en motsatt process. Där förenas mindre atomkärnor och bildar tyngre grundämnen i en process kallad fusion.

Atomkärnan

Idén om att all materia är uppbyggd av små oförstörbara partiklar brukar tillskrivas filosofen Demokritos, som levde under 400­talet f.Kr. Demokritos valde att kalla partiklarna atomer, vilket betyder odelbar. I slutet av 1800­talet upptäcktes radioaktiviteten som visade att atomer inte alls är odelbara. När större atomkärnor klyvs till mindre frigörs energi. Energin används i kärnkraftverk för att producera el. Den vetenskapliga teorin om atomens uppbyggnad som ligger till grund för allt vi vet om atomen idag har utvecklats från naturvetenskapliga upptäckter som gjorts under de senaste tvåhundra åren. Viktiga pusselbitar i det här arbetet är upptäckten av atomkärnan, elektronen, elektronskalen och neutronerna.

Enligt atomteorin finns det i centrum av atomen en atomkärna. Den är uppbyggd av positivt laddade protoner och oladdade neutroner. Båda partiklarna väger ungefär lika mycket, omkring 1 atommassenhet (1 u). Atomkärnorna hålls samman med hjälp av den kraft som heter den starka kärnkraften. Utan den skulle protonerna repelleras (stötas bort) från varandra eftersom de har samma elektriska laddning. Det är antalet protoner i kärnan som bestämmer vilket grundämne atomen tillhör. Till exempel har väteatomer alltid atomnummer 1 vilket betyder att det endast finns en proton i atomkärnan. Antalet neutroner i ett grundämne kan variera. Atomer med samma antal protoner men med olika antal neutroner kallas för isotoper. Vilken isotop av ett grundämne det är som avses anges av masstalet. Det är det sammanlagda antalet protoner och neutroner i atomkärnan. En isotop av grundämnet väte med masstalet 2 består därför av 1 proton och 1 neutron.

Varje elektron har laddningen –1 och massan 0 u

Varje neutron har laddningen 0 och massan 1u

Varje proton har laddningen +1 och massan 1u

Helium

Masstal (antalet protoner + antalet neutroner)

Atomnummer (antalet protoner)

Kemisk symbol för grundämnet

Överst visas en heliumatom och nedan väteatomer. Väte finns i naturen som en blandning av tre olika isotoper. De har samma antal protoner men olika antal neutroner. Den isotop av väte som saknar neutron är den dominerande i naturen. De två andra är sällsynta.

Runt atomkärnan finns negativt laddade elektroner. Eftersom de har en mycket mindre massa än protonerna och neutronerna räknas inte deras vikt med i masstalet. Elektronbanornas diameter är cirka 100 000 gånger större än atomkärnans diameter. Man kan därför säga att det mesta av en atom egentligen utgörs av tomrum. Elektroner kan endast finnas på vissa bestämda avstånd från kärnan i något av de olika elektronskalen. Egentligen är modellen med atomskal en förenkling.

Elektronerna rör sig snarare i en typ av ”elektronmoln” runt atomen. Modellen med elektronskal är dock användbar för att kunna förstå varför kemiska reaktioner sker.

Hur elektronerna är fördelade i de olika skalen kallas för elektronkonfiguration. Det innersta skalet, som ligger närmast kärnan, kallas K­skalet och i det kan det finnas totalt 2 elektroner. Utanför det finns L­skalet, där det kan finnas 8 elektroner och M­skalet, där det kan finnas upp till 18 elektroner. Hos grundämnen med atomnummer 1–20 fylls skalen inifrån och ut. Därefter finns specialregler för hur elektronskalen fylls på. Det är dock viktigt att notera att det yttersta skalet på en atom som mest kan innehålla 8 elektroner. Elektroner i det yttersta skalet kallas också för valenselektroner.

Atomkärna med 18 protoner och 22 neutroner

En atommodell över ädelgasen argon. Den har 8 valenselektroner i M-skalet, vilket är det yttersta skalet i argonatomen. Det innebär att atomen har ett fyllt sitt yttersta skal och att atomen därför ogärna reagerar med andra ämnen.

Periodiska systemet

K-skal (2 elektroner)

L-skal (8 elektroner)

M-skal (8 elektroner)

Ett grundämne består av atomer med samma atomnummer och kan inte brytas ner till enklare ämnen i kemiska reaktioner. På jorden finns 92 naturligt förekommande grundämnen. De två lättaste grundämnena är väte och helium medan det tyngsta naturligt förekommande grundämnen på jorden är uran. Utöver detta har 26 grundämnen skapats på konstgjord väg i partikelacceleratorer. Det innebär att det totalt finns 118 kända grundämnen som är ordnade på ett snillrikt sätt i det periodiska systemet. Där är ämnen organiserade på så sätt att atomnumret ökar från vänster till höger och från topp till botten i tabellen. Varje kolumn i tabellen kallas för en grupp och anger hur många valenselektroner en elektriskt neutral atom har. Varje rad i tabellen kallas för en period och anger hur många elektronskal det finns runt atomkärnan (enligt den förenklade modellen).

Här visas ett periodiskt system för grundämnen med atomnummer 1–20. De ämnen som tillhör samma period har lika många elektronskal. Ämnen som tillhör samma huvudgrupp har likartade kemiska egenskaper. Det beror på att de (med undantag av helium) har samma antal valenselektroner. Atommassan anger medelvärdet av de naturligt förekommande isotoperna av ämnet.

Det periodiska systemet är ett användbart sätt att organisera grundämnena på eftersom deras plats kan ge ledtrådar om ämnets egenskaper och dess beteende i kemiska reaktioner. Till exempel är grundämnena som är placerade i gruppen längst till vänster (huvudgrupp 1) i det periodiska systemet vanligtvis reaktiva och ger ifrån sig elektroner i kemiska reaktioner. Ämnena i gruppen näst längst till höger (huvudgrupp 17) är också reaktiva ämnen. Men istället för att ge ifrån sig elektroner, plockar de upp elektroner från andra ämnen så att det yttersta skalet får 8 valenselektroner. Ämnena i gruppen längst till höger i systemet (huvudgrupp 18), ädelgaserna, har redan ett fullt yttersta skal och reagerar därför ogärna med andra ämnen.

TESTA DIG SJÄLV

1. Vad betyder ordet atom?

2. Vad händer med en atomkärna då den genomgår fission?

3. Vad är skillnaden mellan ett grundämnes atomnummer och masstal?

4. Vad menas med en isotop?

5. Hur många protoner och neutroner finns det i isotopen kol-14?

6. Hur många valenselektroner har en oladdad kloratom?

A3 Kemiska föreningar

Diskutera

Varför bildar vissa ämnen kemiska föreningar med varandra?

Svartkrut är en blandning av ämnen. När krutet antänds reagerar beståndsdelarna med syret i luften och bildar gas, främst koldioxid. För varje kilogram krut som antänds bildas omkring 350 liter rökgaser. Det är den här gasen som ger kraft åt en kanonkula så att den kan flyga iväg i snabb hastighet.

Rena ämnen och blandningar

Inom kemin skiljer man på rena ämnen och blandningar. Till rena ämnen räknas grundämnen och kemiska föreningar. Om en viss materia består av ett enda grundämne betyder det att alla atomer har samma atomnummer. Ett exempel är guldatomerna i en guldkIimp. I materia som består av kemiska föreningar hänger olika grundämnen samman med varandra genom kemiska bindningar. Ett exempel är atomerna i en vattenmolekyl. Både grundämnen och kemiska föreningar kan tillsammans bilda blandningar. I en blandning finns inga kemiska bindningar mellan de olika ämnena. Respektive ämne har också kvar sina unika egenskaper. Blandningar kan antingen vara heterogena eller homogena. I en heterogen blandning går det att urskilja de olika ämnena från varandra. Ett exempel kan vara sand och salt blandat med varandra. I en homogen blandning kan de olika ämnena inte urskiljas. Sådana blandningar kallas också för lösningar. Ett exempel på en homogen blandning är luft som består av en blandning av kvävgas, syrgas, vattenånga, argon och koldioxid. Ett annat exempel är saltvatten som består av vatten och olika jonföreningar. Det finns också homogena blandningar av metaller som rörts ihop när de varit smälta. De kallas för legeringar. Mässing är en vanlig legering som består av en homogen blandning av koppar och zink medan brons är en legering av koppar och tenn.

Socker hälls i en bägare med vatten.

Det tar ett tag för sockret att lösa sig i vattnet.

En sockerlösning består av socker upplöst i vatten. En sådan lösning är ett exempel på en homogen blandning. Både sockret (sackaros) och vattnet är i sin tur exempel på kemiska föreningar. I de här har atomerna format kemiska bindningar mellan varandra. Socker och många andra ämnen löser sig lättare i varmt vatten än i kallt. När tillräckligt mycket socker lösts kommer lösningen att bli mättad. Då kan inte mer av ämnet lösa sig oavsett hur mycket man rör runt.

När allt socker är upplöst kan det inte längre ses. Det har då bildats en homogen blandning.

I en kemisk förening är olika typer av atomer bundna till varandra genom kemiska bindningar. En kemisk förening har unika egenskaper som skiljer sig från egenskaperna hos ämnena som ingår i föreningen.

Kemiska föreningar

Oktettregeln är en kemisk tumregel som säger att atomerna reagerar med varandra så att de uppnår en elektronkonfiguration med åtta elektroner i sitt yttersta skal. Det kallas också för att de vill uppnå ädelgasstruktur, eftersom det är den elektronkonfiguration som ädelgaser har. Det är värt att notera att oktettregeln inte gäller för de metaller som räknas som övergångselement. Den gäller inte heller för atomer med låga atomnummer, exempelvis väte och litium, som istället uppnår ädelgasstruktur om det innersta skalet är fyllt med 2 elektroner. Atomer kan uppnå ädelgasstruktur genom att på olika sätt reagera med varandra så att det bildas kemiska föreningar.

En kemisk reaktion är en process där atomer reagerar med varandra och bildar nya föreningar. Det kan ske genom att atomerna avger elektroner, upptar elektroner eller delar på elektroner.

Experiment

Vätgas och syrgas reagerar våldsamt med varandra vid antändning. Slutprodukten blir vatten. Vatten är en kemisk förening som har helt andra egenskaper än vätgas och syrgas. Vatten är exempelvis flytande vid rumstemperatur. Överst visas reaktionen med en kalottmodell. I den representeras atomerna som ingår i molekylen av olikfärgade klot som går in i varandra.

Reaktionsformel

Syrgas i luften (O2)

Provrör med vätgas (H2)

Siffran framför den kemiska beteckning anger att 2 vätgasmolekyler deltar i reaktionen.

Siffran framför den kemiska beteckningen anger att det bildas två vattenmolekyler i reaktionen. Den nedsänkta siffran visar att det till varje syreatom fäster två väteatomer.

Bokstaven är symbolen för grundämnet. H står för väte (hydrogen).

Materia i miljö och samhälle

Den nedsänkta siffran anger hur många väteatomer det finns i varje vätgasmolekyl.

Pilen visar i vilken riktning reaktionen går. I det här fallet omvandlas i princip all vätgas och syrgas till vatten.

Vätgas (H2) Syrgas (O2) Vatten (H2O)

Jonföreningar (salter)

Vissa ämnen kan uppnå ädelgasstruktur genom att de avger valenselektroner till andra atomer. Det gäller exempelvis alkalimetallerna i perioden längst till vänster i det periodiska systemet, som endast har en valenselektron. På så sätt kommer det yttre skalet tömmas på elektroner och det näst yttersta skalet kommer istället att överta rollen som det yttersta skalet. Det innebär att atomen får ädelgasstruktur. Hos halogenerna, ämnena i perioden näst längst till höger, saknas en valenselektron för att atomerna ska få ädelgasstruktur. De upptar därför elektroner från andra atomer för att fylla sitt yttersta skal.

När elektroner tas upp eller avges kommer det att bli en obalans mellan protoner (positivt laddade) och elektroner (negativt laddade) i atomen. Det gör att hela atomen blir positivt eller negativt laddad, den har då blivit en jon.

Laddningen på en jon skrivs ut med laddningen (+ eller −) som en exponent (i upphöjt läge) bakom ämnets kemiska beteckning. Natriumjonen har den kemiska beteckningen (Na+) och kalciumjonen (Ca2+). Kloridjonen har på motsvarande sätt den kemiska beteckningen (Cl ).

Natriumatom Kloratom

11 protoner

11 elektroner

laddning 0

K-skalet, 2

L-skalet, 8

M-skalet, 1

17 protoner

17 elektroner

laddning 0

K-skalet, 2

L-skalet, 8

M-skalet, 7

11 protoner

10 elektroner

K-skalet, 2

L-skalet, 8

17 protoner

18 elektroner

laddning -1

K-skalet, 2

L-skalet, 8

M-skalet, 8

Båda atomerna har blivit joner och uppnåt ädelgasstruktur

När natrium (Na) reagerar med klor (Cl) bildas saltet natriumklorid som består av natriumjoner (Na+) och kloridjoner (Cl ). Genom att natriumatomen avger en elektron till kloratomen uppnår de båda jonerna ädelgasstruktur. Reaktionsformeln skrivs: Na + Cl  NaCl.

Jonföreningar som är lösta i vatten sitter inte ihop med varandra. Istället omges varje positiv och negativ jon av vattenmolekyler. Om vattnet avdunstar kommer jonerna arrangera sig i regelbundna mönster så att joner med samma laddning kommer så långt bort från varandra som möjligt. Samtidigt bildas starka kemiska bindningar mellan atomerna som kallas jonbindningar. Det beror på att det uppstår attraherande krafter mellan joner med olika laddning. Jonföreningar i fast form bygger på så sätt upp kristaller och kallas då för salter. Det mest kända saltet är det vanliga koksaltet (NaCl) vi använder i mat.

Attraherande krafter mellan joner med motsatt laddning bildar jonbindningar som håller ihop atomerna i saltkristallen.

Saltkristall

Det finns också sammansatta joner. I de här bildar grupper av atomer joner på grund av att de är positivt eller negativt laddade. Sammansatta joner bildar salter med joner av motsatt laddning på samma sätt som andra joner. Exempel på sammansatta joner är karbonatjoner (CO32−), nitratjoner (NO3 ) och sulfatjoner (SO42−).

Positiv jonNegativ

Na+ (Natriumjon) Cl (Kloridjon)

Na+ (Natriumjon)NO3 (Nitratjon)

NaCl (Natriumklorid) Koksalt

NaNO3 (Natriumnitrat) Konstgödsel

Ca2+ (Kalciumjon) CO32− (Karbonatjon)CaCO3 (Kalciumkarbonat) Kalksten

Na+ (Natriumjon) HCO3 (Vätekarbonatjon)NaHCO3 (Natriumvätekarbonat)Bikarbonat (bakpulver)

Ca2+ (Kalciumjon) CO32− (Karbonatjon)CaCO3 (Kalciumkarbonat) Kalksten

Ca2+ (Kalciumjon) SO42− (Sulfatjon) CaSO4 (Kalciumsulfat) Gips

Molekyler

Atomer kan även reagera med varandra och uppnå ädelgasstruktur utan att varken avge eller uppta elektroner. Det sker genom att de istället delar valenselektroner i ett elektronpar. Det skapar en typ av starka kemiska bindningar mellan atomerna som kallas för elektronparbindningar (kovalenta bindningar). Elektronparbindningar bildas när ämnen som tillhör icke­metallerna reagerar med varandra. Exempel på sådana ämnen är väte (H), kol (C), kväve (N), syre (O) och klor (Cl). Atomer som sitter ihop med hjälp av elektronparbindningar kallas gemensamt för molekyler. De kan variera i storlek, från endast två atomer i exempelvis molekylen som bildar vätgas (H2) till över en miljard atomer i en DNA­molekyl.

Summaformel: H2 (Den nedsänkta siffran anger att atomerna sitter ihop i en molekyl.)

Strukturformel: H – H (Elektronparet representeras av ett streck.)

Kul- och pinnmodell: (Varje ”kula” representeras en atom och varje ”pinne” ett elektronpar.)

Molekyler kan ritas på flera olika sätt. I både en strukturformel och en kul- och pinnmodell representeras varje elektronpar av ett streck eller en ”pinne”. För att fylla sitt valensskal bildar atomer lika många elektronpar som det saknade antalet elektroner i det yttersta skalet. En väteatom har en elektron i yttersta skalet och behöver en till för att få ädelgasstruktur.

Väte, syre och kväve förekommer vanligtvis inte som ensamma atomer. Istället bildar de molekyler med atomer av samma slag eller med andra atomer. När två väteatomer förenas bildas en vätgasmolekyl (H2). I den finns en enkelbindning där atomerna delar ett elektronpar. I en syrgasmolekyl (O2) finns på motsvarande sätt en dubbelbindning där atomerna delar två elektronpar. I en kvävgasmolekyl (N2) finns en trippelbindning. I den delar atomerna på tre elektronpar. Generellt är dubbel­ och trippelbindningar starkare än enkelbindningar.

Väteatom Väteatom Vätemolekyl

De två elektronerna bildar ett elektronpar.

Kväveatom Kväveatom Kvävgasmolekyl

Sex elektroner bildar tre elektronpar

Summaformel: N2

Strukturformel: N N (Varje elektronpar representeras av ett streck.)

Kul- och pinnmodell: (Varje ”kula” representeras en atom och varje ”pinne” ett elektronpar.)

Kväveatomer har fem valenselektroner och behöver tre till för att uppnå ädelgasstruktur. Det får de genom att dela tre elektronpar med varandra.

Syror och baser

Syror är kemiska föreningar som kan ge ifrån sig vätejoner (H+) när de löses i vatten. Hur stark en syra är beror på hur lätt de kan ge ifrån sig vätejoner. När gasen väteklorid (HCl) löses i vatten sönderfaller (protolyseras) praktiskt taget alla molekyler till vätejoner (H+) och kloridjoner (Cl ). Den räknas därför tillsammans med svavelsyra (H2SO4) och salpetersyra (HNO3) till de starka syrorna. Saltsyra bildas av särskilda körtlar i magsäcken och dess funktion är att sänka pH­värdet i magsaften. Det skapar dels en ogästvänlig miljö som hindrar skadliga bakterier att ta sig in i kroppen samtidigt som det aktiverar ett enzym (pepsin) som deltar i nedbrytningen av proteiner i magsäcken.

HCl + H2O  H+ + Cl + H2O saltsyra + vatten  vätejoner + kloridjoner + vatten

Kolsyra (H2CO3) räknas som en svag syra eftersom den har svårare att sönderfalla och avge vätejoner jämfört med de starka syrorna. När koldioxid löses i vatten uppstår en jämvikt mellan kolsyran och de produkter den bildar. Det visas som med en dubbelpil i reaktionsformeln och visar att reaktionen kan gå åt båda håll.

H2CO3 HCO3 + H+ kolsyra vätekarbonatjoner + vätejoner

Kolsyra (H2CO3) bildas då koldioxid reagerar med vätskan i vårt blod. Koldioxiden är en restprodukt som bildas då vi bryter ner näringsämnen i cellandningen. Ju mer koldioxid det löses i blodet desto mer sjunker blodets pH­värde. Som ett svar ökar pulsen och andningstakten. På så sätt vädras överskottet av koldioxid ut via lungorna och pH­värdet stiger igen.

Baser är till skillnad mot syror kemiska föreningar som kan ta upp vätejoner när de löses i vatten. Hur basiskt ett ämne är beror på hur lätt de kan ta upp vätejoner. Ett exempel på en stark bas är natriumhydroxid (NaOH) som till vardags också kallas kaustiksoda eller lut. När den löses i vatten sönderfaller den fullständigt och det bildas natriumjoner (Na+) och hydroxidjoner (OH ). Det är hydroxidjonerna som tar upp vätejoner.

Såväl starka syror som baser är starkt frätande och kan orsaka skador på både hud och ögon. I värsta fall kan de orsaka frätskador och blindhet. Därför ska skyddsutrustning, som gummihandskar, säkerhetskläder och ögonskydd, alltid användas vid hantering av sådana lösningar. Behållare för den sortens av kemikalier ska alltid vara märkta med en farosymbol.

NaOH  Na+ + OH natriumhydroxid  natriumjoner + hydroxidjoner

Hög koncentration av H+

pH-skalan och neutralisationsreaktioner

Hur sur eller basisk en lösning är kan avgöras med hjälp av pH­skalan. Ett pH­värde är ett mått på koncentrationen vätejoner i lösningen (H i pH står för H+). Ju lägre ett pH­värde är desto surare är lösningen. Skalan som anger pH­värdet är logaritmisk. Det innebär att varje sänkning i pH­värdet med ett steg motsvarar en 10 gånger högre koncentrationsskillnad av vätejoner.

pH-indikator pH-skalan

Hög koncentration av OH–

Hur surt eller basiskt något är kan mätas med en pH-indikator eller med en digital pH-meter. Ett pH-värde på 7 är neutralt medan värden lägre och högre är sura respektive basiska. Speciellt med pH-skalan är att den är omvänd och logaritmisk. Det innebär att ju mer koncentrationen av vätejoner ökar desto lägre blir pH-värdet. Dessutom ökar eller minskar koncentrationen med vätejoner med 10 gånger för steg i skalan. Det innebär att en lösning med pH 5 är 100 gånger surare än en lösning med pH 7.

När en stark syra blandas med en lika stark bas resulterar det i att lösningen blir neutral (förutsatt att det avges lika många vätejoner som det tas upp). En sådan kemisk reaktion kallas därför för en neutralisationsreaktion. Om exempelvis saltsyra blandas med natriumhydroxid i rätt proportioner bildas en lösning av vatten med natrium­ och kloridjoner. Det har med andra ord bildats en blandning av vatten och natriumklorid, vilket är detsamma som saltvatten.

HCl + NaOH Na+ + Cl + H2O saltsyra + natriumhydroxid natriumjoner + kloridjoner + vatten

Neutralisationsreaktioner har många användningsområden. I laboratoriet kan tekniken användas för att göra starkt sura och basiska lösningar ofarliga innan de kasseras. Tekniken

kan också användas för att rena rökgaserna från sopförbränningsanläggningar och fossileldade kraftverk. Det sker genom att rökgaserna leds genom en anordning kallad en skrubber. I reningssteget sprayas de heta rökgaserna med en lösning av vatten och kalk. Då kalken reagerar med sura svavelföreningar i rökgaserna sker en neturalisationsreaktion. På så sätt avlägsnas svaveldioxid från rökgaserna. Användningen av skrubbrar på koleldade kraftverk är en av anledningarna till att utsläppen svaveldioxid har minskat drastiskt i EU sedan 1980 ­talet.

Orenade rökgaser kan innehålla höga halter svaveldioxid. Då de släpps ut kan de påverka människors hälsa och orsaka surt regn. Det senare bidrar i sin tur till försurning av skogar och vattendrag.

TESTA DIG SJÄLV

1. Vilka av följande är blandningar? koldioxid, luften i atmosfären, destillerat vatten, sand blandat med salt, en sockerlösning

2. Vad menas med en legering?

3. Hur många atomer i det yttersta skalet behöver en kloratom ha för att uppnå ädelgasstruktur?

4. Vad betyder den nedsänkta siffran i H2O?

5. Vad är den kemiska beteckningen på kalcium efter det att den avgett två elektroner och blivit en jon?

6. En syreatom har 6 valenselektroner. Hur många elektronparbindningar behöver bildas för att 2 syreatomer ska kunna förenas i en syrgasmolekyl?

7. Vad kännetecknar ämnen som är starka syror?

8. Vad säger ett lågt pH-värde om koncentrationen av vätejoner i vatten?

Polära och opolära molekyler

Hos vissa molekyler delas elektroner i en bindning inte helt lika mellan de två atomerna. Elektronen återfinns oftare hos den ena atomen än den andra. Det gör att delen av molekylen där atomen som elektronerna befinner sig oftare hos blir lite svagt negativt laddad medan den andra atomen blir svagt positivt laddad. Molekyler som har olika elektriska poler sägs vara polära. Har de två elektriska poler kallas de för dipoler. På grund av att olika laddningar attraherar varandra uppstår en typ av bindningar som kallas dipol-dipolbindningar mellan

molekylerna. När de bildas mellan vattenmolekyler kallas de för vätebindningar. Även om de är svaga jämfört med elektronparbindningar och jonbindningar är de tillräckligt starka för att det ska ge vattnet unika egenskaper. Exempelvis gör vätebindningarna att det finns ytspänning på vattenytan.

Med tumregeln ”lika löser lika” menas att polära ämnen kan lösas i andra polära ämnen medan opolära ämnen kan lösas i andra opolära ämnen.

Negativt laddad pol Vätebindning

Positivt laddad pol

Tvål och diskmedel innehåller tensider. Det är en grupp molekyler som har en polär och en opolär ände. Det gör den ena änden vattenlöslig och den andra fettlöslig. På så sätt kan smuts som består av fett lösas upp med hjälp av tvål och sedan tvättas bort med hjälp av vatten.

Tensid

Vattenmolekylen är polär eftersom syreatomen utövar en större attraktionskraft på elektronerna än väteatomerna. Det gör att det uppstår vätebindningar mellan olika vattenmolekyler (a). Att vattenmolekylerna är polära gör dem också till ett bra lösningsmedel för att lösa upp jonerna i saltkristaller. I en koksaltlösning kommer vattenmolekylernas negativt laddade sida omge natriumjonerna medan den positivt laddade sidan omger kloridjonerna (b).

Polärt ”huvud” (Vattenlöslig)

Opolär ”svans” (Fettlöslig)

Tensid

Fettdroppe

A4 Organisk kemi

Diskutera

Varför finns det så många olika typer av organiska föreningar?

Olja och naturgas består av en typ av organiska ämnen som heter kolväten.

Bränslena sägs vara fossila eftersom de härstammar från organismer som levde i haven för miljontals år sedan.

Många organiska ämnen har en viktig betydelse inom läkemedelsindustrin. Ett exempel är acetylsalicylsyra som är den aktiva substansen i en grupp läkemedel med smärtstillande, febernedsättande, antiinflammatorisk effekt.

Organiska ämnen

Kemiska föreningar kan antingen vara organiska eller oorganiska. Organiska ämnen kännetecknas av att de innehåller kolatomer som är bundna till exempelvis väte-, syre- och kväveatomer. Oorganiska ämnen är vanligtvis mindre komplexa i sin uppbyggnad och saknar, med några få undantag, kolatomer. Namnen organiska ämnen kommer från tiden då kemister antog att de endast kunde bildas i levande organismer. Idag nns det många organiska ämnen som kan skapas på konstgjord väg i laboratorium. Några sorter används också som drivmedel i förbränningsmotorer och som råmaterial vid plasttillverkning. En del organiska föreningar är en förutsättning för liv, andra bildar miljögi er.

Kolväten

De enklaste organiska föreningarna är kolväten. Namnet har de fått e ersom de enbart består av kolatomer och väteatomer. Kolatomerna bildar tillsammans en grundstruktur, kallad ett kolskelett, som väteatomerna sitter bundna till. Det enklaste kolvätet heter metan (CH4) och består av en kolatom och fyra väteatomer.

Väteatom Kolatom

Summaformel: CH4

Strukturformel: Kul- och pinnmodell:

Metanmolekyl

Kolatomen har fyra valenselektroner vilket gör att den har speciella egenskaper. Genom att dela fyra elektronpar med andra atomer kan kolatomen bilda ett mycket stort antal olika kemiska föreningar.

Metan (CH4) har endast en kolatom och är det enklaste av alla ämnen i metanserien. Det andra ämnet i serien är etan (C2H6) som består av två kolatomer. Serien fortsätter sedan med propan (C3H8), butan (C4H10) och så vidare.

Metan CH4

Etan C2H6

Propan C3H8

Butan C4H10

Pentan C5H12

Här visas de fem första ämnena i metanserien. De utgör ofta byggstenar till andra typer av organiska föreningar. Gemensamt för de ämnen som visas är att de är mättade. Med det menas att de saknar dubbelbindningar mellan kolatomerna.

Metan bildas när vissa typer av bakterier bryter ner organiskt material i syrefria miljöer. Det sker exempelvis i våtmarker, risodlingar och på platser där organiskt avfall dumpas på deponi. Metan bildas också i tarmarna på idisslande djur, exempelvis kor. Om metan släpps ut oförbränd i atmosfären är den en mycket effektiv växthusgas. Sammantaget står utsläppen av metan för omkring 30 % av växthusgasernas samlade påverkan på klimatet.

Namn Summaformel Strukturformel

Koldioxid i atmosfären

Drivmedlens påverkan på koldioxidhalten

Metan är huvudbeståndsdelen i de båda energislagen naturgas (fossilgas) och biogas. Trots att de kemiskt sett är uppbyggda på samma sätt har de ändå olika miljöpåverkan. Naturgas utvunnits ur gasfyndigheter i berggrunden och består av metan som bildats av organiskt material från organismer som levde för miljontals år sedan. Kolatomerna ingår därför i det som brukar kallas för den långsamma kolcykeln. Biogas tillverkas istället från matavfall, gödsel och restprodukter från lantbruket, det vill säga ur organiskt material från organismer som levt i modern tid. Kolatomerna ingår därför i det som brukar kallas för den snabba kolcykeln.

Fotosyntes

Växter omvandlar koldioxid till glukos och andra energirika föreningar.

Förbränning, respiration och nedbrytning av dött organiskt material Förbränning av fossila bränslen

Förbränning av biobränslen

SNABBA KOLCYKELN

Biogas

Rötning av organiskt avfall.

LÅNGSAMMA KOLCYKELN

Kolfyndighet

Organiskt material i organismer.

Biobränslen (biogas och E85) är en del av den snabba kolcykeln. När de förbränns frigörs samma mängd koldioxid som växterna de bildats av tagit upp i fotosyntesen. Att ersätta fossila bränslen med biobränslen kan därför vara en del av klimatomställningen.

Organiskt material från förhistoriska organismer.

Fossila bränslen

Bensin och diesel utvinns från råolja som är ett fossilt bränsle. Råoljan i berggrunden har bildats av organiskt material från organismer som levde för miljontals år sedan. Både bensin och diesel består av olika blandningar av kolväten från metanserien. I bensin är kolvätena i jämförelse något kortare (4–12 kolatomer) än i diesel (12–22 kolatomer). Det innebär att diesel har en något högre densitet och därmed också ett något högre energiinnehåll än bensin. Eftersom kolatomerna i råoljan inte varit en del av biosfären på länge (det vill säga den del av jorden där liv kan förekomma) hör de till den långsamma kolcykeln. När bensin och diesel förbränns frigörs därmed koldioxid som bidrar med en nettoökning av koldioxid i atmosfären.

Alkoholer

Ämnena i metanserien kan lätt modi eras genom att en eller era väteatomer byts ut mot andra atomgrupper. Sådana typer av atomgrupper kallas för funktionella grupper. Molekyler med samma funktionella grupper delar liknande kemiska egenskaper med varandra. Om en av väteatomerna byts ut mot en hydroxylgrupp (-OH) bildas en alkohol. Det kan i vissa fall nnas era hydroxylgrupper på en och samma molekyl. Ett exempel är glycerolmolekylen som har tre hydroxylgrupper.

Inom bioteknik används levande organismer för att utveckla olika produkter. Ett exempel är jäsning med hjälp av mikroorganismer.

Alkoholer namnges genom att ändelsen -ol läggs till namnet på motsvarande kolväte i metanserien. Metan och etan är grundstrukturerna i alkolholerna metanol och etanol.

Etanol är den alkohol de esta sy ar på när de talar om ”alkohol”. Den bildas genom att mikroorganismer som till exempel jäst, en typ av encelliga svampar, omvandlar socker eller stärkelse från växtriket till etanol i en process som kallas jäsning. Processen används inom bakning för att jäsa bröd och inom öl- och vinindustrin för att producera alkoholhaltiga drycker. I naturlig jäsning kan alkoholhalten inte bli högre än 14 %. E er det dör jästcellerna. I jäsningen sker följande reaktion:

Vätskor med en hög alkoholhalt kallas för sprit och framställs genom att ett alkoholhaltigt utgångsmaterial destilleras. Med det menas att olika vätskor i en blandning separeras från varandra vid upphettning. När en etanolblandning upphettas kommer etanolen förångas först e ersom den har en lägre kokpunkt (78 °C) än vatten (100 °C). Genom att däre er låta etanolångorna passera igenom en kylanordning kommer den att kondenseras och omvandlas till ytande etanol igen. På så sätt kan etanolen separeras från vattnet.

C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 glukos  etanol + koldioxid

Metan Metanol Etan Etanol

Inom kemin kan molekyler representeras på olika sätt. Till vänster har en glukosmolekyl ritats med en strukturformel. I mitten har samma molekyl ritats med skelettstruktur. Det innebär att varken kolatomerna, eller de väteatomer som är bundna till kolatomerna, skrivs ut. Till höger har glukosmolekylen ritats som en ”sockerring”.

Enligt alkohollagen är det förbjudet att på egen hand destillera alkohol. Olovlig framställning av spritdrycker kallas för hembränning.

Etanol tillverkas för andra ändamål än att vara ett berusningsmedel. På grund av att den ena änden av etanolmolekylen är polär och den andra opolär kan den användas som lösningsmedel, som till exempel T­sprit. Etanol är också bakteriedödande vilket gör att den utgör huvudråvaran i både handsprit och de medel för ytdesinfektion som används inom sjukvården. Etanol är också lättantändlig vilket gör att den kan användas i en förbränningsmotor på samma sätt som bensin. Etanol i form av biodrivmedel säljs i Sverige som E85 (85 % etanol och 15 % bensin).

Biomolekyler

Kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror (DNA och RNA) är organiska molekyler och benämns biomolekyler. Producenter som växter, alger och cyanobakterier bildar själva de här molekylerna från oorganiska ämnen i fotosyntesen. De organismer som inte själva kan utöva fotosyntes måste istället få i sig biomolekyler genom att äta. I kroppen används biomolekyler antingen som byggstenar eller för att brytas ner så att vi får energi.

Kolhydrater

Kolhydrater är ett samlingsnamn för enklare sockerarter, stärkelser och fibrer. De består av en eller flera sockermolekyler och innehåller endast grundämnena kol, väte och syre. Eftersom sockermolekyler oftast förekommer i ringformade strukturer kallas enskilda molekyler ofta bara för ”sockerringar”. De som endast består av en sockerring benämns monosackarider (mono betyder en). Exempel är glukos (druvsocker), fruktos och galaktos.

Etanolen i handsprit är denaturerad. Med det menas att det finns tillsatser som gör att spriten blir otjänlig för förtäring.

Strukturformel Skelettformel ”Sockerring”

De som består av två ihopkopplade sockerringar kallas disackarider (di betyder två). Exempel på vanligt förekommande disackarider är sackaros (rörsocker), maltos(maltsocker) och laktos (mjölksocker). De som består av ett stort antal ihopkopplade sockerringar kallas polysackarider (poly betyder flera). Exempel är stärkelse, glykogen och cellulosa. Stärkelse bildas hos växter och är ett sätt för växten att lagra glukosmolekyler. Cellulosa är en närbesläktad polysackarid där de kemiska bindningarna skiljer sig från dem hos stärkelse. Glykogen är djurens motsvarighet till stärkelse. Hos oss lagras glykogen framförallt i levern och i musklerna.

Fruktos Glukos Galaktos

Monosackarider

Disackarider

Sackaros Maltos Laktos

Polysackarider

Glykogen

Cellulosa

Både disackarider och polysackarider består av hopfogade monosackarider. Beroende på vilka monosackarider som ingår i en disackarid bildas olika sockerarter. De olika polysackariderna består av glukosmolekyler som sitter ihop med varandra på olika sätt. Här visas monosackariderna med olika färg.

”Vanligt fett” består av estrar i form av triglycerider. Det är stora molekyler som består av tre fettsyror (tri- betyder tre) bundna till en glycerolmolekyl. Fettsyror

är långa kedjor av kolväten där den ena änden är en organisk syra. Mättade fettsyror saknar till skillnad från omättade fettsyror dubbelbindningar mellan kolatomerna.

Lipider

Lipider utgörs av en grupp stora opolära organiska föreningar som inte kan lösas i vatten. Sådana ämnen sägs därför vara hydrofoba (vattenskyende). Exempel på lipider är triglycerider (vanligt fett), fosfolipid (bygger upp cellmembranen), kolesterol och steroidhormoner. De molekyler som bygger upp triglyceriderna skiljer sig från fosfolipiderna eftersom de har tre fettsyror istället för två. Triglycerider finns i såväl vegetabiliska oljor som i animaliskt fett. Att lagra energin i form av fett är mycket effektivt eftersom ett gram fett innehåller dubbelt så mycket energi som från motsvarande mängd kolhydrater eller aminosyror.

Triglycerid

dubbelbindning mellan två kolatomer glycerol

Proteiner

mättade fettsyror

omättad fettsyra

Proteiner är polymerer av aminosyror och som bildas i cellerna i den process som kallas proteinsyntesen. En polymer är en större komplex molekyl som är uppbyggd av flera upprepade enklare byggstenar, i det här fallet aminosyror. De flesta proteiner innehåller mellan 50 och 2 000 aminosyror.

Aminosyror

Protein består av långa kedjor av aminosyror. Sådana kedjor kallas också för polymerer. Av de tjugo aminosyror som bygger upp alla proteiner i vår kropp är nio essentiella. Det betyder att de måste tillföras via kosten.

Arginin

Leucin

Metionin

Protein

Plaster

Plaster är polymerer som framställs på konstgjord väg av människan. Den första plasten att produceras i industriell skala var bakelit. Den uppfanns i början av 1900­talet och användes bland annat för att tillverka dåtidens telefoner. Därefter har andra sorters plaster utvecklats och en egentlig massproduktion kom inte igång förrän på 1950­talet. Sedan dess har produktionen av plast ökat för varje år. Idag tillverkas mer än 200 gånger så mycket som på 1950­talet. Huvuddelen används för tillverkning av förpackningar, byggnadsmaterial och textilier.

Beroende på vilka molekyler som sammanfogas och vilka tillsatser som används kan en mängd olika typer av plaster framställas. Plaster används ofta till förpackningar. Detta beror på att de är både starka och lufttäta. Eftersom förpackningarna kan vara lufttäta ökar hållbarheten för olika livsmedel, vilket i sin tur kan minska matsvinnet. Den mest tillverkade plasten idag är polyeten (PE). Den tillverkas genom att etenmolekyler sammanlänkas till en lång kedja (polymer) av molekyler.

Polyeten används bland annat för att tillverka plastpåsar och plastfolie. Andra vanliga plaster är PVC (polyvinylklorid) och PET (polyetentereftalat). PVC har många användningsområden. De används bland annat till att göra vatten­ och avloppsrör. PET används till att göra en typ av plastflaskor kallade PET­flaskor.

En kemisk reaktion där mindre molekyler sammanlänkas till en lång kedja kallas för en polymerisation. I reaktionen till vänster sammanlänkas etenmolekyler till en lång kedja av polyeten.

Eten Polyeten (PE)

En av plasternas påverkan på miljön beror på att de tillverkas av ämnen som utvinns från råolja och naturgas. Under senare år har det börjat dyka upp alternativ i form av biobaserade plaster. Ett exempel är biobaserad polyeten (PE) som kan användas till bärkassar. Råvarorna till biobaserade plaster kommer i regel från växtriket och utgörs av majsstärkelse eller cellulosa. Det sker också försök med att tillverka biobaserade plaster från alger. Att en plast är biobaserad är ingen garanti för att den är biologiskt nedbrytbar. Biobaserade plaster kan dock göras både fossilfria och biologiskt nedbrytbara.

Många plaster tillverkas av ämnen som utvinns från råolja och naturgas. När plastavfallet bränns bildas koldioxid som är en växthusgas.

Spöknät är kommersiella fiskenät som har förlorats, övergivits eller kasserats till sjöss. Varje år är de ansvariga för att fånga och döda miljontals marina djur i havet.

Många plastprodukter används bara under en begränsad tid, engångsprodukter används bara vid ett enda tillfälle. Det i kombination med att plast kan ha en lång livslängd resulterar i att det varje år bildas stora mängder plastskräp som måste tas omhand på ett ansvarsfullt sätt. Omkring två tredjedelar av all plast som årligen produceras varken material- eller energiåtervinns. Istället hamnar den på sopdeponi eller slängs i naturen. I dagsläget finns uppskattningsvis omkring 150 miljoner ton plastskräp i världshaven och mängden ökar för varje år. Plastskräp kan påverka miljön på flera olika sätt. Många marina djur, exempelvis havsfåglar, fiskar, havssköldpaddor, sälar och valar kan fastna i gamla fiskenät och rep. Plastbitar kan också misstas för mat. Plasten kan då både skada matsmältningskanalen och ge falsk mättnadskänsla vilket leder till att djuren svälter. Med tiden bryts stora plastbitar ner till mindre på grund av nötning och UV-ljus. När plastbitarna är mindre än 5 millimeter stora kallas de för mikroplast. Sådana små plastbitar kan ätas av djurplankton och fiskyngel och leda till att de svälter. Om nedbrytningen fortsätter kan mikroplasten omvandlas till ännu mindre plastbitar, så kallad nanoplast. Forskning tyder på att de kan ha en negativ påverkan på både miljö och hälsa.

TESTA DIG SJÄLV

1. Vilka grundämnen är de organiska föreningarna i metanserien uppbyggda av?

2. Hur många väteatomer är bundna till varje kolatom i en metanmolekyl?

3. Ange en källa till metanutsläpp.

4. Vad heter de organiska föreningar som har en hydroxylgrupp (-OH)?

5. Vad heter den metod med vilken etanol separeras från vatten i en blandning?

6. Vilken disackarid består av glukos och fruktos?

7. Vad kallas fettsyror som saknar dubbelbindningar?

8. Ange två sätt på vilka plastskräp i havet kan påverka exempelvis sjöfåglar.

Organiska föreningar från alger

Alger är ett samlingsnamn för en grupp organismer som inte är särskilt nära släkt med varandra. Det finns både encelliga alger som lever som plankton och flercelliga alger som kan bli stora, exempelvis blåstång och kelp.

Det finns olika användningsområden för alger. Vi odlar exempelvis vissa rödalger för att utvinna agar, ett geléliknande ämne som används både i matlagning och vid odling av bakterier på laboratoriet. Andra alger odlas till livsmedel och för att utvinna omega-3-fettsyror, protein, färgämnen och gödningsmedel.

Många alger är väldigt produktiva och omvandlar koldioxid till biomolekyler genom fotosyntes väldigt effektivt i förhållande till deras vikt. Jämför man ekosystem på land och i

havet finns det jämförelsevis en rätt liten mängd alger. Men eftersom de har en snabb tillväxt kan de ändå upprätthålla marina ekosystem som de viktigaste producenterna. En stor del av syret som vi andas bildas genom fotosyntes från planktonalger i havet.

Alger som dör och sjunker till botten har genom årmiljoner bildat den olja som vi utvinner från fossila källor. Många företag och forskare har sedan 1970-talets oljekris börjat studera alger och utveckla sätt att utvinna biobränslen från odlade alger. Även försök med genetisk modifiering pågår för att skapa alger som så effektivt som möjligt kan omvandlas till biobränslen.

Många arter av alger kan enkelt odlas i laboratorium. Det pågår försök med att använda alger för att framställa råvara till både plast och biodrivmedel. Fördelar med att använda alger är att råvarorna är fossilfria samtidigt som produktionen kan ske utan att den tar värdefull odlingsjord i anspråk.

A5 Miljögifter

Diskutera

Hur kan ett ekosystem påverkas av miljögifter?

Sillgrisslor på Stora Karlsö utanför Gotland. Eftersom sillgrisslan stannar i Östersjön året om och är en toppkonsument som livnär sig på fisk används de som indikatorer för miljögifter i Östersjön. Resultaten visar exempelvis att miljögiftet PCB fortfarande finns kvar i ekosystemet, även om halterna har minskat drastiskt sedan nyproduktionen av ämnet förbjöds år 1978.

Miljögifter är svårnedbrytbara

Under de senaste århundradena har framsteg inom kemin resulterat i att vi kan utvinna och industriellt producera en mängd olika kemikalier. Begreppet kemikalier används om de kemiska ämnen som används på laboratorium eller inom industrin. Produktionen av kemikalier i världen ökar för varje år. Idag räknar man med att 5 000 olika kemikalier masstillverkas i världen, det vill säga har en produktion som är större än 100 000 ton per år. Under de senaste 50 åren har kemikalieproduktionen i världen samtidigt ökat från mindre än 10 miljoner ton till över 400 miljoner ton per år. Den här ökningen gör att en del talar om att vi idag lever i ett kemikaliesamhälle.

Flertalet av de kemikalier vi tillverkar främjar mänsklig välfärd och vore svåra att ersätta med andra material. Bland de kemiska ämnen vi utvinner och tillverkar finns också några som kan påverka både människors hälsa och miljön negativt då de sprids i naturen. De kallas gemensamt för miljögifter. Exempel på miljögifter är vissa metaller (bly, kvicksilver, kadmium och uran) och svårnedbrytbara organiska ämnen (kemiska bekämpningsmedel, PCB, dioxiner, högfluorerade ämnen och flamskyddsmedel).

Ämnet är svårnedbrytbart

Ämnet är fettlösligt och ansamlas därför i organismens vävnad (bioackumulation)

Miljögift

Ämnet är spritt i naturen

Miljögifter ansamlas

Koncentrationen av ämnen ökar i näringskedjan (biomagnifikation)

Ämnet finns inte naturligt i ekosystemet

Miljögifter kan hamna i naturen under olika delar av en produkts livscykel. Metaller läcker ofta ut i miljön vid gruvdrift . Kemikalier som används för att färga textilier och garva skinn, släpps framförallt ut vid nytillverkning av produkter. Vattendrag nedströms textilfabriker är därför ofta kraftigt förorenade. Andra kemikalier sprids i naturen då det används av konsumenten. Det gäller exempelvis de olika typer av bekämpningsmedel

Kännetecknande för kemiska ämnen som klassas som miljögifter är att de är ämnen som är spridda i naturen som normalt inte förekommer naturligt. De är ofta också fettlösliga, svårnedbrytbara och kan ansamlas hos organismer högt upp i näringskedjan.

På grund av biomagnifikation

ökar koncentrationerna av ett miljögift i en näringskedja. Det beror på att organismerna får i sig mer av ämnet än de kan göra sig av med. Biomagnifikation förklarar varför isbjörnar kan ha höga halter av perfluorerade kolväten i sin fettrika lever trots att de lever långt från de fabriker som producerar dem. Perfluorerade kolväten (PFAS) används bland annat i vattenavvisande kläder, i non-stick-beläggningar i stekpannor och i skidvallor.

som används inom jordbruket. Det gäller också blykulor i jaktammunition. Kemikalier kan också spridas från en produkt när den blivit avfall. Det gäller exempelvis metallerna i batterier och elektronik, om avfallet inte tas omhand på ett säkert sätt. Miljögifter kan också bildas när avfallsprodukterna förbränns på en avfallsanläggning. Det gäller till exempel vissa plastsorter. Om det finns rökgasrening kan huvuddelen av alla miljögifter avlägsnas.

Metaller som sprids i naturen bryts inte ner eftersom de är grundämnen. De metaller som hamnar i luften vid förbränning kommer med tiden falla ner och ansamlas i markens översta lager. Med tiden kan de med hjälp av regnvattnet transporteras till sjöar och vattendrag där de med tiden hamnar i bottensedimentet. Både giftiga metaller och många svårnedbrytbara organiska ämnen är fettlösliga och ansamlas i alger och djurs fettvävnad. Eftersom ämnena inte bryts ner kommer koncentrationen av ämnen att öka under organismens levnad. Detta kallas för bioackumulation. När organismerna sedan äts av djur högre upp i näringskedjan ökar koncentrationen av miljögifter. Det här kallas biomagnifikation och kan förklara varför djur högt upp i näringskedjan kan ha halter av miljögifter i sin fettvävnad som är fler miljoner gånger högre än i havet.

Koncentration av ämnet i vattnet är låg

Miljögift

Producent (Fytoplankton)

Toppkonsument (Isbjörn)

Koncentration av ämnet hos toppkonsumenten är hög

Förstahandskonsument (Zooplankton)

Andrahandskonsument (Planktonätande fisk)

Fjärdehandskonsument (Säl)

Tredjehandskonsument (Rovfisk)

Låg Hög

Miljögifters påverkan

Långsiktiga effekter av att miljögifter kan vara att de är hormonstörande, påverkar immunförsvaret, nervsystemet eller är cancerframkallande. Hormonstörande ämnen kan störa fosterutvecklingen om de liknar hormonet östrogen. Sådana ämnen kan ofta ta sig över till fostret via moderkakan eller överföras till barnet via bröstmjölken. Vissa ämnen som används som mjukgörare i plast (ftalater), samt vissa flamskyddsmedel, misstänks kunna vara hormonstörande. Det finns också hormonstörande ämnen som kan påverka reproduktionen och leda till svårigheter med fortplantningen. Ett exempel är att höga halter av miljögiftet PCB i vissa populationer av späckhuggare misstänks leda till reproduktionsstörningar och ett försämrat immunförsvar.

Miljögift Förekomst

Misstänkt effekt

DDT Bekämpningsmedel för insekterStörd fortplantning för rovfåglar

Dioxin Förbränning av avfall

Hormonstörande

Skador på nervsystemet

Försämrat immunförsvar

Cancer

Perfluorerade kolväten (PFAS) Vattenavvisande kläder, non-stick-beläggningar i stekpannor, skidvalla

Ftalater Mjukgörare i plast

Bromerade flamskyddsmedel

Förhindrar brand i tyg och elektronik

PCB Tidigare använt i fogmassor och i elektrisk utrustning (transformatorer)

Kvicksilver Illegal utvinning av guld och vid förbränning av kol

Hormonstörande

Försämrat immunförsvar

Hormonstörande

Cancer

Hormonstörande

Hormonstörande

Skador på nervsystemet Försämrat immunförsvar

Cancer

Skador på nervsystemet

Bly Tidigare en tillsats i bensinSkador på nervsystemet

Kadmium Naturligt i vissa marker, även i konstgödsel och rötslam

Påverkan på njurfunktionen

I ett ekosystem kan det finnas en blandning av olika miljögifter i form av en ”cocktail”. Den sammanlagda effekten av de olika kemikalierna på en organism kallas för cocktaileffekten.

En del giftiga metaller, exempelvis bly och kvicksilver påverkar istället vårt nervsystem. Tidigare var det vanligt att bly användes som tillsats i bensin. Många personer födda innan tillsatser med bly i bensin förbjöds i Sverige är 1995 har därför oavsiktligt fram tills dess utsatts för höga blynivåer. Studier i USA har visat att det kan ha lett till en negativ påverkan på intelligensen och till att hjärnan åldras snabbare. I Japan ledde fabriksutsläpp av miljögiftet metylkvicksilver i mitten av 1900 ­talet till att flera tusen lokalinvånare fick påverkan på nervsystemet. I vissa fall med dödlig utgång. Det finns flera olika miljögifter som misstänks kunna kopplas till en ökad risk att få cancer. Till dem hör exempelvis metallen kadmium och de organiska ämnena PCB och dioxin. Vi kan få i oss kadmium via maten eftersom den kan finnas i konstgödsel och i rötslam från reningsverk. Kadmium sprids också vid förbränning av fossila bränslen. Både cigaretter och snus innehåller kadmium. Bruk av tobak kan därför leda till högre halter av kadmium i kroppen.

Oftast undersöks bara en kemikalie i taget när vi ska fastställa hur giftig den är. Eftersom en kemikalie kan bli giftigare om den blandas med andra kemikalier kan det här värdet vara missvisande. Det kallas för cocktaileffekten och är något som både forskare och myndigheter behöver vara medvetna om när de fastställer gränsvärden, det vill säga bestämmelser för hur höga halterna får vara i sjöar, dricksvatten och livsmedel.

Lagar, regler och bra miljöval

Mätningar i vatten och i djurs fettvävnad visar att flera giftiga kemikalier har minskat under de senaste årtiondena. En orsak till det är att rökgaserna från förbränningen av fossila bränslen renas mer noggrant idag och att många bensindrivna bilar använder katalysatorer. En annan orsak är att några av de giftigaste kemikalierna på marknaden har förbjudits både i Sverige och i EU. Det gäller exempelvis DDT och PCB som förbjöds redan på 1970 ­talet. Trots det finns det fortfarande spår kvar av PCB i naturen. Även tillsatser av bly i bensin har förbjudits samt vissa bromerade flamskyddsmedel och de giftigaste formerna av perfluorerade kolväten. Användningen av de allra miljöfarligaste kemikalierna regleras idag av Stockholmskonventionen. Det är ett internationellt avtal från 2001 med syfte att fasa ut några av

de farligaste kemikalierna från marknaden. Avtalet har undertecknats av 150 länder.

I Sverige finns flera olika miljömärkningar som visar att en produkt uppfyller höga miljökrav. För att klara miljömärkningen får produkterna inte innehålla miljöfarliga kemikalier. Några av de märkningar som används är Naturskyddsföreningens ”Bra Miljöval”, Nordens officiella miljömärkning ”Svanen” och EU:s officiella miljömärke ”EU Ecolabel”.

TESTA DIG SJÄLV

1. Vad kallas kemiska ämnen som används på laboratorium och inom industrin?

2. Ange om påståendet är sant eller falskt.

a) De flesta miljögifter är biologiskt nedbrytbara.

b) De flesta miljögifter är fettlösliga.

c) De flesta miljögifter förekommer naturligt i höga koncentrationer i naturen.

d) Koncentrationen av miljögifter är högre i toppkonsumenter än i producenter.

SantFalskt

3. Vilket begrepp beskriver att koncentrationen av ett ämne ökar i kroppen under en individs livstid?

4. Varför är inte giftiga metaller biologiskt nedbrytbara?

5. Ge exempel på ett miljögift som misstänks vara hormonstörande.

6. Vad heter effekten som uppstår då olika kemikalier blandas?

7. Ge exempel på en miljömärkning.

FÖRDJUPNING

DDT

– från framgång till miljöhot

Även om det tidigare under historien använts olika kemiska preparat för att bekämpa skadeinsekter, var det inte förrän på 1940-talet som den första storskaliga produktionen kom igång. Ett av de första bekämpningsmedlen som började massproduceras i kemiska fabriker var ämnet DDT. De huvudsakliga användningsområdena för produkten var att bekämpa skadeinsekter inom jordbruket och myggor i områden med malaria. Efter något årtionde dök de första rapporterna upp om att DDT hade börjat förlora sin effekt på vissa typer av skadeinsekter. Det berodde på att de utvecklade tolerans mot ämnet. Samtidigt började de första miljöeffekterna av DDT bli synliga.

År 1962 gav den amerikanske författaren Rachel Carson ut en uppmärksammad bok med titeln Tyst vår. I boken beskriver hon farorna med användningen av DDT inom jordbruket. Bland annat varnade Carson för att de insektsätande fåglarna i jordbrukslandskapet skulle försvinna om vi fortsatte att använda DDT. Bristen på mat och ämnets påverkan på fåglarnas äggskal skulle bli mer än många arter skulle klara av. Boken blev en ögonöppnare för många människor runt om i världen och den anses ha varit ett startskott för uppkomsten av den moderna miljörörelsen. I Sverige och andra länder i västvärlden ledde debatten som följde till att DDT, och en rad andra miljögifter, förbjöds på 1970-talet.

År 1948 fick kemisten Paul Müller nobelpriset i medicin för sin upptäckt att DDT kan användas för att bekämpa skadeinsekter. Några årtionden senare förbjöds användningen av ämnet i många länder. Dagens bekämpningsmedel är till skillnad från DDT oftast biologiskt nedbrytbara.

A SAMMANFATTNING

» Med hjälp av den vetenskapliga metoden kan vi få tillförlitlig kunskap både om oss själva och vår omvärld. Att formulera frågeställningar och hypoteser är en viktig del av den vetenskapliga processen. De experiment som utförs måste både vara säkra och följa etiska riktlinjer.

» Atomkärnor kan sönderdelas genom fission och slås samman till tyngre atomkärnor genom fusion. På jorden finns 92 naturligt förekommande grundämnen. Dessa har olika antal protoner i sina atomkärnor. Grundämnena sorteras in i det periodiska systemet beroende på hur många elektronskal och valenselektroner de har.

» Olika grundämnen kan reagera med varandra och bilda kemiska föreningar Jonföreningar bildas då en metall lämnar ifrån sig elektroner till en ickemetall. Eftersom atomerna i och med det kommer ha ett över- eller underskott av elektroner kommer de att bli elektriskt laddade joner. Molekyler bildas då två icke-metaller delar på elektroner genom att bilda elektronpar.

» Ämnen som avger vätejoner (protoner) i en lösning kallas för syror. Om ett ämne istället tar upp vätejoner kallas de för baser. Starka syror och baser är frätande och kan orsaka skador på hud och ögon.

» Organiska föreningar kännetecknas av att de innehåller kolatomer bundna till andra atomer. Organiska ämnen är en förutsättning för liv. De används som drivmedel, som råmaterial vid plasttillverkning och inom läkemedelsindustrin.

» Metan är det enklaste ämnen i metanserien. Metan är en effektiv växthusgas och bildas då bakterier bryter ner organiskt material i en syrefri miljö. När metan förbränns bildas koldioxid. Om den kommer från naturgas (fossilgas) bidrar den till en nettoökning av koldioxid i atmosfären.

» En organisk förening med en OH-grupp bildar en alkohol. Ett exempel är etanol som finns i rusdrycker, T-sprit, handsprit och i biodrivmedlet E85.

» Kolhydrater, fetter, proteiner och nukelinsyror är stora organiska molekyler som gemensamt kallas för biomolekyler eftersom de finns i allt liv.

» Plaster är syntetiska polymerer skapade på konstgjord väg. Plast har många användningsområden, exempelvis förpackningar. Mycket av den plast som tillverkas återvinns inte utan hamnar i naturen. I havet kan den orsaka skada eftersom djur fastnar i den eller av misstag äter den. Med tiden bryts plastbitarna ner allt mer för att till slut bli till mikro- och nanoplast.

» Vissa metaller och svårnedbrytbara organiska ämnen bildar miljögifter när de sprids i naturen. Karaktäristiskt för miljögifter är att de är fettlösliga och ansamlas hos djur högt upp i näringskedjan. Miljögifter kan vara hormonstörande, cancerframkallande eller påverka nervsystemet. Genom att införa lagar och regler och genom att välja miljömärkta produkter kan några av ämnena undvikas.

Förklara och utveckla

A1

1. I ett experiment får en grupp försökspersoner dricka olika stora volymer av en viss typ av ”sportdryck” innan de springer på en löpbana. Syftet är att testa följande hypotes: ”Om sportdryck ökar prestationsförmågan så kommer försökspersonerna orka springa längre ju större volym de druckit.”

a) Vilken är den beroende och den oberoende variabeln i försöket?

b) Vilka störvariabler skulle kunna påverka resultatet i försöket?

c) Varför ökar resultatets tillförlitlighet i takt med att antalet testdeltagare i varje försöksgrupp ökar?

d) Vilken slutsats skulle vi kunna dra om resultatet visar att de försökspersonerna som druckit sportdryck orkar springa längre?

A2

2. Gör färdigt tabellen nedan. ÄmneAntal protonerAntal neutroner

kol-12

syre-18

cesium-133

uran-235

A3

3. När en kalciumatom avger två elektroner i en kemisk reaktion bildas en kalciumjon med den kemiska beteckningen Ca2+. Vad står beteckningen 2+ för?

4. Den kemiska formeln för svavelsyra är H2SO4.

a) Vilka grundämnen består svavelsyra av?

b) Hur många atomer av varje grundämne finns i svavelsyra?

c) Vad menas med att svavelsyra är en stark syra?

d) Vad händer med pH-värdet i en lösning då svavelsyra tillsätts?

5. Vad händer med pH-värdet i magsaften om en svagt basisk lösning med bikarbonat intas?

6. Hur många elektronpar delar två syreatomer på i en syrgasmolekyl? A4

7. Varför sker det ingen nettoökning av koldioxid i atmosfären när metan i form av biogas förbränns?

8. Den naturliga jäsprocessen med jästsvampar avtar när alkoholhalten närmar sig 14 %. Trots det finns det alkoholhaltiga drycker som innehåller en högre alkoholkoncentration än det. Hur är det möjligt?

MATERIA I MILJÖ OCH SAMHÄLLE

9. Vad skiljer disackariderna sackaros, maltos och laktos från varandra?

10. Vad kännetecknar biobaserade plaster?

Ta ställning och argumentera

1. Är forskning utförd med hjälp av den vetenskapliga metoden tillförlitlig?

2. Är det viktigt att ta upp forskningsetik i skolans naturvetenskapliga undervisning?

11. Varför är koncentrationen av ett miljögift i regel högst hos toppkonsumenterna i en näringsväv?

12. Varför gör cocktaileffekten det svårt att fastställa säkra gränser för hur höga koncentrationerna av miljögifter får vara i exempelvis dricksvatten?

3. Är det etiskt försvarbart att utföra experiment på levande organismer för att få kunskap om hur giftig en viss kemikalie är?

4. Är det viktigt med kemiexperiment i skolundervisningen?

5. Varför kan det vara viktigt att känna till pH-värdet i ett vattendrag?

6. Vilka är de effektivaste åtgärderna för att minska problemen med spridning av miljögifter i naturen?

7. Hur kan vi minska problemen med plastskräp i haven?

Nedskräpning

av plast är ett av de största hoten mot den biologiska mångfalden i haven.

Naturligtvis naturkunskap 2 är kursbok till gymnasiekursen Naturkunskap 2 (100p).

Boken har följande kapitelindelning:

A Materia i miljö och samhälle

B Universum och materians uppkomst

C Livet utvecklas

D Transport och ämnesomsättning

E Försvar och kommunikation

Karl-Niklas Hult har många års erfarenhet av att undervisa i naturkunskap på gymnasiet. Han har även en masterexamen i biologi, har erfarenhet av fiskodling och har deltagit i ett projekt finansierat av WWF med sy e att kartlägga vithajsbeståndet utanför Sydafrikas kust. Karl-Niklas undervisar också i hållbar utveckling på IB-programmet.

Peter Olsson arbetar som gymnasielärare med undervisning i naturkunskap, biologi och även på IB-programmet. Tidigare har han doktorerat och forskat om fåglars syn vid Lunds universitet samt undervisat på universitetsnivå. Han har även medverkat i den populära Biologishowen som anordnas av naturvetenskapliga fakulteten i Lund.

ISBN 9789151109329

9 78915

11 09329