9789152359068

Mona Gidhagen Svante Åberg

Åk 7–9

Mona Gidhagen Svante Åberg

Åk 7–9

Sanoma Utbildning P OSTADRES S : Box 38013, 100 64 Stockholm B ESÖKSADRES S : Rosenlundsgatan 54, Stockholm H EM SIDA : www.sanomautbildning.se E - P OST: info@sanomautbildning.se Order/Läromedelsinformation TELEFON : 08-587 642 10 FÖRFAT TARE : Mona Gidhagen och Svante Åberg REDAK TÖRER : Helena Fridström, Jessica Hagström, Lena Bjessmo B ILDREDAK TÖRER : Helena Fridström, Jessica Hagström, Lena Bjessmo G R AFIS K FORM : Kajsa Isenberg, Lena Eklund, Jens Magnusson L AYOUT :

Jens Magnusson Kajsa Isenberg, Lena Eklund, Jens Magnusson ILLUSTR ATIONER : Jens Magnusson, Typoform OM S L AG :

Kemi Direkt ISBN 978-91-523-5906-8 © 2022 Författarna och Sanoma Utbildning AB, Stockholm Fjärde upplagan Första tryckningen TRYC K :

Neografia, Slovakien 2022

Kopieringsförbud!

Detta verk är skyddat av lagen om upphovsrätt. Kopiering utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt Bonus Copyright Access, är förbjuden. Sådant avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner/universitet. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnares huvudman eller Bonus Copyright Access. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare.

Till läsaren

Välkommen

till din nya bok i kemi !

Vi som har gjort den här boken hoppas att du ska få uppleva att kemi kan väcka nyfikenhet och intresse för att undersöka omvärlden.

Vårt mål är att boken ska ge dig kunskaper och utveckla ditt kritiska tänkande så att du känner dig trygg i att hantera kemifrågor som påverkar dig och samhället.

Lycka till med dina kemistudier !

Författarna

Kapitelstart Varje kapitel inleds med ett ingressuppslag som fungerar som en presentation av kapitlet. Bilden hoppas vi sätter igång dina tankar kring kapitlets innehåll. Diskutera gärna tillsammans i klassen vad ni ser i bilden. ”Vad tror du?”-frågan hoppas vi också ska skapa nyfikenhet för innehållet i kapitlet. Fundera över vem av eleverna du tycker svarar bäst på lärarens fråga.

På ingressuppslaget listas det centrala innehållet som behandlas i kapitlet. Här kan du även se vilka avsnitt som ingår.

Avsnitt Alla kapitel är indelade i avsnitt och här varvas text och bild för att göra teorin intressant. I slutet av varje avsnitt finns kunskapsfrågor som du kan arbeta med för att se om du har förstått avsnittets innehåll. Det finns även ett antal utvalda begrepp som du kan arbeta med på olika sätt, till exempel genom att göra en begreppskarta, diskutera med en kompis eller skriva förklaringar.

■

Granska Granska är ett inslag i varje kapitel där du tränar på att granska information och ta ställning i naturvetenskapliga frågor. Det kan till exempel handla om att granska en laborationsrapport eller en tidningsartikel. Inslaget avslutas alltid med ett antal frågor att diskutera.

■

Miljö och hållbarhet Miljö och hållbarhet löper som en röd tråd genom hela boken.

I varje kapitel finns det dessutom ett inslag med extra fokus på miljö och hållbarhet. I till exempel kapitel 3 får du fundera över vilken växthusgas som är farligast. Inslaget avslutas med uppgifter som inspirerar till diskussion och kritiskt tänkande. Längst bak i boken finns en text om FN:s globala mål.

■

Uppslag I slutet av varje kapitel finns Uppslag med olika sorters uppgifter, allt ifrån bilder att diskutera till undersökningar som ska planeras.

Uppslagen kan användas vid olika tillfällen under arbetet med kapitlet och tränar flera förmågor.

Beskriv och förklara

Här finns frågor om innehållet i kapitlet. Dessa frågor kräver ofta lite mer utförliga svar än de frågor som finns i slutet av varje avsnitt.

Vad ska bort?

Du får studera ett antal bilder och med hjälp av dina kunskaper i kemi motivera vilken bild som ska tas bort. Det kan finnas flera olika svar.

Vad ser du i bilden?

Utifrån en bild och ett antal frågor diskuterar ni i grupp och motiverar vad ni ser i bilden.

Vem har rätt?

”Vem har rätt?” utgår från en frågeställning med olika tänkbara svar, som du tillsammans med dina klasskompisar resonerar kring.

Planera en undersökning

Här ska du planera en undersökning steg för steg utifrån en frågeställning.

Ta ställning och motivera

Du får träna på att ta ställning och motivera ditt ställningstagande i frågor som rör kemi och som här är aktuella för kapitlet.

■

Sammanfattning Sist i varje kapitel finns en sammanfattning. Sammanfattningen är indelad efter kapitlets avsnitt.

1. Kemins grunder

8

Kemi förr och nu 10 ■ Granska: Vad är naturvetenskap? 16 Kemi i skolan 18 Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar 24 ■ Miljö & hållbarhet: Giftfri miljö 28 Ämnen kan förändras 33 Ämnens egenskaper 35 Rena ämnen och blandningar 40 Att separera ämnen 46 Att analysera ämnen 51 ■ Uppslag 54 ■ Sammanfattning 58

2. Kretslopp i naturen

62

Kretslopp formar livet på jorden 64 Vattnets kretslopp 67 ■ Granska: Luft i kallt och varmt vatten 70 ■ Miljö & hållbarhet: Sötvatten – en bristvara i världen 74 Mineralernas kretslopp 76 Kvävets kretslopp 80 Kolets kretslopp 84 Kretsloppen är kopplade till varandra 92 ■ Uppslag 96 ■ Sammanfattning 100

3. Organisk kemi – kolets kemi

104

Kol ett spännande ämne 106 Kolväten en viktig grupp av kolföreningar 111 Fossila bränslen 118 ■ Miljö & hållbarhet: Vilken växthusgas är farligast? 126 Alkoholer 128 Organiska syror och estrar 134 Livets kemi 138 Kolhydrater 140 Fetter 147 Proteiner 150 ■ Granska: Forskningsresa 152 ■ Uppslag 154 ■ Sammanfattning 158

Innehåll

4. Materiens uppbyggnad

162

I atomens inre 164 Periodiska systemet 168 Joner 175 Kemiska bindningar 180 Material byggs av grundämnen 186 ■ Granska: Järnframställning 192 ■ Miljö & hållbarhet: Hållbar användning av ändliga metaller 198 Materialutveckling ger bättre egenskaper 200 ■ Uppslag 206 ■ Sammanfattning 210

5. Syror, baser, salter och elektrokemi Surt eller basiskt? 216 Syror är vanliga i naturen 219 Baser är motsatsen till syror 226 Salter är uppbyggda av joner 232 Elektrokemi 240 ■ Granska: Undersökning av metaller 245 ■ Miljö & hållbarhet: Mobilen en miljöbov? 248 ■ Uppslag 254 ■ Sammanfattning 258

6. Hållbar utveckling

262

Vårt hem jorden 264 Hållbar utveckling 269 Klimat och miljö 278 Livscykelanalys 289 ■ Miljö & hållbarhet: Avfallstrappan 294 Vetenskapliga argument 296 ■ Granska: Vetenskaplig argumentation 298 ■ Uppslag 300 ■ Sammanfattning 304

Att laborera 308

Bildförteckning 316

Farosymboler 309

FN:s Globala mål 318

Tabeller 310

Periodiska systemet 320

Register 312

214

1.

Kemins grunder

!

Kapitelstart med en bild som väcker elevernas intresse och ger inspiration till diskussioner.

Innehåll Kemi förr och nu

Vad tror du?

10

■ Vad är naturvetenskap?

Kemi i skolan

16 Vad är en kemikalie?

18

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar 24 ■ Giftfri miljö

28

Ämnen kan förändras

33

Ämnens egenskaper

35

Rena ämnen och blandningar Att separera ämnen

46

Att analysera ämnen

51

Alla kemikalier är farliga.

40

A

Alla kemikalier är framställda i fabriker.

Alla kemiska ämnen är kemikalier.

Centralt innehåll Kemi i naturen, i samhället och i människokroppen • Materiens uppbyggnad visualiserat med hjälp av partikelmodeller. Grundämnen och molekylföreningar samt hur ämnen omvandlas genom kemiska reaktioner. Atomer, elektroner och kärnpartiklar.

B

C

• Separations- och analysmetoder, till exempel

filtrering, fällning och identifikation av ämnen.

Systematiska undersökningar och granskning av information

En del kemikalier kan rädda liv.

D

9

Kemi förr och nu Människan har sedan länge funderat över vad det är som händer i naturen och i kroppen. Kemin har gett många svar men det finns mycket kvar att utforska.

Kanske vill du bli kemist och vara en del av denna utveckling?

Kemi finns överallt Kemi är läran om olika ämnens egenskaper, uppbyggnad och deras reaktioner med varandra. Kemi är naturvetenskap och har stor betydelse och påverkan på vårt vardagliga liv i dag men kanske ännu mer i vårt framtida samhälle.

När du ser dig omkring, finns det kemiska ämnen överallt.

Vatten, luft, växter, mat, kläder – ja allt du har omkring dig är olika kombinationer och blandningar av kemiska ämnen. När du känner olika smaker eller lukter så är de också orsakade av kemiska ämnen.

Många tror att kemiska ämnen och kemikalier är något farligt som kan skada både miljö och människor. Men kunskaper i kemi och användning av kemikalier kan tvärtom hjälpa till att skapa en värld som är hållbar.

Vatten är ett av världens viktigaste kemiska ämne.

Att vara kemist är ett viktigt jobb. Kemister behövs bland annat för att utveckla nya, bättre och miljövänligare material inom olika områden. En kemist kan också jobba med att försöka hitta tillverkningsprocesser som är energisnåla och inte ger utsläpp som skadar miljön. Det kallas grön kemi och får allt större betydelse.

Ofta jobbar kemisten i team tillsammans med andra yrkesgrupper, som till exempel biologer, läkare eller tekniker. Inom läkemedelsindustrin har till exempel kemisten en viktig roll och inom kriminologin är det kemisterna som analyserar olika bevis från brottsplatser.

Dagens kemister har god hjälp av flera hundra års erfarenheter och modern teknisk utrustning. I dag finns det även ett gemensamt kemispråk med kemiska namn, symboler och formler, vilket gör att alla som arbetar med kemi lättare kan förstå varandra och samarbeta. Men så har det inte alltid varit.

10

KAPITEL 1 KEMINS GRUNDER

Tomater är uppbyggda av olika kemiska ämnen, några av dessa ger dem dess lukt och smak.

Egyptierna gav oss ordet kemi För ungefär tre tusen år sedan balsamerade man döda människooch djurkroppar i Egypten för att bevara dem efter döden. Först behandlades den döda kroppen med olika ämnen. Kroppen lindades sedan med tygremsor av lin, som doppats i vätskor från växter.

Balsameringen skulle hindra kroppen från att förstöras. Man tror att ordet kemi kommer från ordet khems, ett egyptiskt ord för något magiskt. Ämnena som användes vid balsameringen kallades khems men ordet användes också då man beskrev hur man gjorde öl, färger och smink.

En balsamerad man som levde i Egypten för över 3 000 år sedan.

luft

Grekerna tänkte kemi För två tusen år sedan påstod de grekiska filosoferna Empedokles och Aristoteles att naturen var uppbyggd av fyra grundläggande element – luft, jord eld och vatten. De såg på naturen, funderade och drog slutsatser, men de gjorde inga experiment. De ansåg att det räckte med tankar och idéer för att förklara hur världen fungerade.

De grekiska filosofernas föreställning om att allt är uppbyggt av de fyra elementen levde kvar ända till slutet av 1700-talet.

Grekernas sätt att förklara naturen stämde förstås inte med verkligheten men delar av deras idéer finns fortfarande kvar inom vissa områden. Inom astrologin talar man fortfarande om de fyra elementen, luft, jord, eld och vatten och alla våra stjärntecken kopplas ihop med något av dessa element.

jord

eld

vatten

De fyra elementen – luft, jord, eld och vatten.

KEMI FÖRR OCH NU

11

Alkemister försökte göra guld En föregångare till dagens moderna vetenskap var alkemi. De som sysslade med alkemi kallades alkemister. De försökte bland annat framställa guld ur andra metaller och arbetade hårt med detta utan att lyckas. Alkemisterna försökte också framställa ett ämne, ett livselixir, som skulle bota alla sjukdomar och göra så att man levde längre. Alkemin fanns i Kina och Egypten för mer än två tusen år sedan och kom till Europa under medeltiden. Numera vet vi att det inte går att tillverka guld ur andra ämnen och att det inte finns ett ämne som kan bota alla sjukdomar.

Alkemisterna gjorde ändå en hel del upptäckter som vi har stor nytta av i dag. De framställde många nya ämnen, som till exempel syror, och upptäckte dessutom flera nya grundämnen.

Men framför allt utvecklade de nya arbetsmetoder i sina laboratorier, som kemister fortfarande använder.

Målningen visar hur ett alkemistlaboratorium kunde se ut i Europa under medeltiden.

12

KAPITEL 1 KEMINS GRUNDER

Fler experiment för att testa idéer Under 1600- och 1700-talen förändrades sättet att arbeta naturvetenskapligt. Naturvetarna började testa sina teorier, genom att göra mer genomtänkta undersökningar och experiment. Det var ett nytt sätt att arbeta jämfört med alkemisternas. På så sätt kunde de få bevis för sina idéer om hur naturen är uppbyggd och fungerar.

Det här sättet att testa idéer är ett naturvetenskapligt arbetssätt och är det arbetssätt som dagens forskare fortfarande använder. Med den nya arbetsmetoden lärde sig vetenskapsmän att tänka kritiskt och det har lett till många viktiga upptäckter. Till exempel har ett verksamt vaccin mot smittkoppor kunnat framställas genom systematiska undersökningar och därmed har man kunnat utrota sjukdomen. Penicillin är ett exempel på medicin som kommit fram genom forskning. Egentligen upptäcktes det av en slump men har sedan utvecklats till ett läkemedel av biokemister. Även material som nylon och Gore-Tex har upptäckts av kemister genom ett nautrvetenskapligt arbetssätt.

Det skottske bakteriologen Alexander Fleming upptäckte år 1928 penicillinet. För den upptäckten fick han senare Nobelpriset.

KEMI FÖRR OCH NU

13

Så arbetar dagens forskare Dagens forskare arbetar systematiskt genom att undersöka saker för att ta reda på vad som är sant. Det brukar börja med en observation, något som forskaren har sett och vill kunna förklara. Ofta finns det en idé till en förklaring. En sådan idé kallas för hypotes. För att ta reda på om hypotesen stämmer planeras en undersökning som kan testa idén.

Det är viktigt att vara noggrann när undersökningar genomförs så att det inte blir ett felaktigt resultat. Forskaren är också noga med att föra anteckningar över hur undersökningen genomförs och notera alla observationer som görs.

När undersökningen är klar funderar man över hur observationerna ska tolkas. Om resultatet blev som förväntat, så kanske hypotesen var korrekt. Men det är även viktigt att fundera över om det kan finnas andra möjliga förklaringar. Om det inte går att hitta några andra trovärdiga förklaringar, så dras slutsatsen att hypotesen faktiskt var korrekt.

Andra gånger blir inte resultatet som förväntat. Då måste forskaren också fundera kring möjliga förklaringar. Då behövs ytterligare undersökningar för att hitta sanningen.

Anteckningarna från undersökningar är viktiga.

Forskare brukar också dela med sig av sina dokumenterade undersökningar till andra forskare.

Undersökningen kan då göras om och rättas om det blivit fel slutsats, eller kanske genomförs ytterligare undersökningar som ger fler kunskaper. Detta sätt att arbeta kallas för ett naturvetenskapligt arbetssätt.

Forskning är ett lagarbete.

14

KAPITEL 1 KEMINS GRUNDER

Ett naturvetenskapligt arbetssätt Hur kan det gå till när en forskare arbetar? Ett praktiskt exempel kan vara att man upptäcker att ull inte blir blött när man stänker vatten på det. En idé, hypotes, kan vara att ullen innehåller fett som stöter bort vatten. ”Om man kan tvätta bort fettet borde ullen blir lättare. Det får bli ett experiment att undersöka”, kan forskaren tänka.

Steg för steg testas sedan hypotesen.

• Ullen vägs, därefter sköljs den i ett lösningsmedel som tar bort fettet.

• Ullen får torka ordentligt, därefter vägs den igen.

Blir ullen lättare om den tvättas?

Resultatet visar att vikten har minskat. För att vara säker på resultatet funderar forskaren och tänker ”Kan smutsen också tvättats bort med lösningsmedlet? Hur vet jag att det var fettet som tvättades bort?”

!

Ett nytt experiment planeras och genomförs.

• Lösningsmedlet som ullen sköljdes i var sparat.

• Lösningsmedlet fick avdunsta i en bägare.

Arbeta med begrepp

Efter avdunstningen visade sig att det låg en klibbig beläggning kvar. stödjer ett Beläggningen kunde sedan testas och det visade sig vara fett. Nu språkutvecklande visste forskaren säkert att hypotesen var korrekt.

arbetssätt.

Arbeta med begrepp

Kan du?

Här är några begrepp från avsnittet.

Gör en begreppskarta, diskutera med en kompis eller skriv förklaringar.

1. Ge exempel på olika områden som kemister kan arbeta med.

tssätt ligt arbe p a k s n te naturve undersö kning

hypotes

2. Vilken nytta har vi i dag av alkemisternas kunskaper?

3. Vad är ett naturvetenskapligt arbetssätt?

4. Varför ska en forskare dokumentera sina undersökningar?

Rätt eller fel?

A. Kemi handlar om olika ämnens egenskaper.

slutsats

res ulta t

B. Alkemisterna kunde framställa guld.

C. En hypotes måste kunna testas.

D. Lukt och smak beror på kemiska ämnen.

KEMI FÖRR OCH NU

15

Kemi i skolan Om du bakar en sockerkaka hemma är det bara att följa ett recept. När du gör en laboration i kemisalen ska du också följa en instruktion men det är ändå något helt annat. Där ska du använda ett naturvetenskapligt arbetssätt.

Att laborera När du laborerar i skolan kan ditt sätt att arbeta likna en forskares arbetssätt. Skillnaden är att det oftast finns ett svar till den undersökning du gör i skolan medan en forskare söker efter ny kunskap. Du planerar, utför och iakttar vad som händer. Du beskriver sedan allt i en laborationsrapport tillsammans med en diskussion kring resultat och eventuella felkällor. En felkälla är någonting som kan ha påverkat resultatet till exempel smutsiga redskap eller svårigheter att läsa av mätvärden. I rutan finns en modell för hur du kan dokumentera när du utför en laboration.

1. Rubrik – Vad heter laborationen?

2. Uppgift – Vad är syftet? Vad är frågeställningen? Vad är dina hypoteser?

3. Materiel – Vilken utrustning och vilka kemikalier ska du använda?

4. Utförande – Hur ska du göra? Skriv en kortfattad beskrivning av försöket. Gärna med bilder.

5. Resultat – Vad hände? Skriv ned vad du ser under och efter experimentet. Redovisa med tabeller, diagram och/eller bilder.

6. Felsökningar – Undersök hypoteser om vad som orsakat resultatet. Hitta felkällor.

7. Slutsats och diskussion – Skriv ned svaret på uppgiften som undersökts. Vad har orsakat resultatet? Diskutera kring eventuella felkällor.

18

KAPITEL 1 KEMINS GRUNDER

E-kolv är vanlig utrustning i en kemisal.

Att jobba säkert Det finns kemiska ämnen som är farliga även i små mängder.

I skolan kommer du ibland att använda ämnen som är frätande, brandfarliga eller giftiga. Därför är det viktigt att du känner till säkerhetsföreskrifterna och att du följer dem noggrant. Annars riskerar du att skada dig själv eller någon annan.

• Följ lärarens instruktioner

Läraren ger både muntliga och skriftliga instruktioner som är viktiga att följa. Gör aldrig egna experiment utan att först prata med din lärare.

• Använd skyddsutrustning

Använd alltid skyddsglasögon och skyddsförkläde eller labbrock. Sätt upp håret om det är långt. Du ska känna till var salens skyddsutrustning finns, samt när och hur den ska användas. Det är förbjudet att äta och dricka i labbsalen och avsluta alltid laborationen med att tvätta händerna.

• Håll ordning

Om du håller ordning på din arbetsplats i klassrummet, minskar risken för olyckor. Läs alltid etiketten på burkar och flaskor så att du inte använder fel kemikalier. Plocka undan, diska och torka rent när du är klar. Ta reda på hur du ska hantera överblivna kemikalier, ibland måste de samlas upp i speciella avfallskärl.

Använd alltid skyddsglasögon när du laborerar.

• Lär dig farosymbolerna

Ibland finns så kallade farosymboler på etiketten.

De informerar och varnar om innehållet är farligt.

Farosymbolerna ser du på nästa sida. Lär dig vad dessa betyder.

KEMI I SKOLAN

19

Vanliga farosymboler och vad de betyder

Skadlig

Frätande

Hälsofarlig

Giftig

Miljöfarlig

Explosiv

Brandfarlig

Oxiderande

Farosymbolen på etiketten visar hur du ska handskas med ämnet.

20

KAPITEL 1 KEMINS GRUNDER

Att hantera eld

Bränslen kan vara fasta, flytande eller gasformiga. Trä och stearin är exempel på fasta bränslen. Bensin är ett flytande bränsle och gasol är gasformigt. Syre finns i luften men också som syrgas i gastuber.

Värmen kan komma från en tändsticka, eltändare, en gnista, ett blixtnedslag eller helt enkelt från solen.

Bränslen som är fasta eller flytande brinner egentligen inte eftersom det är för lite syre i kontakt med bränslet. Men om dessa bränslen värms bildas det brännbara gaser. Gaserna blandas med luftens syre och de kan börja brinna. När elden sedan är igång bildas det mer värme och ännu mer brännbara gaser. Elden tar fart och det brinner ända tills bränslet tar slut eller tills man släcker elden. Att ett brinnande stearinljus bildar brännbara gaser kan visas genom att man blåser ut det och direkt sätter en brinnande tändsticka strax ovanför ljuset.

Då börjar det brinna igen. Om man har värmeljus i en sluten ljuslykta med liten öppning kan gasen som bildas ta eld explosionsartat och lyktan kan spricka. Därför ska man aldrig lämna värmeljus utan uppsyn.

Sy

e

För att det ska bli en eld måste det alltså finnas tre delar – bränsle, syre och värme. Saknas någon av delarna blir det ingen eld.

rm Vä

För nästan tiotusen år sedan lärde sig människan konsten att tända en eld. De använde torrt gräs, trämjöl, fnöske eller trästickor som bränsle och skapade värme genom att gnida eller snurra träpinnar mot varandra. För att sedan få fart på elden, blåste de lite försiktigt på glöden så att elden tog sig.

re

När du genomför undersökningar i laborationssalen kan du ibland behöva använda en brännare, då är det viktigt att kunna hantera elden. Men vad är eld och hur kan eld uppstå?

Bränsle

För att en eld ska uppstå behövs bränsle, syre och värme. Om någon av dessa delar saknas så blir det ingen eld.

Het matolja avger brännbara gaser som kan ta eld om man är oaktsam.

KEMI I SKOLAN

21

Vad ska du göra om det brinner?

Sy re

Bränsle

re Sy

e

Bränsle

Sy re

e

Brän

rm Vä

När man kväver en eld hindrar man syret från att reagera med bränslet. Brandsläckare med pulver eller kolsyra släcker eld genom att kväva den. De är speciellt bra för att släcka bränder i bilar och båtar. Brandkåren har stora skumsläckare som de använder för att släcka större bensin- och oljebränder genom kvävning.

En brand kan också släckas om man tar bort det som brinner. Vid en skogsbrand gör man brandgator genom att hugga ned och röja bort träden. Då tar man bort bränslet så att elden inte kan sprida sig.

Elden slocknar till sist när bränslet tar slut.

rm Vä

Häll aldrig vatten på brinnande olja eller fett utan kväv i stället elden med ett lock eller en tät filt. Temperaturen i brinnande olja är så hög så vattnet börjar genast koka och ger små ångexplosioner. Heta, brinnande fettdroppar kan stänka iväg och sprida elden och orsaka svåra brännskador.

e

Det vanligaste sättet att släcka en eld är att hälla vatten på den.

Vattnet kyler bränslet så att det inte bildas några brännbara gaser, och elden slocknar. Samtidigt bildas det mycket vattenånga som kväver elden genom att tränga undan syret.

rm Vä

Vid brand ska man utrymma och stänga dörrar och fönster.

Då hindrar man röken att sprida sig och minskar syretillförseln. Det är viktigt att sätta sig själv och andra i säkerhet, varna därför alla som hotas av branden. Ring 112 och berätta var som hänt, var det brinner och vem du är.

sle

Minnesregel 1. Rädda 2. Varna 3. Larma 112 4. Släcka

22

KAPITEL 1 KEMINS GRUNDER

Arbeta med begrepp Här är några begrepp från avsnittet. Gör en begreppskarta, diskutera med en kompis eller skriv förklaringar.

eld kväva

bränsle

kyla

syre

värme

röja

Kan du?

1. Vilka rubriker är bra att ha med i en labortationsrapport?

2. Vilka säkerhetsföreskrifter bör du följa när du laborerar i kemi?

3. Vilken säkerhetsutrustning bör finnas i en laborationssal?

4. Vad betyder följande farosymboler?

5. Vad behövs för att eld ska uppstå?

6. Hur kan man släcka en eld?

7. Varför ska man aldrig hälla vatten på brinnande olja?

8. Varför är det förbjudet att röka vid bensinstationer?

Rätt eller fel?

A. Efter en laboration måste du tvätta händerna.

B. I skolans kemisal finns inga farliga ämnen.

C. Du kan hälla ut alla skolans kemikalier i vasken efter en laboration.

D. Du kan alltid släcka en eld genom att blåsa på den.

E. Bensin brinner utan syre.

F. En brandsläckare kan innehålla syre.

G. Vatten släcker en eld genom att sänka temperaturen.

H. Vatten släcker en eld genom att ta bort syret.

KEMI I SKOLAN

23

Beskriv och förklara 1. Beskriv skillnaden mellan hur alkemisterna

arbetade och hur en kemist arbetar i dag?

2. Förklara varför det inte går att framställa

guld från andra grundämnen.

3. Beskriv hur man ska göra för att släcka

elden om det börjar brinna när man friterar i olja.

4. Vilka av begreppen grundämne, kemisk

förening, atom eller molekyl passar in på följande?

5. Varför kallas Mendelejevs arbete i kemi för

12. Använd tabellen och svara på frågorna.

a) Vilket eller vilka ämnen är gaser vid – 100°C? b) Vilket eller vilka av ämnena är fasta vid – 200 °C? c) Vilken fas har kvicksilver vid 0°C? d) Vid vilken temperatur kondenserar klor? Ämne

Smältpunkt °C

Kokpunkt °C

Vatten

0

100

Kvicksilver

– 38

357

Klor

– 34

– 34

Kväve

– 196

– 196

Syre

– 183

– 183

det periodiska systemet?

6. Förr trodde man att alla utsläpp från

en fabrik försvann, bara man byggde tillräckligt höga skorstenar. Hur vet du att det inte är så?

7. Vad innebär det att ett ämne reagerar med

9.

grundämne, en kemisk förening eller en

Uppslag blandning. Bestäm också om ämnet är i fast, med av olika flytande eller i gasfas. Cirklarna i rutorna är Förklara varför vatten som uppgifter består av syreoch väteatomer harkaraktär andra egenskaper än som bjuder in till atomer. a) b) syre- och väteatomer. diskussioner och tränar Varför har flytande vatten andra egenskaper flera förmågor. ett annat ämne?

8.

13. Bestäm om rutorna a-f innehåller ett

än is, trots att det är uppbyggt av likadana vattenmolekyler?

10. Om man tar fram en mjölkförpackning

ur kylen och låter den stå framme blir den fuktig på utsidan. Förklara vad som har hänt.

c)

d)

e)

f)

11. Om man blandar 1 dl vatten och 1 dl

rödsprit blir blandningens volym mindre än 2 dl. Varför blir det så? Gör en hypotes som kan förklara detta.

14. Förklara varför en öppnad läsk behåller

kolsyran bättre om den står i kylen än om den står i rumstemperatur.

15. Förklara skillnaden mellan indunstning

och destillering.

16. Hur fungerar en destillationsapparat?

54

KAPITEL 1 KEMINS GRUNDER

Varför slocknar ett tänt ljus när man blåser på det?

För att luften man blåser ut är kallare än lågan – man kyler.

Uppslag

Vem har rätt?

Luften man andas ut innehåller koldioxid – man kväver relden.

B A

Man blåser bort de brännbara gaserna.

Man blåser bort syret kring lågan.

D

C

Vad ska bort?

Använd dina kunskaper i kemi och motivera ditt val.

UPPSLAG

55

Planera ett försök Hur kan man separera ämnen?

En blandning består av vatten, salt, sand och små korkbitar. Planera ett försök där du separerar alla ämnena för sig. Försök få tillbaka alla ämnen, helst också vattnet men det är inte nödvändigt. Beskriv vilket material du använde, hur du gör och tänk på om det finns några risker.

Handvärmare ett mysterium eller ren kemi?

De allra flesta har väl råkat ut för att frysa om händerna. Vid sådana tillfällen är det bra att ha en handvärmare till hands. En handvärmare består ofta av en liten påse med en metallplatta och en vätska. När man knäpper på metallplattan blir vätskan varm. De processer som sker i en handvärmare är i princip desamma som sker när socker bildar kristaller i vatten. Så här går det till när socker bildar kristaller:

Om man lägger tillräckligt mycket socker i kallt vatten så kan det inte längre lösas upp utan lägger sig på botten som sockerkristaller. Man får då en mättad lösning.

Om man värmer sockerlösningen så går det att lösa lite mer socker. Man får då en övermättad lösning.

Så fort lösningen kallnar så faller socker ut på botten igen. Genom att röra i sockerlösningen eller värma den så tillför man energi och då kan sockret lösas upp. Sockermolekylerna tar upp energin.

När de sedan blir kristaller igen avger de energin i form av värme. För att det ska kunna bildas kristaller måste det finns små ”groddar” som kristallerna kan växa på.

A. Jämför de steg som sker när socker

bildar kristaller, vad tror du händer i handvärmaren?

B. Skulle det vara möjligt att återanvända

en handvärmare? Hur skulle du göra då?

56

KAPITEL 1 KEMINS GRUNDER

Vem har rätt?

När ämne A och B reagerar med varandra bildas ett giftigt ämne C. Kan det bli så? Är A och B giftiga, blir C också giftigt.

C kan bli giftigt, fastän A och B inte är giftiga.

B Det räcker med att ett av ämnen A eller B är giftigt, då blir C också giftigt.

A

C

Ta ställning och motivera En del kemikalier som har framställts har varit skadliga för människor och natur. Det skulle bli bättre om man inte framställde nya kemikalier.

• Tycker du det är ett bra förslag?

Ta ställning och motivera ditt svar.

UPPSLAG

57

Kemi förr och nu

Kemi i skolan

• Kemi är läran om ämnens egenskaper,

• När du laborerar i skolan kan ditt sätt

uppbyggnad och deras reaktion med varandra.

• Kemister arbetar inom många områden •

att arbeta likna en forskares arbetssätt.

Du planerar, utför och iakttar vad som händer. Du skriver en laborationsrapport.

som är bra för vår miljö och vår hälsa.

Denna modell kan du följa

Grekerna tänkte naturvetenskap.

De gjorde inga experiment utan såg på naturen och drog slutsatser.

1. Rubrik

• Alkemin var föregångare till dagens

naturvetenskap. De utvecklade nya arbetsmetoder i sina laboratorier, som kemister fortfarande använder i dag.

• På 1600-talet förändrades sättet att

arbeta med naturvetenskap. Forskarna hade teorier som de försökte bevisa med undersökningar. Det naturvetenskapliga arbetssättet som används i dag bygger på att forskarna testar sig fram genom att sätta upp hypoteser och pröva dessa med experiment.

2. Uppgift 3. Materiel 4. Utförande 5. Resultat 6. Felsökningar 7. Slutsats och diskussion

• När du laborerar är det viktigt att det

sker på ett säkert sätt. Håll dig till dessa regler.

• Följ lärarens instruktioner • Använd skyddsutrustning • Håll ordning • Lär dig farosymbolerna

• För att det ska bli eld måste det finnas

e

rm

Vä

Sy re

bränsle, syre och värme.

Bränsle

• För att släcka eld ska man ta bort

bränslet eller kväva elden eller kyla ned.

• Häll aldrig vatten på brinnande olja. Då kan elden spridas och ge brännskador.

58

KAPITEL 1 KEMINS GRUNDER

–

Sammanfattning

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar

• Alla ämnen är uppbyggda av materia.

• Materia är uppbyggt av atomer.

• En atom har en atomkärna som

+

innehåller positivt laddade protoner och oladdade neutroner. Runt kärnan kretsar negativt laddade elektroner.

+

• En atom har alltid lika många protoner som elektroner. Den är därför alltid oladdad.

• En molekyl är två eller fler atomer som är bundna till varandra.

–

• Ett grundämne är ett ämne som

är uppbyggt av likadana atomer.

• Det finns ungefär 100 olika atomslag och därför också lika många grundämne.

• Några exempel på grundämnen är syre, väte, kol, järn och aluminium.

• En kemisk förening är ett ämne •

Ämnen kan förändras

som är uppbyggt av minst två olika slags atomer.

• Vid kemiska reaktioner sker kemiska

För att beskriva ett ämne används kemiska tecken och en kemisk formel.

De kemiska tecknen talar om vilka grundämnen som ingår och formeln talar om hur många atomer av varje slag som ingår i ämnet.

• Förbränning är ett exempel på en

förändringar och nya ämnen bildas.

kemiskreaktion mellan ett ämne och syre.

• En reaktionsformel beskriver vad som händer vid en kemisk reaktion.

• Den ryske kemisten Mendelejev lade

grunden för vårt periodiska system genom att ordna grundämnen efter hur många protoner ämnet hade. Antalet protoner är grundämnets atomnummer.

• Alla grundämnen som står i samma •

+

C

Kolmonoxid, CO2

syre

kol

+

koldioxid

O2

CO2

vågräta rad bildar en period och de som står i samma lodräta kolumn tillhör samma grupp.

• Vid en kemisk reaktion försvinner

I periodiska systemet kan man också se grundämnena indelade i – metaller, ickemetaller och halvmetaller.

• Om en isbit smälter ändrar den fas

inga ämnen. De bara omvandlas till nya ämnen. från fast till flytande form. Det sker en fasförändring. Ämnet har ändrat form men är fortfarande samma ämne.

SAMMANFATTNING

59

Ämnens egenskaper

Rena ämnen och blandningar

• Ämnen har olika egenskaper som beror

• Ett rent ämne består av likadana

•

på vilka grundämnen de innehåller.

Det beror också på hur grundämnena är bundna till varandra och hur många atomer det finns av varje grundämne.

De flesta ämnen kan finnas i tre olika faser – fast, flytande och gasfas.

• I fast fas ligger atomerna tätt intill

varandra och är ganska orörliga. I flytande fas kan de röra sig mer och ämnet flyter. I gasfasen kan atomerna röra sig helt fritt.

partiklar rakt igenom. Det kan vara atomer eller molekyler.

• En blandning består av minst två

olika rena ämnen som är blandade, inte kemiskt bundna till varandra.

• Luft är en blandning av flera olika

ämnen, till exempel kväve, syre och koldioxid. Dessutom finns det damm, sot, vattenånga och andra partiklar i luften.

• En lösning är en

blandning där delarna är så små att de inte syns.

En lösning som inte kan lösa mer kallas för en mättad lösning.

• Vätskan som löser ett

ämne kallas lösningsmedel. Vatten är vårt vanligaste lösningsmedel. Men det löser inte allt. Till olja och lacker måste man ha andra lösningsmedel.

• Det finns fasta och • Det är temperaturen som avgör vilken fas ett ämne är i. När man värmer ett ämne börjar atomerna röra sig mer och mer och ändrar fas.

• Densiteten talar om vilken massa en

viss volym av ett ämne har. En liter vatten väger 1 kg och en liter guld väger 19,3 kg. Guld har mycket högre densitet än vatten.

• Ett ämne med högre densitet än vatten sjunker men ett ämne med lägre densitet, till exempel kork, flyter på vatten.

• Det finns tre metaller som är magnetiska, järn, nickel och kobolt.

60

KAPITEL 1 KEMINS GRUNDER

gasformiga lösningar.

Legeringar är fasta lösningar. Brons och mässing är exempel på legeringar. Luft är en blandning som kan kallas gasformig lösning.

• Fasta ämnen löser sig bättre i varmt

vatten men gaser löser bättre i kallt.

• Fett löser sig inte i vatten. Men på olika

sätt kan man få fettet till små droppar som svävar omkring i vattnet. En sådan blandning kallas en emulsion. Hudkräm är ett exempel på en emulsion.

• Om man blandar lera i vatten får man

en grumlig uppslamning. Man kan se leran i vattnet. Men om uppslamningen får stå en stund sjunker leran till botten och vattnet blir klart igen.

Att separera ämnen

• Blandningar av olika

ämnen kan separeras till rena ämnen genom olika seperationsmetoder.

• Filtrering bygger på att

små partiklar passerar genom ett filter och de större partiklarna stannar kvar.

• Extrahering löser färg

och smakämnen från en blandning.

• Extrahering och filtrering används bland annat när man brygger kaffe.

• Indunstning är en metod som används

för att få fram salt ur havsvatten.

I varmare länder leder man in havsvatten i bassänger och låter vattnet avdunsta.

Kvar blir då havssalt.

• Med hjälp av destillering kan man skilja ämnen som har olika kokpunkter. Det ämne som har lägst kokpunkt övergår till gasfas som kan fångas upp och kylas ned.

Att analysera ämnen

ämnena åt i en uppslamning. De tyngre partiklarna får sjunka till botten.

• Att analysera ett DNA-prov kan ge

• Sedimentering används för att skilja

• Kromatografi används på laboratorier

och bygger på att lösta ämnen rör sig olika fort på ett papper eller genom något annat ämne. Det är framför allt storleken på molekylerna som avgör hur fort de rör sig.

• Vårt dricksvatten renas i ett vattenverk

innan det når kranen i våra hushåll.

Vattnet resas i fem steg- grovfiltrering, kemisk rening, filtrering, desinfektion, tillsats av kalk. Vårt avlopssvatten renas i ett reningsverk innan det släpps ut i hav och sjöar. Reningen sker i fyra steg- mekanisk rening, biologisk rening, kemisk rening och kväverening.

• Att analysera ett kemiskt prov innebär att man tar reda på vilka ämnen som finns i provet.

information om ursprung, ärftliga sjukdomar och ett verktyg för att hitta personer som genomfört ett brott.

• DNA-prov analyseras med elektrofores som innebär att molekyler separeras med hjälp av elektricitet.

• Ett sätt att känna igen och hitta ämnen

kan vara att använda sig av ett reagens.

Till exempel så kan ren syrgas tända en trästicka som glöder. Kalkvatten grumlas av koldioxid och en blandning av syrgas och vätgas smäller om man sätter dit en brinnande sticka.

• För att vi ska veta om vi har en hälsosam miljö analyserar vi luften, vattnet och marken.

SAMMANFATTNING

61

3.

Organisk kemi – kolets kemi

104

KAPITEL 3 ORGANISK KEMI – KOLETS KEMI

Innehåll Kol ett spännande ämne

Vad tror du?

106

Kolväten en viktig grupp av kolföreningar 111 Fossila bränslen

Efter en skogsbrand blir nästan allt svart. Vad beror det på?

118

■ Vilken växthusgas

är farligast?

Alkoholer

126

128

Organiska syror och estrar Livets kemi

138

Kolhydrater

140

Fetter

134

Det är röken som gör att det blir svart.

147

Proteiner

150

A

■ Forskningsresa

152 Det är kolet från koldioxiden som gör så att det blir svart.

Concept cartoon skapar diskussion och visar elevernas förkunskaper.

B

Det är värmen som gör att det blir svart.

Centralt innehåll Kemin i naturen, i samhället och i människokroppen

C

• Kolatomens egenskaper och kretslopp i

naturen, i samhället och i människokroppen.

• Kolhydrater, proteiner och fetter samt deras funktioner i människokroppen.

• Utveckling av produkter och material.

Systematiska undersökningar och granskning av information

Det är kolet i allt levande i skogen som blir kvar efter en skogsbrand.

D

105

Kol ett spännande ämne Det finns kolatomer i allt från bränslen, läkemedel, livsmedel och olika material. Ja, till och med din kropp, består av cirka 14 kilogram kolatomer. Men varför har kolet fått ett eget område inom kemin och vad har en dyr diamant gemensamt med grillkolen vid sommarens grillkvällar?

Organisk kemi Trä, plast, bomull och ylle är några vanliga material som har en sak gemensamt, de innehåller kolatomer som kommer från växter och djur. Den delen av kemi som behandlar kolföreningar kallas organisk kemi. Lite förenklat betyder organisk kemi, vetenskapen om ämnen från levande organismer. Men i dag kommer inte alla organiska ämnen från växt- eller djurriket, utan många ämnen kan framställas på kemisk väg i ett laboratorium. Så egentligen borde man kanske i stället säga kolets kemi, även om organisk kemi är det begrepp som oftast används.

Kol är en förutsättning för allt liv och är ett grundämne som du kommer i kontakt med varje dag. Det är till exempel kol i blyertspennan du skriver med, precis som maten du äter. Även i luften finns det kol. Kol och kolföreningar har stor betydelse inom många områden, till exempel vid järnframställning, inom läkemedelstillverkning, vid framställning av nya material och som energikälla.

Grillkol framställs av ved.

Rent kol finns i fem olika former: grafit, diamant, fulleren, grafen och amorft kol. Alla de olika formerna är uppbyggda av bara kolatomer, men har ändå mycket olika egenskaper. Det beror på hur kolatomerna är bundna till varandra.

En del kol framställs på kemisk väg, till exempel kolfiber.

106

KAPITEL 3 ORGANISK KEMI – KOLETS KEMI

Diamant – det hårdaste ämnet När man tänker på kol ser nog de flesta något svart framför sig.

Men diamanter är genomskinliga, färglösa eller svagt gula och är, precis som grafit, en form av rent kol. Alla kolatomer i en diamant sitter tätt ihop med fyra andra kolatomer. På det sättet kopplas alla kolatomerna ihop till ett stort nätverk och bildar en jättemolekyl.

Det starka nätverket av atomer är förklaringen till att diamant är det hårdaste ämnet som finns i naturen. Diamanter leder värme men inte elektrisk ström.

Naturliga diamanter bildas av kolföreningar som omvandlas av det mycket höga trycket och värmen i jordens inre. Det kan ta flera miljarder år för en diamant att bildas och de är väldigt sällsynta.

Naturliga diamanter bryts framför allt i Australien, Sydafrika, Ryssland och Brasilien.

Naturliga diamanter kallas också för äkta diamanter. Det är bara de lite större och renare diamanterna som kan användas för smycken. På grund av sin hårdhet används resten av diamanterna som bryts framför allt inom industrin till skärverktyg, slipskivor och borrspetsar.

Kolatomerna i en diamant sitter ihop med fyra andra kolatomer och bildar en jättemolekyl.

Diamanter skiljer sig från andra ädelstenar genom att de inte tål för hög värme. När temperaturen går över 700 °C så reagerar kolet i diamanten med atmosfärens syre och det bildas koldioxid.

Diamanter kan alltså ”gå upp i rök” vid en eldsvåda.

Man kan tillverka diamanter genom att upphetta grafit under högt tryck. Världens första konstgjorda diamant framställdes år 1953 av företaget ASEA i Västerås. Konstgjorda diamanter används framför allt för slipning och skärning av glas. I början var de konstgjorda diamanterna gulare och mindre än naturliga diamanter.

Numera har processen förfinats och bara experter kan se skillnad på konstgjorda och naturliga diamanter.

KOL ETT SPÄNNANDE ÄMNE

107

Grafit färgar av sig Grafit är ett mjukt, svart ämne och det leder elektrisk ström. I grafit ligger kolatomerna i flera skikt ovanpå varandra. Skikten kan liknas vid ett nät som består av sammanbundna sexhörningar.

Kolatomerna i skikten är hårt bundna till varandra, men mellan skikten är bindningarna svagare.

De svagare bindningarna mellan skikten gör att de kan glida över varandra och lossna. Om man drar ett stycke grafit mot något, lämnar det ett svart streck efter sig. Det går därför att rita med grafit. Stiftet i en blyertspenna är gjort av grafit blandat med lera.

Grafit används också i smörjmedel till lås för att förhindra att låsen fryser vid kalla vintrar.

Grafit

Fulleren liknar en fotboll På 1980-talet upptäcktes en annan form av rent kol som fick namnet fulleren. I fulleren är kolatomerna bundna till varandra så att de bildar ett fotbollsliknande klot. Kolatomerna binder varandra i fem- och sexhörningar.

Fulleren leder ström, är starkt och bildas naturligt i stoftmolnen runt stjärnorna. Man har också hittat fulleren i vanligt sot, som bildas när ved eller olja brinner.

Fulleren

Grafen – ett nyupptäckt ämne Nobels fysikpris år 2010 gick till två ryskfödda forskare som lyckades framställa en ny form av rent kol, grafen. Grafen liknar grafit, men består av enbart ett skikt kolatomer, ett skikt som bara är en atom tjockt och har många unika egenskaper. Forskarna fick fram grafen genom att använda tejp på grafit. Genom att dra loss skikten undan för undan från tejp till tejp, så lyckades de till sist bara ha ett lager kvar.

Denna form av kol leder ström, är hundra gånger starkare än stål och är genomskinlig. Det här är ett ämne som intresserar många forskare, i framtiden kommer man troligtvis kunna tillverka supertunna och genomskinliga bildskärmar och superlätta flygplan av grafen.

108

KAPITEL 3 ORGANISK KEMI – KOLETS KEMI

Grafen

Amorft kol – ingen ordning alls I rent kol som grafit, diamant, fulleren och grafen sitter kolatomerna ordnade i regelbundna mönster. Men om kolatomerna inte är ordnade i regelbundna mönster, kallas det amorft kol. Stenkol, träkol och aktivt kol är några exempel på amorft kol. Stenkol innehåller cirka 90 % amorft kol medan träkol är nästan 100 % amorft kol.

Träkol som vi numera mest använder när vi grillar, tillverkas genom att man hettar upp trä utan syretillförsel. Då drivs vatten, tjära och brännbara gaser ut ur träet och det som blir kvar kallas träkol. Metoden att hetta upp ämnen utan syretillförsel kallas torrdestillation. Torrdestillation används också för att framställa andra bränslen, till exempel koks och stadsgas ur stenkol.

Träkol eller grillkol som vi kallar det består av amorft kol.

Aktivt kol är ett svart pulver som är mycket bra på att binda andra ämnen. Det beror på att partiklarna i pulvret har små hål, porer och i porerna kan andra ämnen fastna. Aktivt kol kan framställas av i stort sett vilket ämne som helst, bara det innehåller kol, till exempel trä eller olja.

Tack vare det aktiva kolets stora uppsugningsförmåga används det i sjukvården när någon har drabbats av akut förgiftning. Kolet tar upp de farliga ämnena så att kroppen inte skadas. Aktivt kol används också till att rena luft, både hemma och i skolor. Det finns aktivt kol i skyddsmasker, köksfläktar och ventilationssystem.

Nanoteknik – utveckling på molekylnivå Kol är ett ämne som har stor betydelse inom forskning och utveckling av nya material. Av skikten i grafen kan man göra rör, så kallade nanorör. Det blir naturligtvis inga stora rör. Det behövs 50 000 rör för att de tillsammans ska bli lika tjocka som ett hårstrå.

På grund av sin struktur är nanorör starkare än diamant. De leder också värme och elektricitet väldigt bra. Med dessa egenskaper kan nanorör bli grunden i framtidens högpresterande datorer.

Sådana rör är en del av nanotekniken. Tekniken mäts i nanometer.

En nanometer får man om man delar en millimeter i en miljon delar. Det är nästan obegripligt smått. Med hjälp av denna teknik kan material påverkas och omvandlas på molekylnivå. Grafen och fulleren är exempel på material som man tror kommer att få stor betydelse inom nanotekniken.

Nanorör

KOL ETT SPÄNNANDE ÄMNE

109

Nanoteknik kan ge helt nya material Nanoteknik behöver inte vara kopplat till kol utan all teknik som arbetar på nanonivå räknas hit. Nanomaterial används i dag inom många branscher. Textilindustrin gör till exempel skyddskläder för olika ändamål. Byggbranschen använder nanobindemedel för att få mer hållbar betong. Läkemedelsindustrin hoppas på nanotekniken för att tillverka bättre läkemedel mot bland annat cancer. Genom utvecklingen av nanoteknik hoppas forskare på att kunna utveckla framtida material och ämnen som är mycket bättre och även mer miljövänliga än de vi använder i dag. Man hoppas också på att kunna framställa läkemedel som ska kunna angripa endast cancercellen och därmed minska biverkningarna vid cellgiftsbehandling. Vi vet inte än hur nanotekniken kommer påverka människokroppen men forskning kring det pågår nu.

Arbeta med begrepp Här är några begrepp från avsnittet. Gör en begreppskarta, diskutera med en kompis eller skriv förklaringar.

kol

organisk kemi

grafen

fulleren

diamant

grafit

aktivt kol

amorft kol

Kan du?

1. Vilka likheter och skillnader finns mellan grafit och grafen?

2. Varför är diamant så hårt?

3. Vilken form av kol ingår i blyertspennor?

4. Vad skiljer amorft kol från de övriga formerna av kol?

5. Vad är nanorör?

6. Till vad och varför används aktivt kol inom sjukvården?

Vilka hör ihop?

A. Diamant B. Fulleren C. Grafit D. Grafen

110

1.

KAPITEL 3 ORGANISK KEMI – KOLETS KEMI

2.

3.

4.

Nanoteknik används till exempel i vattenavvisande impregnering för kläder.

Kolväten en viktig grupp av kolföreningar Det finns kolföreningar i allt från värktabletter till stridsflygplan och hela tiden framställs nya kolföreningar till nya produkter. Men hur kan ett grundämne bilda så många olika föreningar med helt olika egenskaper?

Kolatomens bindningar En kolatom kan bilda fyra starka bindningar med andra atomer vilket gör att den kan skapa många olika föreningar. Andra ämnen bildar bara en, två eller högst tre bindningar. Tack vare denna egenskap hos kolatomerna kan de kombineras på nästan oändligt många sätt. De kan vara ensamma, bilda par eller kedjor som kan vara raka, grenade eller ringformade och innehålla flera tusen kolatomer. Det är förklaringen till att kol är ett sådant intressant och speciellt grundämne.

En kolatom har fyra bindningsarmar som de kan koppla ihop med fyra andra atomer.

Kolväten består av kolatomer och väteatomer Kolväten är en grupp kemiska föreningar som innehåller enbart kolatomer och väteatomer. De flesta bränslen som används i dag innehåller kolväten. Olja, bensin, fotogen och gasol är några exempel. Egenskaperna hos ett kolväte bestäms framför allt av hur många kolatomer molekylen innehåller. De går inte att lösa i vatten och de brinner lätt i luft.

Metan är det enklaste kolvätet och består av en kolatom som binder till fyra väteatomer, CH4. Om man ordnar kolvätena efter antalet kolatomer så får man en serie som börjar med kolvätet metan. Serien kallas metanserien och är utgångspunkten för hur man sorterar och ger namn till andra kemiska föreningar som innehåller kol och väte.

KOLVÄTEN KOLVÄTENEN ENVIKTIG VIKTIGGRUPP GRUPPAV AVKOLFÖRENINGAR KOLFÖRENINGAR

111

Metanserien Alla kolväten i metanserien slutar med ändelsen - an. Molekyler med många kolatomer ger en högre kokpunkt. Det beror på att molekylerna har svårare att slita sig från varandra ju längre kolkedjan är. Det förklarar varför de fyra första kolvätena i metanserien är gaser medan kolväten med 5 till 15 kolatomer i molekylerna är vätskor. Kolväten med ännu längre kolkedjor är fasta ämnen vid rumstemperatur. I tabellen listas kolvätena efter antal kolatomer.

Namn

Summaformel

Kokpunkt ºC

Metan

CH4

–162

Finns i

Tillstånd i rumstemperatur

Naturgas Etan

C2H6

–89 Gas

Propan

C3H8

–42 Gasol

Butan

C4H10

0

Pentan

C5H12

36

Hexan

C6H14

69

Heptan

C7H16

98

Oktan

C8H18

126

Nonan

C9H20

151

Dekan

C10H22

174

Bensin

112

Flytande

C11H24–C16H34

Fotogen

C17H36–C70H142

Para�in, eldningsolja, asfalt

KAPITEL 3 ORGANISK KEMI – KOLETS KEMI

Fast

Metan finns på många ställen i naturen Metan är en gas vid rumstemperatur och metangas är en av de viktigaste växthusgaserna tillsammans med koldioxid och vattenånga. Metangas finns på många olika ställen i naturen och har fått olika namn beroende på var den hittas.

Gruvgas och sumpgas är två namn på metangas

metan, CH4

Metangas finns i kolgruvor och kallas då gruvgas. Ibland orsakar gruvgasen svåra olyckor i gruvor där man fortfarande bryter stenkol. Orsaken till olyckor med gruvgas beror på att en blandning av metangas och luft kan bli explosiv om den antänds. När gasen blandas med luften i gruvgångarna kan en gnista få gasen att antända och explodera, gruvgångarna kan då störta samman.

Många gruvarbetare har dött på grund av sådana gruvexplosioner.

Ett annat namn på metangas är sumpgas. När man går på en myr eller sumpmark, kan det bubbla upp en illaluktande gas, det är sumpgas. Den består framför allt av metan. Gasen bildas i bottenslammet när döda växter bryts ned. Orsaken till att det bildas sumpgas och inte koldioxid vid nedbrytningen, är att det är ont om syre vid botten. Sumpgas bildas också i tarmarna hos framför allt djur som äter gräs, idisslare, men också hos oss människor.

I en myr kan det bildas sumpgas.

KOLVÄTEN EN VIKTIG GRUPP AV KOLFÖRENINGAR

113

Summaformel och strukturformel Vanliga kemiska formler visar vilka och hur många atomer det finns i en kemisk förening. En sådan formel kallas en summaformel.

Summaformler används också till kolföreningar, men det räcker inte. Man kan också behöva veta hur atomerna sitter ihop, det vill säga hur strukturen ser ut. I organisk kemi använder man därför även strukturformler och olika molekylmodeller.

Namn

Metan

Etan

Propan

Butan

Summaformel

Strukturformel

CH4

H | H—C—H | H

C2H6

H H | | H—C—C—H | | H H

C3H8

H H H | | | H—C—C— C—H | | | H H H

C4H10

H H H H | | | | H—C—C— C—C—H | | | | H H H H

Molekylmodell

I en strukturformel ritar man ut de olika atomerna med kemiska tecken och bindningarna mellan atomerna som streck. Det ger en förenklad tvådimensionell bild som visar hur atomerna är bundna till varandra i en molekyl.

En strukturformel är lätt att rita, men för att se molekylens tredimensionella struktur måste man bygga en molekylmodell.

Kemister använder datorer för att bygga molekylmodeller.

Datorn kan beräkna och rita stora molekyler med komplicerade 3D-strukturer, vilket är svårt att göra med plastkulor.

114

KAPITEL 3 ORGANISK KEMI – KOLETS KEMI

Enkel- och dubbelbindning binder samman atomer Det finns inte några ensamma kolatomer. De binder alltid till andra atomer med sina fyra bindningar. En sådan bindning mellan två atomer består egentligen av två elektroner som delas av atomerna.

Gemensamma elektroner ger en stark bindning som gör att atomerna håller ihop och bildar molekyler.

Ibland ritas bindningen som två prickar som symboliserar elektronerna, men oftast ritar man bindningen som ett streck. En bindning som består av ett par elektroner kallas en enkelbindning.

Alla bindningar i en etanmolekyl är enkelbindningar. Om det är två bindningar mellan två kolatomer, det vill säga kolatomerna delar fyra elektroner, kallas det en dubbelbindning. I etenmolekyler finns en dubbelbindning mellan kolatomerna. Namnet på kolväten med dubbelbindningar slutar alltid med -en, till exempel eten, propen och buten.

Etengas får äpplen att mogna.

Det utnyttjar man för att kunna transportera äpplen långa sträckor. Frukten plockas omogen och behandlas med eten för att mogna strax innan ankomst.

Det finns också kolväten med trippelbindningar. Då delar kolatomerna på sex elektroner.

Etan, eten och etyn är exempel på kolväten med två kolatomer men med olika typer av bindningar.

Enkelbindning

Dubbelbindning

Trippelbindning

—C—H — H—C—

Etan, C2H6

Eten, C2H4

Etyn, C2H2

C2H4

Etyn är ett kolväte med en trippelbindning, namnen på kolväten med trippelbindningar slutar alltid med -yn, till exempel etyn, propyn och butyn. Etyn kallas också för acetylen och brinner med en mycket varm låga när den reagerar med syre. Det gör att etyn passar att användas till exempel vid gassvetsning, så kallad acetylensvetsning.

KOLVÄTEN KOLVÄTENEN ENVIKTIG VIKTIGGRUPP GRUPPAV AVKOLFÖRENINGAR KOLFÖRENINGAR

115

Mättade och omättade kolväten Kolväten kan vara mättade eller omättade. I ett mättat kolväte är det enkelbindningar mellan alla kolatomer, och alla kolatomer binder så många väteatomer som det är möjligt. Om två kolatomer i ett kolväte sitter ihop med en dubbel- eller trippelbindning kan de inte binda lika många väteatomer som om de hade haft en enkelbindning. Därför kallas kolväten med dubbel- eller trippelbindningar omättade kolväten.

C2H4 eten

H2 vätgas

C2H6 etan

Mättade kolväten är stabilare än omättade kolväten. Kolväten med dubbel- och trippelbindningar reagerar lätt med andra kemiska föreningar. Då övergår alla bindningar till enkelbindningar och kolvätet blir mättat.

Polymerer är långa kolkedjor Ett omättat kolväte reagerar lätt med andra ämnen.

Den egenskapen kan man utnyttja för att bygga nya föreningar. Man kan till exempel sätta ihop tusentals små molekyler med dubbelbindningar till en lång kedja. Då bryts dubbelbindningarna upp och det bildas bara enkelbindningar. En sådan jättemolekyl kallas för polymer. Ordet poly betyder många och ordet mer betyder del - många delar.

Polymerens egenskaper beror på vilka smådelar de är uppbyggda av. Det finns många naturliga polymerer, till exempel cellulosa, silke och gummi.

Men de flesta polymerer är syntetiska och kallas oftast plaster. Att de är syntetiska innebär att de inte finns i naturen, utan framställs på kemisk väg.

116

KAPITEL 3 ORGANISK KEMI – KOLETS KEMI

Ett omättat kolväte reagerar lätt med vätgas och blir mättat.

Plaster är uppbyggda av polymerer Alla plaster är uppbyggda av polymerer, små molekyler som sitter i långa kedjor. Vanliga plastkassar är gjorda av polyeten, en polymer som innehåller tusentals etenmolekyler En annan polymer som bland annat finns i förpackningar, frigolit och engångsmaterial heter polystyren. Det är en polymer där ett kolväte som heter styren är sammanfogat i långa kedjor.

Ursprungsmaterialet till de flesta plaster är i dag råolja som finns i vissa delar av berggrunden. Råolja är ett icke förnybart ämne och forskare arbetar för att finna ett alternativ.

Plastpåsar tillverkade av majs är ett alternativ.

Frigolit består av en polymer.

Arbeta med begrepp Här är några begrepp från avsnittet. Gör en begreppskarta, diskutera med en kompis eller skriv förklaringar.

kolväte

etan

enkelbindning

eten

trippelbindning

etyn

mättat kolväte

omättat kolväte

Kan du?

Rätt eller fel?

1. Vilka grundämnen finns i ett kolväte?

A. Kolväten är:

2. Ge exempel på några produkter där kolväten ingår.

3. Vad heter de fyra enklaste kolvätena?

4. Vad är ett omättat kolväte?

5. Vad menas med en polymer?

6. Vad är det för skillnad i strukturen på etan och eten?

dubbelbindning

a) ämnen som är flytande i rumstemperatur. b) ämnen som ofta används som bränsle. c) ämnen som vi andas ut. d) ämnen som bara innehåller kol och väte.

B. En kolatom kan bilda fyra bindningar till andra atomer.

C. Kolväten kan lösas i vatten.

D. Ett kolväte med fler än fem kolatomer är gaser i rumstemperatur.

E. Ett omättat kolväte är stabilare än ett mättat kolväte.

KOLVÄTEN EN VIKTIG GRUPP AV KOLFÖRENINGAR

117

Vilken växthusgas är farligast?

Tidningen Illustrerad Vetenskap har jämfört två växthusgaser för att ta reda på vilken växthusgas som är farligast.

126

KAPITEL 3 ORGANISK KEMI – KOLETS KEMI

Solens värmestrålning träffar jorden och strålar tillbaka ut i atmosfären. Men i atmosfären finns det gaser som kan absorbera och stråla tillbaka värmestrålningen mot jorden. Dessa gaser kallas växthusgaser och är framför allt koldioxid, vattenånga och metan. De skapar det vi kallar växthuseffekten.

Länge hade vi balans mellan utsläppen och upptagandet av växthusgaser och det fanns då inget problem med detta. Men nu har mängden växthusgaser i atmosfären ökat och det påverkar vårt klimat vilket skapar stora problem.

Mer värme absorberas och strålar tillbaka till jorden och jordens medeltemperatur höjs och vårt klimat förändras.

Miljö & hållbarhet

Växthusgaser påverkar klimatet

Miljö och hållbarhet För att kunna jämföra olika gasers påverkan på klimatet jämför – en röd tråd genom hela man med mängden koldioxid. Man pratar om växthuspotential. boken och även som ett Med växthuspotential menar man hur mycket värme en uppslag i varje kapitel. växthusgas kan hålla kvar i atmosfären sett över tid jämfört med koldioxid. Oftast jämför man då gaserna på 100 års sikt.

Om ett kilogram metan släpps ut i atmosfären har det lika stor klimatpåverkan som 23 kilogram koldioxid. Metan har därför växthuspotentialen 23.

Resonera och motivera 1. Vad betyder växthuspotential?

2. Varför pratas det mest om koldioxid när man diskuterar klimatfrågan.

3. Vad tror du är orsaken till ökningen av andelen metan i atmosfären.

4. Vad kan du bidra med för att minska utsläppen av a) metan b) koldioxid 5. Vilken gas tycker du är farligast? Motivera.

6. Om du är forskare och får i uppgift att minska mängden av växthusgaserna metan och koldioxid. Pengarna räcker bara till att forska om en av dem. Vilken skulle du välja? Varför? Vilka lösningar skulle du undersöka?

MILJÖ & HÅLLBARHET

127

Forskningsresa Antarktis är världens mest isolerade kontinent. Det är också den kallaste kontinenten med vindar som ofta når stormstyrka. Därför är Antarktis en i stort sett orörd plast på jorden. För att utforska Antarktis krävs noggrann planering.

Livet på Antarktis På Antarktis finns ett djurliv som är väl anpassat för ett liv med väldigt speciella förhållanden. Man träffar bland annat på pingviner, sälar och valar. Antarktis ismassor ligger på fast mark men istäcket kan vara kilometertjockt. Här finns cirka 70 % av jordens sötvatten i form av is.

Det finns ingen fast befolkning på Antarktis men däremot flera forskningsstationer med forskare från hela världen. Men själva forskningen sker ofta långt bort från den centrala forskningsstationen och mindre separata läger bildas. Där kan forskarna vara i perioder om 10 dagar. Skulle vädret ställa till det kan det bli ännu längre perioder.

152

KAPITEL 3 ORGANISK KEMI – KOLETS KEMI

En del av forskningsprojekten är kopplade till klimatet på Antarktis och kan förhoppningsvis ge oss värdefull information som kan hjälpa oss att hantera den globala uppvärmningen.

Granska Som forskarenaturvetenskaplig på Antarktis utsätts man för information, stora påfrestningar.

Några av dessa en är: artikel, i till exempel planerad undersökning • kylan och blåsten ett resonemang. som kräver • avancerat arbeteeller

• • •

stor koncentration långa arbetspass tunga arbeten

mentala utmaningar bland annat i form av stress, enformighet i arbetet, social isolering. Forskarna är borta från hem och familj under lång tid.

Granska

En näringsrik kost är viktigt För att klara dessa påfrestningar är kosten viktig. Forskarna bör få i sig cirka 3 500 kilokalorier per dag. Normalt behöver en vuxen cirka 2 500 kcal/dag. per dag. För att hålla energinivån uppe måste man äta ofta men lite varje gång. Eftersom Antarktis är en extrem torr plats är det viktigt att forskarna får i sig tillräckligt med vatten. Under normala förhållanden bör en vuxen få i sig ungefär 1 – 1,5 liter vatten varje dag.

Kolhydrater hör precis som protein och fett till de energigivande näringsämnena. Den primära funktionen för kolhydrater är att ge energi till kroppens olika funktioner, alltifrån muskler till hjärnan. Hjärnan behöver kolhydrater i form av glukos till bränsle och det går åt drygt 100 gram glukos om dagen. Vid hårt hjärnarbete behövs betydligt mer.

Fett ger kroppen energi och lagras i fettvävnaden som energireserv. Fettvävnaden är dessutom värmeisolerande och ger skydd åt inre organ.

Protein, som är uppbyggda av aminosyror är kroppens byggstenar. Den främsta uppgiften för protein är att bygga upp muskler och vävnader. Immunförsvaret är också beroende av att vi får i oss proteiner, antikropparna som bekämpar virus är uppbyggda av proteiner.

För att vi ska få nytta av energin som finns i maten så måste den brytas ner. Det sker med hjälp av enzymer som är proteiner. Lipas bryter ner fetter, amylas bryter ner stärkelse och proteas bryter ner proteiner.

Energiinnehåll för näringsämnen Näringsämne

Energiinnehåll per gram

protein

4 kcal

kolhydrater

4 kcal

kostfibrer

2 kcal

fett

9 kcal

Fundera och resonera Tänk dig nu att du ska planera maten för en forskare under en dag.

1. Hur ska du fördela näringsämnena fett, kolhydrater och proteiner så att forskaren klarar av alla påfrestningar? Du ska motivera dina val utifrån kunskaper om de olika näringsämnena.

2. I vilken form ska maten vara. Forskaren kan behöva ha med sig mat för minst 10 dagar.

3. Hur ska forskarna få tag på dricksvatten?

Finns det flera alternativ?

4. Är det annat i matväg som måste packas ned för att forskaren ska klara av sin uppgift? Motivera.

GRANSKA

153

• • • • • • •

Sex kapitel i varje bok för att underlätta planering och ämnesövergripande arbete.

Levande och lättillgängliga texter.

Intresseväckande uppgifter som uppmuntrar till diskussion och kritiskt tänkande.

Miljö och hållbarhet som en röd tråd och som ett eget uppslag i varje kapitel.

Ett uppslag i varje kapitel som ger möjlighet att granska och resonera kring texter som rör kemi.

Sammanfattning i varje kapitel.

Följer Lgr22.

ISBN ----

9

789152 359068